MCAT的酸和碱:你需要知道的一切
/学习MCAT关于酸和碱的关键概念，并练习问题和答案
(注:本指南是我们的一部分<一个href="//www.hycocanada.com/blog/mcat-chemistry" target="_blank">称MCAT普通化学系列)。
表的内容
第1部分:酸和碱的介绍
第2部分：定义
a） Lewis和Bronsted Lowry酸碱
b)重要酸和碱
c)两性物种
d)平衡常数
e) pH和pOH
第3部分:缓冲系统
一)缓冲系统
b) Henderson-Hasselbalch方程
第4部分:滴定
a)滴定强酸强碱
b） 滴定弱酸和弱碱
c)多质子酸的pKa
第五部分:高收益条款
第6部分:基于短文的问题和答案
第7部分:独立的问题和答案
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第1部分:酸和碱的介绍
维持酸碱平衡是维持体内平衡的关键组成部分。了解酸碱环境的行为是理解许多有机反应和生物系统基础的关键。
本指南将涵盖定义酸和碱的性质、缓冲系统和滴定的基本原理。在本指南结束时，您将为MCAT在测试日对您提出的任何要求做好准备。在本文结束时，还有几个MCAT风格的练习题供您测试知识。
让我们开始吧!
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第2部分：定义
a） Lewis和Bronsted Lowry酸碱
许多学生认为酸和碱是氢和氢氧根离子。例如，溶液中含有高浓度的氢离子(H<
吃晚饭
>+
吃晚饭
>)被认为是酸性的，而溶液中含有高浓度的氢氧根离子(OH<
吃晚饭
>-
吃晚饭
>)被认为是基本的。虽然这是看待酸碱的有效方法，但并不是唯一的方法!
的刘易斯和质子定义描述了酸和碱的不同性质。路易斯酸和碱是以电子运动为基础的。一个路易斯酸接受一个电子对，而路易斯碱提供一对电子。
所有酸和碱都有偶联物，它们是在失去或获得一个氢离子后形成的。一个共轭酸是一种获得质子的Bronsted-Lowry碱。一个共轭碱是一种失去质子的质子酸。强酸有弱共轭碱，强碱有弱共轭酸。这是因为强酸不会形成易于接受质子的物质。如果是，那么它就不是强酸了。同样的逻辑也适用于强碱及其弱共轭酸。如你所料，这也意味着弱酸倾向于形成强共轭碱弱碱倾向于形成强共轭酸。
| 最初的物种 | 分离成 |
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b)重要酸和碱
- 氢化钾:KH
- 氢化锂:LiH
- 氢氧化锂:LiOH
- 氢氧化钠:氢氧化钠
- 氢氧化钾:KOH
- 氢氧化铷:RbOH
- 氢氧化铯:CsOH
- 氢氧化镁:Mg(哦)2
- 氢氧化钙:Ca(哦)2
- 氢氧化锶:Sr(哦)2
- 氢氧化钡：钡（OH）2
第17组的元素，卤素，通常形成强酸。由于产生的离子原子半径大，这些化合物在离解时形成非常稳定的共轭碱。氢溴酸(HBr)分解成氢离子和溴离子。溴离子的较大尺寸给负电荷更大的分散空间，从而使离子稳定。
这条规则的例外是氢氟酸。HF的弱点是离解产物的不稳定性造成的。由于氟离子的原子半径小，它的负电荷非常不稳定。因此，HF的解离不是很有利。
下面的列表总结了几种常见的强酸。任何不在这个列表上的酸都可以被认为是弱酸。
- 氢碘酸:嗨
- 氢溴酸:哈佛商业评论
- 盐酸:盐酸
- 高氯酸:HClO4
- 硫酸：H2所以4
- 硝酸：HNO3.
