1、有机化学酸碱理论有机化学酸碱理论 1、阿伦尼乌斯酸碱理论： 水中离解的局限性2、J.N.Brnsted酸碱理论： 定义：在反应中能提供质子的分子或离子为酸；接受质子的分子或离子为碱。 酸碱的相对性：同一种物质，在一个反应中是酸，在另一个反应中也可能是碱。 共轭酸碱对：酸给出质子成为碱（酸的共轭碱），碱得到质子成为酸（碱的共轭酸） 酸越强，则酸的共轭碱越弱；碱越强，碱的共轭酸越弱。反应的结果就是强酸与强碱反应生成弱酸和弱碱。 3、G.N.Lewis酸碱理论： 定义：能够接受电子的分子和离子即Lewis酸；能够提供电子的分子和离子即Lewis碱。 Lewis酸：具有空轨道和未充满外层笛子轨道，电子
2、受体，亲电试剂； AlCl3 BF3 FeCl3 ZnCl2 Ag+ R+ NO2+ Lewis碱：具有孤对电子和电子，电子供体，亲核试剂。 NH3 ROH X- OH- RO- 酸碱理论酸碱理论(acid-base theory)阐明酸、碱本身以及酸碱反应的本质的各种理论。在历史上曾有多种酸碱理论，其中重要的包括：阿伦尼乌斯酸碱理论酸碱电离理论 布朗斯特-劳里酸碱理论酸碱质子理论 路易斯酸碱理论酸碱电子理论 酸碱溶剂理论 软硬酸碱理论 最早提出酸、碱概念的是英国R.玻意耳。法国A.L.拉瓦锡又提出氧是所有酸中普遍存在的和必不可少的元素，英国H.戴维以盐酸中不含氧的实验事实证明拉瓦锡的看法是错
3、误的，戴维认为：“判断一种物质是不是酸，要看它是否含有氢。”这个概念带有片面性，因为很多有机化合物和氨都含有氢，但并不是酸。德国J.von李比希弥补了戴维的不足，为酸和碱下了更科学的定义：“所有的酸都是氢的化合物，但其中的氢必须是能够很容易地被金属所置换的。碱则是能够中和酸并产生盐的物质。”但他不能解释为什么有的酸强，有的酸弱。这一问题为瑞典S.A.阿伦尼乌斯解决。阿伦尼乌斯酸碱理论1 在阿伦尼乌斯电离理论的基础上提出的酸碱理论是：“酸、碱是一种电解质，它们在水溶液中会离解，能离解出氢离子的物质是酸；能离解出氢氧根离子的物质是碱。”由于水溶液中的氢离子和氢氧根离子的浓度是可以测量的，所以这一理
4、论第一次从定量的角度来描写酸碱的性质和它们在化学反应中的行为，指出各种酸碱的电离度可以大不相同，有的达到90以上，有的只有1，于是就有强酸和弱酸；强碱和弱碱之分。强酸和强碱在水溶液中完全电离；弱酸和弱碱则部分电离。阿伦尼乌斯还指出，多元酸和多元碱在水溶液中分步离解，能电离出多个氢离子的酸是多元酸；能电离出多个氢氧根离子的碱是多元碱，它们在电离时都是分几步进行的。这一理论还认为酸碱中和反应乃是酸电离出来的氢离子和碱电离出来的氢氧根离子之间的反应：H+OH- =H2O阿伦尼乌斯酸碱理论也遇到一些难题，如：在没有水存在时，也能发生酸碱反应，例如氯化氢气体和氨气发生反应生成氯化铵，但这些物质都未电离。
5、将氯化铵溶于液氨中，溶液即具有酸的特性，能与金属发生反应产生氢气，能使指示剂变色，但氯化铵在液氨这种非水溶剂中并未电离出氢离子。碳酸钠在水溶液中并不电离出氢氧根离子，但它却是一种碱。要解决这些问题，必须使酸碱概念脱离溶剂（包括水和其他非水溶剂）而独立存在。其次酸碱概念不能脱离化学反应而孤立存在，酸和碱是相互依存的，而且都具有相对性。解决这些难题的是丹麦J.N.布仑斯惕和英国T.M.劳里，他们于1923年提出酸碱质子理论。酸碱质子理论 布仑斯惕和劳里提出的酸碱定义是：“凡是能够释放出质子(H+)的物质，无论它是分子、原子或离子，都是酸；凡是能够接受质子的物质，无论它是分子、原子或离子，都是碱。”
