《水分析化学》课后习题答案.docx

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《水分析化学》课后习题答案

水分析化学平时作业整理

第一章

1.简述水分析化学课程的性质及任务。

性质:

水分析化学是研究水及其杂质、污染物的组成、性质、含量和它们的分析方法的一门

学科。

任务:

通过水分析化学学习,掌握水分析化学的四大滴定方法(酸碱滴定法、络和滴定法、

沉淀滴定法和氧化还原滴定法)和主要仪器分析法(如吸收光谱法、色谱法和原子光谱法等)

的基本原理、基本理论、基本知识、基本概念和基本技能,掌握水质分析的基本操作,注重

培养学生严谨的科学态度,培养独立分析问题和解决实际问题的能力。

2.介绍水质指标分几类,具体包括哪些指标?

(1)物理指标1)水温2)臭味和臭阈值3)颜色和色度4)浊度5)残渣6)电导率

7)紫外吸光度值8)氧化还原电位

(2)微生物指标1)细菌总数2)总大肠菌群3)游离性余氯4)二氧化氯

(3)化学指标1)pH值2)酸度和碱度3)硬度4)总含盐量5)有机污染物综合指

标6)放射性指标

第二章

1.简述水样分析前保存的要点是什么?

水样保存希望做到:

减慢化学反应速度,防止组分的分解和沉淀产生;减慢化合物或络合

物的水解和氧化还原作用;减少组分的挥发溶解和物理吸附;减慢生物化学作用。

水样的保存方法主要有加入保存试剂,抑制氧化还原反应和生化作用;控制pH值和冷藏

冷冻等方法,降低化学反应速度和细菌活性。

2.测定某废水中的COD,十次测定结果分别为50.0,49.2,51.2,48.9,50.5,49.7,51.2,48.8,49.7和

49.5mgO2/L,问测量结果的相对平均偏差和相对标准偏差(以CV表示)各多少?

解:

X=

n

1

n

i1

xi=49.87di=Xi-X

n

d

i

n

=

1.130.671.330.97

1.630.171.331.070.17

10

0.37

i1

d=

=0.684

d(%)=

d

X

×100=

0.684

49.87

×100=1.37%

n

d

i

2

Sr=

i

1

n

1

=

2

0.13

2

0.67

2

1.33

2

0.97

2

0.63

9

2

0.17

2

1.33

2

1.7

0.17

2

2

0.37

=

2227

3000

2227

CV(%)=

Sr

X

×100=

3000

3.

=1.73%

第三章

3.已知下列各物质的Ka或Kb,比较它们的相对强弱,计算它们的Kb或Ka,并写出它们的

共轭酸(或碱)的化学式。

+H2C2O4

(1)HCNNH4

-10-10-2

(Ka)5.6×10(Ka)5.9×10(Ka1)

49.6×10

-5

(Ka2)

2.×10

(2)NH2OHCH3NH2AC

-9-4-10

(Kb)4.2×10(Kb)5.90×10(Kb)

2.×10

+

解:

(1)酸性强弱:

H2C2O4>NH4

>HCN

HCN:

14

Kw1.010

5

Kb2.0310共轭碱为CN

10

Ka4.9310

14

Kw1.010

+:

5NH4

Kb1.7910共轭碱为NH3

10

Ka5.610

H2C2O4:

14

Kw1.010

10-

Kb11.5610共轭碱为HC2O4

5

Ka6.410

2

14

Kw1.010

13

Kb共轭碱为C

21.6910

2-

2O42

Ka5.910

1

(2)碱性强度:

CH3NH2>NH2OH>AC

NH2OH:

14

Kw1.010

11

Ka2.3810共轭酸为NH2OH2

4

Kb4.210

CH3NH2:

14

Kw1.010

6

Ka1.110共轭酸为CH3NH3

9

Kb9.110

AC

14

Kw1.010

5

Ka1.6910共轭酸为HAc

10

Kb5.9010

4.简述酸碱滴定中指示剂的选用原则。

最理想的指示剂应恰好在计量点时变化。

但,实际上凡在pH=4.30~9.70范围内变色的指

示剂,均可保证有足够的准确度。

在满足滴定准确度要求的前提下,其变色点越接近计量点

越好。

注意:

强酸滴定强碱的滴定曲线与强碱滴定强酸类同,只是位置相反。

滴定突跃大小与滴定液和被滴定液的浓度有关。

如果是等浓度的强酸强碱相互滴定,其滴

定起始浓度减少一个数量级,则滴定突跃缩小两个pH单位。

(P87)

指示剂选择的原则,各类酸碱滴定选用指示剂的原则都是一样的。

所选择的指示剂变色范围,必须处于或部分处于计量点附近的pH突跃范围内。

4.某一弱酸型指示剂在pH=4.5的溶液中呈现蓝色,在pH=6.5的溶液中呈现黄色,该指示剂

的解离常数KHIn为多少?

解:

由题意知该指示剂pK=5.5

-5.5-6

KHIn=10=3.2×10

弱酸—共轭酸或弱酸—共轭碱组成的缓冲

溶液能控制的pH范围为pK1

5.水中碱度主要有哪些?