c)两性物种
两性的物种是可以充当质子酸或质子碱的化合物。在酸性环境中，这种物质充当碱，而在碱性环境中，它充当酸。
氨基酸是两性物种的一个例子。回想一下氨基酸被分为:既．这些分子同时带有正电荷和负电荷。氨基酸可以通过提供质子的氨基(n端)作为酸。此外，它们还可以通过其羧基(或c端)作为碱基，接受质子。
水是另一种非常常见的两性物种。当碱或酸存在时，它会发生不同的反应。下面是质子酸(HA)和质子碱(HB)存在下的水的例子。
H2O + B<吃晚饭>-⇋哦<吃晚饭>-+血红蛋白
注意，当水在酸性环境中，它接受一个质子形成水合氢离子．然而，当它在碱性环境中，它提供一个质子形成a氢离子．水还能进行一种特殊的反应自电离．在这个过程中，水与自身发生反应。以下反应概述了这一点:
d)平衡常数
水的自电离也有一个平衡常数。(有关平衡常数的更多信息，请参阅<一个href="//www.hycocanada.com/blog/chemical-equilibrium-kinetics-mcat" target="_blank">我们的化学平衡和动力学指南．）
另外两个要熟悉的常数是酸解常数(K一个）和碱离解常数（Kb）．这些是酸(HA)解离和碱(BH)解离的平衡常数。两个K的公式一个和Kb如下所示。
B + H2O⇋黑洞<吃晚饭>++哦<吃晚饭>-Kb=[黑洞<吃晚饭>+］[哦<吃晚饭>-］/[B]
因为强酸完全解离，强酸通常有更大的K一个价值。弱酸有K一个小于1.0。同样的，K更大b值对应一个强碱，弱碱对应一个Kb小于1.0。酸解常数和碱解常数的负对数(碱解常数10)提供了几个重要的值。
pKb=-log（Kb）
的pK一个是溶液中一半质子化，另一半去质子化的pH值。如果pH高于pK一个，大多数物种将去质子化。强酸的pK值往往较低一个值越高，碱性越强，pK越低b值。让我们来看一个例子。
在弱酸苯甲酸（C）的3.0 M水溶液中测定离子浓度6H5COOH）（K一个= 6.46 x 10<吃晚饭>－5).
首先，写出化学反应。
用这个K一个表达式可以写成:
解这个方程很困难。为了使方程可解，必须作一个简化的假设。由于x的值很小，所以可以忽略不计。因此，表达式可以重写为:
最后，提供了K一个Value可以被替换并用来求解x:
0.0001938=x<吃晚饭>2
x = 0.014
因此，溶液中的离子浓度等于0.014 M。
e) pH和pOH
的pH标度用来描述溶液的酸度。pH值低于7被认为是酸性的，而pH值高于7则是碱性的。pH值7是中性的，是纯水的pH值。强酸的pH值一般在0到3之间，而弱酸的pH值一般在3到7之间。强碱的pH值一般在12到14之间，而弱碱的pH值一般在7到12之间。
溶液的pH值可以用下列方程求得:
pH等于溶液中氢离子浓度的负对数。与之相似的是pOH规模，提供了溶液的碱度。它本质上与pH值相反。考虑pOH低于7基本在美国，大于7是酸性的，大于7是中性的。下面的方程可以用来求一个解的pOH。
pOH等于溶液中氢氧根离子浓度的负对数。对于同一溶液，pOH和pH之和都是14。例如，如果测量溶液的pH值为4。那么这个溶液的pOH一定是10。这可以用公式总结:
测定强酸或强碱溶液的pH或pOH是相当容易的。考虑以下:
1L水溶液中含有0.001 M盐酸。测定其pH值。
由于盐酸(HCl)是一种强酸，它在溶液中完全解离。
因此,[H3.O<吃晚饭>+］也必须等于0.001。该值可用于pH值的定义：
pH =日志(0.001)
pH = -(-3) = 3