6、酸和碱之间存在以下关系： 上式表明酸和碱是相互依赖的。在以下反应中： HClH2O=H3O+Cl- HCl和H3O+都能够释放出质子，它们都是酸： H2O和Cl-都能够接受质子，它们都是碱： 上述反应称为质子传递反应，可用一个普遍反应式表示： 酸1碱2=酸2碱1当一种分子或离子失去质子起着酸的作用的同时，一定有另一种分子或离子接受质子起着碱的作用。酸1和碱1或酸2和碱2称为共轭酸碱对。 酸碱质子理论的优点是：扩大了酸的范围。只要能够释放出质子的物质，不论它是在水溶液中；或是非水溶剂 ；或是气相反应；或是熔融状态，它们都是酸，例如NH4+、HCO3-、HSO4-、HS-、H2PO4-、HPO42
7、-、H2O酸。扩大了碱的范围。NH3和Na2CO3都能接受质子，全是碱： 于是，F-、Cl-、Br-、I-、HSO4-、SO42-等都可算是碱。一种物质是酸还是碱，是由它在酸碱反应中的作用而定。HCO3-与NaOH反应时放出质子，此时它是一种酸：HCO3-NaOHNa+CO32-H2O，HCO3-与HCl反应时，它又接受质子，则是一种碱： 由此可见，酸和碱的概念具有相对性。 当然，酸碱质子理论也有解释不了的问题，例如，无法说明下列反应是酸碱反应：CaOSO3CaSO4在这个反应中SO3显然是酸，但它并未释放质子；CaO显然是碱，但它并未接受质子。又如实验证明了许多不含氢的化合物（它们不能释放质
8、子） 如AlCl3、BCl3、SnCl4都可以与碱发生反应，但酸碱质子理论无法解释它们是酸。 路易斯酸碱理论 1923年美国G.N.路易斯指出 ，没有任何理由认为酸必须限定在含氢的化合物上，他的这种认识来源于氧化反应不一定非有氧参加。路易斯是共价键理论的创建者，所以他更倾向于用结构的观点为酸碱下定义：“碱是具有孤对电子的物质，这对电子可以用来使别的原子形成稳定的电子层结构。酸则是能接受电子对的物质，它利用碱所具有的孤对电子使其本身的原子达到稳定的电子层结构。”这一理论很好地解释了一些不能释放出质子的物质也是酸；一些没有接受质子的物质也是碱。如CaO与SO3的反应可解释如下： 在这一反应中，Ca
9、O并未接受质子，但它具有孤对电子，这对电子可以用来使SO3中的硫原子达到稳定的8电子层结构，所以CaO是碱。SO3在反应中虽然没有释放质子 ，但其中的硫原子能够接受CaO中氧原子的孤对电子而达到稳定的8电子层结构，所以SO3是一种酸。路易斯酸碱理论解释了许多有机反应也是酸碱反应，例如CH3+、C2H5+、CH3CO+都是酸，分别与碱H+、OH-、C2H5O-结合成加合物CH4、C2H5OH、CH3COOC2H5。但是，路易斯酸碱理论也有一些缺点。比如，某些氧化还原反应（如NaH+HCl=NaCl+H2）也可以被称为是酸碱中和反应。与此同时，人们在实验中发现，除去杂质的纯水具有微弱的导电性。因此
10、，在水中游离的的氢离子和氢氧根离子存在，而且，当时的人们已测定水中离子的浓度积为E-14。当时通常认为水的离解可能用下列方程表示：2H2O=H3O+(OH)-，其生成物是氢氧根离子。同时，在25时测定纯水的导电率，得出h+和（OH)-两种粒子的浓度均为110e-7。1909年，哥本哈根的化学家索伦森又提出了用氢离子浓度的负对数PH来表示氢离子浓度。虽然为，根据电解质离解学说的原理，似乎关于酸和碱的概念已经很明确，但是在20世纪初由于发现了许多新的实验事实，关于酸和碱的确切定义的问题又被提出来了。在当时的许多新发现中，最具代表性的事实乃是在醋酸钠对盐酸进行库仑已法滴定时，所得到的滴定曲线和用碱滴
