2.1　酸碱理论

2.1.1　酸碱电离理论

1887年，瑞典化学家阿仑尼乌斯（S.A.Arrhenius）提出了电离理论。

该理论认为：电解质在水中电离生成正、负离子。所谓酸，是指在水中电离生成的正离子全部是氢离子（H+） [注] 的化合物；所谓碱，是指在水中电离生成的负离子全部是氢氧根离子（OH-）的化合物。所以说，酸的特征是H+，碱的特征是OH-。酸和碱的中和反应实际就是H+和OH-结合生成水的反应。

电离理论还将电解质分为强电解质和弱电解质，强电解质在水中电离程度大，弱电解质在水中电离程度小，例如，HCl、H2SO4、HNO3被称为强酸，NaOH被称为强碱，而H3PO4、HNO2被称为弱酸，NH3·H2O被称为弱碱。

酸碱电离理论成功地从物质的化学组成表述了酸碱的本质，并且率先从化学平衡的角度对酸碱的强弱进行了定量描述，是酸碱理论发展史上的里程碑，至今仍在普遍采用。但它存在着缺陷，如它把酸碱局限在水溶液中，因此对非水溶液体系不能使用；把碱局限为氢氧化物，无法解释氨水的碱性并不是由NH4OH而来这一事实。

2.1.2　酸碱质子理论

（1）定义

1923年，丹麦化学家布朗斯特（J.N.Brønsted）和英国化学家劳莱（T.M.Lowry）分别独立地提出了酸碱质子理论。该理论认为：凡是能够给出质子（H+）的物质都是酸，凡是能够接受质子（H+）的物质都是碱，酸和碱可以是分子、正离子、负离子。

例如：

HF是酸，它给出质子（H+）后，变成F-，而F-可以接受质子（H+），所以F-是碱。因此，上面左边所列都是酸，右边所列除质子外都是碱，酸给出质子（H+）后就变成了碱，碱接受质子（H+）后就变成了酸，这种关系可用下式表示：

酸和碱的这种对应关系称为共轭关系。HA和A-组成了一个共轭酸碱对，每一种酸（或碱）都有它自己对应的共轭碱（或共轭酸）。如HF和F-，HF的共轭碱是F-，而F-的共轭酸HF。

有些物质既可以给出质子，又可以接受质子，这类物质称为两性物质。例如，它的共轭碱是，共轭酸是；H2O也是两性物质。

质子酸和质子碱的关系是：有酸才有碱，有碱必有酸，酸可变碱，碱可变酸。所以，酸和碱是互相依存又可以互相转化的，彼此之间通过质子相互联系。在酸碱质子理论中消除了盐的概念，例如，电离理论中为盐的（NH4）2SO4，在酸碱质子理论中，能给出质子，为阳离子酸；能接受质子，为阴离子碱。

（2）酸碱的强弱

酸碱的强弱取决于物质给出质子或接受质子能力的强弱。

根据酸碱的共轭关系可知，若酸给出质子能力越强，那么，它的共轭碱接受质子的能力就越弱，即某酸的酸性越强，它的共轭碱的碱性就越弱；反之，酸性越弱，其对应的共轭碱的碱性就越强（表2.1）。例如，HCl是强酸，而Cl-在水中几乎不能接受质子，是极弱的碱；HF的酸性弱于HCl，所以F-的碱性强于Cl-。对于两性物质，如、H2O等，当遇到比它更强的酸时，它就接受质子，表现出碱的特性；而遇到比它更强的碱时，它就放出质子，表现出酸的特性。

①HAc：即醋酸或乙酸，其分子式为CH3COOH，通常写作HAc。

（3）酸碱的反应

酸碱质子理论认为，任何酸碱反应都是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应，即：

酸1把质子传递给碱2以后，变成了碱1，碱2接受质子后变成了酸2，因此，酸1和碱1，酸2和碱2是两对共轭酸碱。显然，质子的传递并不局限在水溶液中进行，无论是否需要溶剂，只要质子能从一种物质传递到另一种物质就可以。因此，酸碱质子理论在扩大了酸碱范围的同时，也扩大了酸碱反应的范围，电离理论中的酸、碱、盐的离子平衡反应，都可归结为质子酸和质子碱的质子传递反应。

例如酸的电离反应，是酸把质子传递给水：

水的电离实际上是质子自递反应：

盐的水解反应是指弱碱的正离子（例如）传递质子给水，或弱酸根离子（例如F-）接受水传递的质子的反应：

酸碱的中和反应：

非水体系中的质子传递反应：

总之，质子酸和质子碱的反应可以看作是争夺质子的过程，强碱夺取强酸的质子，转化为其共轭酸——弱酸，而强酸释放出质子后转变为它的共轭碱——弱碱。因此，酸碱反应总是由强酸与强碱作用生成弱酸和弱碱。

酸碱质子理论扩大了酸和碱以及酸碱反应的范围，还适用于非水体系，实用价值大，广泛地应用于科学研究中。它的局限性在于只适用于有质子参加的反应，对于不含氢的酸碱反应无法说明。

2.1.3　酸碱电子理论

1923年，美国化学家路易斯（G.N.Lewis）提出了酸碱电子理论。

该理论认为：凡是能够接受电子对的物质称为路易斯酸，凡是能够给出电子对的物质称为路易斯碱。路易斯酸、碱可以是分子、离子或原子团。路易斯酸和路易斯碱反应的实质是形成配位键 [注] 、生成酸碱配合物的过程。例如：

相对于酸碱电离理论、酸碱质子理论，酸碱电子理论更扩大了酸碱的范围，摆脱了酸碱必须有某种离子或元素的限制，在现代化学中的应用比较广泛。但路易斯酸碱理论过于笼统，难以掌握酸碱的特征，并且没有统一的酸碱强度的标度，实际应用起来不方便。

不同的酸碱理论适用于不同的范围，酸碱电子理论在处理配位化学中的问题时有指导意义。而在处理水溶液体系中的酸碱反应时，可用酸碱质子理论，本章主要讨论水溶液中的电离平衡，所以，后面所讲的酸和碱都是指质子酸、质子碱。