然而，对于弱酸和弱碱来说，这就变得更加困难了。由于弱酸和弱碱在水溶液中不能完全解离，必须使用另一种方法来确定最终的pH值。
如果pK一个是已知的弱酸或弱碱的浓度<吃晚饭>+可以使用上一节描述的方法来确定。然后，这个值可以用于pH的定义。
求3.0 M弱酸、苯甲酸(C6H5COOH）（K一个= 6.46 x 10<吃晚饭>－5).根据我们之前的计算，我们知道溶液中的离子浓度等于0.014 M。然后，
pH =日志(0.014)
虽然这可能是一个很难获得的值没有计算器，以下是正确的:
pH值> -log(0.1)
-(-2) > pH
2 > pH
因此，假设溶液的pH值介于1和2之间（精确地说，pH值的准确值为1.85）
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第3部分:缓冲系统
一)缓冲系统
缓冲系统含有弱酸或弱碱和含有其共轭离子的盐的混合物。当共轭离子的盐被加入时，它经过水解并溶解形成弱酸或弱碱。
缓冲系统被用来抵抗pH值的变化。让我们检查一种常用的缓冲溶液，醋酸和醋酸缓冲溶液。这里，醋酸是弱酸，而醋酸是共轭碱。
如果溶液中加入强碱，它就会和水反应生成水合氢离子。为了中和这种反应，醋酸解离形成醋酸离子。由于醋酸盐是弱碱，pH值与强碱相比变化很小。
的碳酸氢盐缓冲系统是我们体内极其重要的缓冲系统这个缓冲系统用来调节血液的pH值。有关碳酸氢盐缓冲系统的更多信息，请参阅<一个href="//www.hycocanada.com/blog/cardiovascular-and-respiratory-system-mcat" target="_blank">我们的呼吸和心血管系统指南．
b) Henderson-Hasselbalch方程
的Henderson-Hasselbalch方程用于确定缓冲体系的pH值。公式为:
哪里<吃晚饭>-表示共轭碱，HA表示质子酸。我们把这个应用到一个例题中。
1L水溶液含有0.001 M醋酸和0.1 M醋酸。找出它的ph值(注:K一个醋酸是1.8 x10<吃晚饭>－5).
首先，写下化学反应的表达式。在这里，乙酸解离形成乙酸盐，它的共轭碱。
这个问题表明浓度必须用在亨德森-哈塞尔鲍尔奇方程中。此外,K一个提供。这可以转换为pK一个取已知K的负对数一个．
pH = pK一个+日志（[CH3.首席运营官<吃晚饭>-］/[CH3.羧基)
pH = -log(1.8 x 10<吃晚饭>－5）+日志(0.1/0.001)
pH = 4.7 + log(100)
pH = 4.7 + 2
pH = 6.7
的缓冲区的范围缓冲体系有效抵抗pH值变化的有效范围。可通过滴定弱酸或弱碱来确定缓冲范围。
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第4部分:滴定
a)滴定强酸强碱
效价试验让我们找出溶液中反应物的浓度。这是通过取少量的a滴定液，即已知浓度的溶液，并将其添加到分析物，它是一个浓度未知的溶液。在某一点，酸的摩尔数和碱的摩尔数会相等。这发生在等当点．
在等当点，可使用以下公式:
其中N是酸性或碱性溶液的正常浓度，
V是使用的酸或碱的体积
如果已知其中三个变量，则该方程可用于求解第四个变量。
的正常指在溶液中使用的酸或碱等价物的数量。对于只有一个游离质子的酸，如HCl，它等于溶液的浓度(摩尔)。对于有多个解离质子的多质子酸，这大致等于酸性质子数乘以溶液浓度。
| 指标名称 | 变色范围 | 颜色 |