11、定盐酸时得到的曲线颇为相似。早在1908年，英国曼彻斯特的科学家拉普斯根据测定水对醇溶液中酯化作用的影响提出，酸是氢离子的给予体（即质子的给予体），碱则是氢离子的接受体。1923年，英国剑桥大学的教授洛里和丹麦布朗斯台德，以及同是丹麦人的比约鲁姆都同时而又各自独立地扩展了这些概念。在3人之中，布朗斯台德将酸碱理论发展得最完备。根据布氏的理论，酸应该是能给出质子的各种分子或离子（即质子给予接受体）。依据布朗斯台德的观点来看，铵离子应该看成是酸，原因是它能够给出质子而生成NH3；氨因此是碱，原因是它能够接受质子。推而广之，则酸中的阴离子可以看作碱。所以，酸所生成的盐，理所应当呈碱性。布朗斯台德的理
12、论进一步论证了不含氢的基（或离子）做质子给予体所需的条件。同在1923年，路易斯提出了更一般性的酸碱理论，并于1928年将其进一步发展。在这里，路易斯把原子价的电子学说作为他的新理论的基础。据此，他认为碱是含有孤电子对的任何分子；酸是能够与这种孤电子对相结合的基或分子。路易斯的酸碱理论认为，O、SO3、H+、NH4等都是酸；而CN-、（OH)-等都是碱。用路易斯的理论可以解释许多问题，诸如在滴定不含氢离子的溶液时，指示剂的颜色为什么会改变等等。在路易斯等人之后，苏联化学家乌萨诺维奇于1939年又提出了一种新的关于酸碱反应；不含质子的物质大都可以看成是酸或碱。其实，乌萨诺维奇的理论在布朗斯台德理
13、论的基础上对其作了很大的扩展，结果使之包罗万象。他认为阳离子或阴离子或电子接受体都是酸；能够接受任何阳离子或阴离子和电子的物质都是碱。如此一来，他把盐的生成反应，甚至氧化还原反应都看成酸碱的反应过程了。因此，酸碱的概念本身愈加模糊不清。布朗斯台德也好，路易斯和乌萨诺维奇也好，他们的理论各有利弊，关于酸和碱的概念及其理论有待进一步完善。参考理论1.Arrhenius理论，也叫“水-离子理论”定义：凡是水溶液中产生H+离子的物质就叫酸，产生OH-离子的就叫碱。重要性及优点：是建立在电离理论之上，大众最熟知的经典酸碱理论。建立了对酸碱强度的定量描述；适用于pH计算、电离度计算、缓冲溶液计算、溶解度计
14、算。缺点：不能说明Ac-，F-，(CO3)2-，NH3也是碱；不能说明NH3与HCl是酸碱反应；错误的认为水中有“NH4OH”这种物质；不能说明非水质子溶剂(液NH3，液HF)和非质子溶剂(液SO3，液N2O4，液BrF3)中的酸碱反应；不能说明无溶剂体系的酸碱反应(固体BaO和液态或气态SO3反应生成固体BaSO4)2.Brownst-Lowry理论，也叫“质子理论”定义：任何能释放出质子的物质叫酸，任何能结合质子的物质叫碱。酸碱 + 质子(H+)重要性及优点：提出了“共扼酸碱对”的概念；将酸碱概念从“水体系”推广到“质子体系”。缺点：不能用于非质子溶剂体系3.溶剂体系理论定义：凡是在溶剂中
15、产生该溶剂的特征阳离子的溶质叫酸，产生该溶剂的特征阴离子的 溶质叫碱。重要性及优点：典型的自偶电离；将酸碱理论从“质子体系”推广到“非质子体系”；能很好的说明以下反应Fe3+ + HCO3- - Fe(OH)3 + CO2 (未配平)乙酸 + KH - H2 + 乙酸钾NH4Cl + KNH2 - KCl + NH3 (未配平)SbF5 + KF - KSbF6 (液态BrF3体系)SOCl2 + CsSO3 - CsCl + SO2 (未配平)；适用于非水溶剂体系和超酸体系。缺点：只能用于自电离溶剂体系；不能说明在苯、氯仿、醚等溶剂体系中的酸碱反应。4.Lewis理论，也叫“电子理论”定义：
16、凡能提供电子对的物质叫碱，能从碱接受电子对的物质叫酸。酸 + 碱: = A:B重要性及优点：能说明不含质子的物质的酸碱性,如金属阳离子、缺电子化合物、极性双键分子(典型的羰基分子)、价层可扩展原子化合物(某些P区元素的配合物)、具有孤对电子的中性分子、含有C=C键分子(典型的蔡斯盐)；应用最为广泛。注意：Lewis碱包括全部Brownst碱，Lewis酸则不一定包括Brownst酸。缺点：在判断酸碱强度时，电子理论和质子理论有部分冲突，如对Zn2+的判断5.Lux理论，也叫“氧负离子理论”定义：能接受氧负离子O2-的物质是酸，能提供氧负离子的物质是碱。酸碱 + O2-重要性及优点：适用高温氧化
17、物反应，在冶金、玻璃陶瓷、硅酸盐工业中有很重要的作用。缺点：适用面较小6.HSAB理论，也叫“硬软酸碱理论”(the theory of hard and soft acids and bases)注意：准确说并不能和前5种理论放在并列的位置，它只是Lewis理论的延伸或说是特殊情况。定义：体积小，正电荷数高，可极化性低的中心原子称作硬酸，体积大，正电荷数低，可极化性高的中心原子称作软酸。将电负性高，极化性低难被氧化的配位原子称为硬碱，反之为软碱。将酸和碱根据性质不同分为软硬两类的理论。1963年由R.G. 皮尔孙提出。1958 年 S.阿尔兰德、J.查特和N.R.戴维斯根据某些配位原子易与
18、Ag+、Hg2+、Pt2+ 配位；另一些则易与Al3+、Ti4+配位，将金属离子分为两类 。a类金属离子包括碱金属 、碱土金属 Ti4+、Fe3+、Cr3+、H+；b 类金属离子包括Cu+、Ag+、Hg2+、Pt2+。皮尔孙在前人工作的基础上提出以软硬酸碱来区分金属离子和配位原子 ，硬酸包括 a 类金属离子，硬碱包括H2O、F-等；软酸包括b类金属离子，软碱包括H-、I-等；交界酸包括Fe2+、Cu2+等，交界碱包括等。分类：皮尔孙提出的酸碱反应规律为：“硬酸优先与硬碱结合，软酸优先与软碱结合。”这虽然是一条经验规律，但应用颇广：取代反应都倾向于形成硬 - 硬、软 - 软的化合物。软-软、硬-
19、硬化合物较为稳定，软 - 硬化合物不够稳定。硬溶剂优先溶解硬溶质，软溶剂优先溶解软溶质，许多有机化合物不易溶于水 ，就是因为水是硬碱 。 解释催化作用。有机反应中的弗里德-克雷夫茨反应以无水氯化铝(AlCl3)做催化剂，AlCl3是硬酸，与RCl中的硬碱 Cl -结合而活化。重要性及优点：主要用于讨论金属离子的配合物体系；预言反应方向；预言配合物稳定性；合理解释Goldschmidt规则(地球化学)。缺点：暂无化学中酸和碱的概念是在科学发展过程中不断更新的在19世纪末奥斯特瓦尔德的影响下，根据电解质离解的理论，化学界中形成了这样的概念：氢离子是酸性的体现者，酸的强度与浓度成正比；氢氧离子则是碱