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下面是强碱与强酸的滴定曲线。最初，由于溶液是强碱，pH值较高。然而，当加入更强酸时，就会达到等当点。强酸的进一步加入会导致pH值的进一步降低。
在滴定曲线中等当点可以确定为斜率最大的区域的中点。当滴定涉及强酸和强碱时，等当点的pH值为7。
在用强碱滴定强酸时，应该预料到完全相反的趋势:溶液的pH值将从一个低值开始，在pH = 7时达到等当点，然后继续上升。
强酸强碱滴定的等当点总是在pH为7时出现。当达到这一点时，中和即溶液不再是酸性或碱性的。
b） 滴定弱酸和弱碱
当用弱碱滴定强酸时，等当点的pH值将低于7。因此，最终的溶液仍然是相当酸性的。然而，当强碱用弱酸滴定时，等当点的pH值将大于7。因此，最终的解决方案仍然是相当基本的。
下面是强碱与弱酸滴定的滴定曲线。pH值开始时刚好低于12，因为初始溶液碱性很强。然而，随着加入的弱酸越多，等当点就会达到7以上。
下面是弱酸与强碱滴定的滴定曲线。pH值从4开始，因为初始溶液是弱酸性的。然而，当加入更多的强碱时，可达到刚好高于7的等当点。随着加入更多的碱，pH值继续上升。
c)多质子酸的pKa
如果几个pK一个值是已知的，可以用它们来查找等电点,或者π。这是一种化合物，如氨基酸，完全带中性电荷的pH值。
化合物pK的平均值一个值提供其pI。例如，如果pKa1化合物的分子量等于3和pKa2等于4,pI等于3.5。
关于作者
肖维克拉姆是Shemmassian学术咨询公司辅导服务的负责人。金宝搏官网他取得了完美的MCAT成绩(528分)，并带来了多年的专业辅导经验，帮助我们的学生最大限度地提高他们的考试成绩。
确认:Sahil聊拉
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第五部分:高收益条款
路易斯酸:接受电子对的物种
路易斯碱:提供电子对的物种
质子酸:提供质子的物种
质子基础:接受质子的物质
两性的物种:充当酸或碱的物种
自电离:水与自身反应的过程
两性离子：同时带正电荷和负电荷的分子
共轭酸：得到一个氢离子的碱
共轭碱:失去一个质子的酸
pH值范围:描述溶液中氢离子的浓度
pOH规模:描述溶液中氢氧根离子的浓度
滴定法:这个过程允许我们求溶液中反应物的浓度
滴定剂：在滴定中浓度已知的反应物
分析物：滴定中浓度未知的反应物
等当点:在滴定中，当等效酸和碱的数量相等时发生
缓冲解决方案:由弱酸/弱碱和含有其结合物的盐组成；用于其抵抗pH变化的能力
指标:随着酸碱度变化而改变颜色的分子;确定滴定终点
中点:当脱质子化物种的浓度等于质子化物种的浓度时发生
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第6部分:基于短文的问题和答案
酸的强度是由它分解成质子和共轭碱的倾向决定的。强酸是一种在溶液中完全分解的酸。
反应1:一种通用强酸的解离
与强酸相比，弱酸只能部分解离。未解离的反应物和解离的产物保持平衡状态。
反应2:一般弱酸的解离
乙酸，俗称醋酸，是一种重要的工业化学试剂。它存在于许多家庭用品中，从除垢剂到调味品。几个学生研究乙醇酸在水溶液中的解离。
反应3:乙醇酸的解离
此外，学生观察乙醇酸和氢氧化钠之间的反应，氢氧化钠是一种强碱。
反应4:乙醇酸和氢氧化钠
问题1：以下哪项不是强酸？
A） 盐酸
B)氢碘酸
C)氢氟酸
D)硫酸
问题2:下面哪一项准确地描述了乙醇酸?