20、性的体现者，碱的强度与浓度成正比。因而，酸碱中和作用就是氢离子和氢氧离子相互作用生成水的反应。在当时，这一概念经过测定不同的酸碱的中和热证明是符合事实的。1酸碱理论 初阶段人们从性质上认识酸碱，酸:使石蕊变红，有酸味；碱:使石蕊变蓝，有涩味。当酸碱相混合时，性质消失。当氧元素发现后，人们开始从组成上认识酸碱，以为酸中一含有氧元素；盐酸等无氧酸的发现，又使人们认识到酸中一定含有氢元素。 Arrhenius的电离学说，使人们对酸碱的认识发生了一个飞跃。 HA=H+A-电离出的正离子全部是H+, MOH=M+OH-电离出的负离子全部是OH-。 进一步从平衡角度找到了比较酸碱强弱的标准，即Ka,Kb。
21、Arrhenius理论在水溶液中是成功的。但其在非水体系中的适用性，却受到了挑战。试比较下列两组反应： 2H2O=OH-+H3O+NaOH+(H3O)Cl=NaCl+2H2O 2NH3=NH2-+NH4+NaNH2+NH4Cl=NaCl+2NH3 溶剂自身的电离和液氨中进行的中和反应，无法用Arrhenius的理论去讨论，因为根本找不到符合定义的酸和碱。 1酸碱的定义 在反应中给出质子的物质叫做酸在反应中接受质子的物质叫做碱 2酸碱的共轭关系 酸给出质子后，变成碱， 同理，碱接受质子后，变成酸。故有：酸=碱+质子 处于上述关系中的一对酸和碱，互称为共轭酸碱。Cl-是HCl的共轭碱,而HCl是C
22、l-的共轭酸。H2O作为一种酸时，其共轭碱是OH-;而H2O作为一种碱时，其共轭酸是H3O+。 H2O既可以给出质子作为酸，如在反应H2O=H+OH-中；又可以接受质子作为碱，如在反应H2O+H+=H3O+中。这种既能给出质子，又能接受质子的物质叫做两性物质。判断一种物质是酸还是碱，一定要在具体的反应中根据质子得失关系来判断。 强酸的电离 弱酸的电离平衡 弱碱的电离平衡 中和反应 弱酸盐的水解 弱碱盐的水解 酸和碱反应的实质是质子的转移，质子从酸转移给碱，从而生成酸和碱。 拉平效应和分辨效应 酸的强弱是通过给出质子的能力来判断的。于是一方面要看酸自身的能力，另一方面又和碱接受质子的能力有关。比
23、较HClO4,H2SO4,HCl和HNO3的强弱，若在H2O中进行,由于H2O接受质子的能力所致，四者均完全电离，故比较不出强弱。若放到HAc中，由于HAc接受质子的能力比H2O弱得多，所以尽管四者给出质子的能力没有变，但是在HAc中却是部分电离。于是根据Ka的大小，可以比较其酸性的强弱 所以四者从强到弱依次是HClO4,H2SO4,HCl,HNO3。HAc对四者有分辨效应，HAc是四者的分辨试剂；而H2O对四者有拉平效应，H2O是四者的拉平试剂 酸碱的强弱 对于大多数的弱酸，H2O是分辨试剂，可以根据它们在水中的电离平衡常数比较酸性的强弱。酸性次序如下： HClO4 H2SO4H3O+HFH
24、AcNH4+H2OHS- HCl HNO3 在水中，Ka可以体现出一种酸给出H+的能力。例如HAc, 如何体现其共轭碱Ac-接受H+的能力呢？其碱式电离常数为Kb。但从水解平衡角度看，这个Kb正是Kh。可见一对共轭酸碱的Ka,Kb之间有如下关系： ，或KaKb=Kw，Ka和Kb之积为常数。 一对共轭酸碱中，酸的Ka越大，则其共轭碱的Kb越小，所以从酸性的次序就可以推出其共轭碱的强度次序。 ClO4- HSO4-H2OF-Ac-NH3OH- Cl- NO3- 反应的方向 酸碱反应中，质子总是从强酸向强碱转移，生成弱酸和弱碱。例如，HCl+H2O=H3O+Cl- 强酸强碱弱酸弱碱 又如反应HAc+
25、H2O=H3O+Ac- 弱酸弱碱强酸强碱 反应自发进行的方向是从右向左，从强酸强碱生成弱酸弱碱。 HNO3+H2O=H3O+NO3-完全电离，在水中比H3O+更强的HNO3一定会和强碱H2O反应，生成H3O+和弱碱NO3-。可以作出结论：在水中能大量存在的最强的质子酸是H3O+。同理，在水中能大量存在的最强的质子碱是OH-。比OH-更强的碱，如将与H2O反应生成OH- 酸碱的质子理论也有局限性：对于不含有质子的物质，如,等不好归类，对于无质子转移的反应，如 +Cl-=AgCl也难以讨论 1酸碱的定义 凡是能提供电子对的物质都是碱，碱是电子对的给予体。如， OH-,CN-,NH3,F-等。 凡是
26、能接受电子对的物质都是酸，酸是电子对的接受体。如， H+,BF3,Na+,Ag+等。 2酸碱反应和酸碱配合物 对于酸碱的识别，也要在具体的反应中进行。几乎所有的金属离子都是Lewis酸，负离子几乎都是碱，而酸和碱的反应的生成物都是酸碱配合物。 3取代反应 酸取代反应 酸H+取代了酸碱配合物Cu(NH3)42+中的酸。 H+取代了酸碱配合物Al(OH)3中的。 碱取代反应 OH-取代NH3。 双取代反应 两种酸碱配合物交换成分。 酸碱的电子理论适应性强，大多数物质都可以包括在酸，碱及其配合物中，大多数的化学反应都可以归为酸，碱及其配合物之间的反应。其不足之处在于酸碱的特征不明确。 论文毕业论文书
27、写格式的基本格式2007年01月04日 星期四 16:20论文使用Word 2000进行书写，论文要求语句通顺、论述严谨、程序和实验数据完整、齐全、规范、正确，尽避免错别字和语病，标点符号等应使用规范，未规定的风格应保持一致。建议在Word中根据以下要求先定义好样式，再使用样式规范格式。毕业设计报告(论文)撰写的内容与要求、详细的格式规范等请参考上海交通大学关于本科生毕业设计(论文)工作的若干规定以及国家有关的技术标准。 一、 毕业设计（论文）格式要求 1. 纸张与页面设置：(1)A4、纵向、双面打印。(2)页边距：上2.8cm、下2.2cm、内侧3cm、外侧2cm；(3)装订线0cm、页眉1
28、.8cm、页脚1.4cm、对称页边距2. 页眉：(1)字体：中文-小五号楷体，英文-Times New Roman；(2)分割线：0.5磅双线；(3)奇数页：章名，偶数页：成都信息工程学院本科毕业(设计)论文：题目名。居中。3. 页脚：(1)字体：中文-小五号楷体，英文-Times New Roman；(2)分割线：1.5磅单线；(3)页码：奇数页靠右，偶数页靠左；(4)内容：电子系通信工程专业，奇数页靠左，偶数页靠右。4题目、作者、单位、摘要、关键词(1)论文标题：用小二号字、黑体、居中；段前加6磅。(2)作者署名：小四号字、楷体、居中；名字之间空2格；多个单位的作者用上标示出；段前加6磅(3)单位名称：五号字、楷体、居中；有多个单位，请在单位前标1.、2.、3.，每单位名称用1行，外加圆括号(4)摘要：小五号字、宋体；左、右缩进各lcm；“摘要”两字黑体；与单位名称间空五号一行(5)关键词：每个关键词之间用“；”分隔；小五号字、宋体；左、右缩进各1cm；“关键词”三字黑体5. 标题(1)标题1：中文3号黑体，英文3号Time New