一)弱酸性
B)强酸
C)滴定指示剂
D)共轭碱
A) 2 x 10<吃晚饭>－3
B） 6 x 10<吃晚饭>－3
C) 7 x 10<吃晚饭>－3
故选D<吃晚饭>－3
3)
B) 5
C) 7
D) 9
回答基于短文的问题
选项C是正确的．大多数卤素形成强酸。氟是例外，因为氢氟酸不被认为是强酸(选择C是正确的)。对于MCAT，你应该知道的强酸包括氢碘酸、氢溴酸、盐酸、高氯酸、硫酸和硝酸(选择A、B和D是不正确的)。
答案A是正确的。乙醇酸，顾名思义，是一种酸性化合物。从乙酸中除去一个质子会导致共轭碱的形成(选项C是错误的)。在这种情况下，不使用乙醇酸作为滴定指示剂(选择D是错误的)。根据反应3中提供的信息，乙醇酸在溶液中不完全解离，而是以平衡状态存在，由未解离的反应物和解离的产物组成。因此，它是弱酸(选项B是错误的)。
选项B是正确的。首先，使用反应3识别Ka表达式。可以使用提供的Ka值。
1.8 x 10<吃晚饭>－5= [H3.O<吃晚饭>+］[CH3.首席运营官<吃晚饭>-］/[CH3.羧基)
接下来，用x表示生成的乙醇酸和水合氢离子的量。这两个量一定相等，因为它们的化学计量比是1:1。因为生成的产物的量等于乙醇酸的初始浓度减去x，也就是K一个表达式可以写成:
由于x的值很小，所以可以忽略不计。因此，这个表达式可以近似为:
最后，求出x。
3.6 x 10<吃晚饭>－5=x<吃晚饭>2
6 x 10<吃晚饭>－3=x
因此，水合氢离子的浓度是6 × 10<吃晚饭>－3M。
4.选项D是正确的。首先，用氢氧根浓度来计算pOH值:
pOH = -log(1 x 10<吃晚饭>－5）
pOH=5
要得到pH值，只需从14中减去pOH。
pH = 14 - pOH
pH=14-5
pH = 9
因此，溶液的pH值是9。
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第7部分:独立的问题和答案
问题1:下列哪项准确地描述了路易斯酸?
A)路易斯酸是一种接受电子对的物质
B)路易斯酸是一种提供电子对的物质
C)路易斯酸是一种提供质子的物质
D)路易斯酸是一种接受质子的酸
问题2:下面哪个选项是不强碱吗?
A） 是（哦）2
B) LiOH
C) CsOH
D)毫克(哦)2
问题3:什么是两性物种?
A） 同时含有亲水性和疏水性基团的物种
B)可以充当酸或碱的物种
C)一种既有正电荷又有负电荷的物质
D)缺少电荷的物种
1)
B) 5.8
C) 8
D) 8.8
问题5:甘氨酸的等电点是什么?
2.0)
B) 4.5
C） 5.5
D) 9.0
回答关键的独立问题
答案A是正确的。路易斯酸是任何接受电子对的化学物质(选项A是正确的)。路易斯碱是任何提供电子对的化学物质(选项B是错误的)。Bronsted-Lowry酸提供一个质子，而Bronsted-Lowry碱接受一个质子(选项C和D是错误的)。
答案A是正确的。IA族和IIA族金属的可溶性氢氧化物形成强碱(选择B、C和D是错误的)。然而，唯一的例外是Be(OH)2。
选项B是正确的。两性物种是指既能充当酸也能充当碱的物种。例如水（选择B是正确的）。两性物种是指含有亲水性和疏水性基团的物种（选择A是错误的）。两性离子是指既含有正电荷又含有负电荷的物种（选择C是错误的）.缺少电荷的物种是中性的（选项D不正确）。
选项B是正确的。为解决这一问题，所提供的值可用于Henderson-Hasselbalch方程。
请注意,H2阿宝4-是酸，而HPO42 -是共轭碱。
pH = 6.8 + log(0.8/8)
pH = 6.8 + log(0.1)
pH=6.8+（-1）
pH = 5.8
因此，缓冲系统的pH值为5.8。
5.选项C是正确的。甘氨酸，像所有的氨基酸一样，有一个羧基(pK一个= 2)和氨基(pK一个= 9).要求等电点(pI)，只需取这两个值的平均值。
pI=（2+9）/2
π= 5.5