简述碱度测定的基本原理。

2-)碱度和氢氧化物(OH-

一般水中碱度主要有重碳酸盐(HCO3)碱度、碳酸盐(CO3

)碱度。

水中碱度的测定采用酸碱指示剂滴定法,即以酚酞和甲基橙作指示剂,用HCl或H2SO4

标准溶液滴定水样中碱度至终点,根据所消耗酸标准溶液的量,计算水样中的碱度。

6.取水样100.0mL,用0.1000mol/LHCl溶液滴定至酚酞终点,消耗13.00mL;再加甲基橙

指示剂,继续用HCl溶液滴定至橙红色出现,消耗20.00mL,问水样中有何种碱度?

其含

量为多少(mg/L表示)?

解:

P=13.00mL,M=20.00mL

P

2-和HCO3-

碱度,CO3

2-=2P,HCO3-水中有CO3=M-P

C2P30

2-碱度(CO2-,mg/L)=1000

CO3

3

100

=780.0mg/L

--

CM-P61

碱度(HCO3,mg/L)=1000

HCO3

100

=427.0mg/L

2-、OH

--

、HCO3

7.一水样中可能含有CO3

,或者是混合水样。

用20.00mL0.100mol/LHCl

溶液,以酚酞为指示剂可滴定至终点。

问:

-2-的量(过去称摩尔数)相同,再以甲基橙为指示剂,还需

和CO3

(1)若水样含有OH

加入多少毫升HCl溶液才可滴定至橙红色终点?

2-和HCO3-

的量相同,接着以甲基橙为指示剂,还需滴入多少毫升

(2)若水样含有CO3

HCl溶液才可达到橙红色终点?

(3)若加入甲基橙指示剂时,不需滴入HCl溶液就已呈终点颜色,该水样中含何种物

质?

解:

(1)P=20.00mL

-2-碱度

1

P包括OH和CO3

2

-2-的量相同

和CO3水样含有OH

OH=

1

2

2-=

CO3

1

2

P

M=

1

2

2-=

CO3

1

2

P=10.00mL

(2)P=20.00mL

P为

1

2

CO

-

2

3

碱度

1

2

-

2

CO

=P=20.00mL

3

2--

和HCO3

水样含有CO3

的量相同

1

2

-

2

CO

3

=HCO3=P=20.00mL

还需滴入M=

1

2

CO

-

2

3

+HCO3

=40.00mL

(3)P=20.00mL,M=0

水样中只有OH

第四章

1络合物的稳定常数和条件稳定常数有什么区别和联系?

当络合反应达到平衡时,其反应平衡常数为络合物的稳定常数,用K

稳表示。

络合平衡时

的稳定常数K稳是[Y]总=[Y

4-],即αY(H)=1时的稳定常数。

这样,EDTA不能在pH<12时应用。

在实际应用中,溶液的pH<12时,必须考虑酸效应对金属离子络合物稳定性的影响,引进

条件稳定常数,用K'

稳表示。

络合物的K稳越大,则络合物越稳定。

由于pH值越大,αY(H)越小,则条件稳定常数

K'

稳越大,形成络合物越稳定,对络合滴定就越有利。

n4

K

[MY]

K

为酸效应系数

稳[M][Y]

n

Y(H)

Y(

H

)总

2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值是多少?

实际分析中pH

8.用EDTA标准溶液滴定水样中的Ca

值应控制在多大?

解:

lgKCaY=10.69lgKMgY=8.69lgKZnY=16.50

2+时,lgɑ

滴定CaY(H)=10.69-8=2.69

滴定Mg

查表,得pH=7.5~7.6

2+时,lgɑ

Y(H)=8.69-8=0.69

利用lgɑY(H)=lgK

稳-8公式,可以找到滴

n+

)时所允许的最

定各种金属离子(M

小pH值。

查表,得pH=9.6~9.7

2+时,lgɑY(H)=16.50-8=8.50滴定Zn

查表,得pH=4.0~4.1

2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值分别是7.5,9.6,4.0。

滴定Ca

在实际分析中,控制溶液的pH范围要比滴定金属离子允许的最小pH范围大一些,

+

因为EDTA是一有机弱酸,在水溶液中或多或少的解离产生一定量的H,降低了溶液的pH

值,所以控制的pH值稍高一些,可抵消这种影响。

9.计算pH=10时,以10.0mmol/LEDTA溶液滴定20.00mL10.0mmol/LMg

2+溶液,在计量点

时的Mg

2+的量浓度和pMg值。

解:

pH=10时,lgKlgKlg8.690.458.24

MgYMgYY(H)

Mg

2

sp

C

Mg

1.0100

C

22

Mg5.36106/

sp

mol

5.

KK10

MgYMgY

L

pMg

2

splgMgsp

49.727

3.简述金属指示剂的作用原理,解释什么是金属指示剂的封闭现象和僵化现象。

金属指示剂是一些有机络合剂,可与金属离子形成有色络合物,其颜色与游离金属指示剂

本身的颜色不同,因此,可以指示被滴定金属离子在计量点附近pM值的变化。

当金属指示剂与金属离子形成的络合物不能被EDTA置换,加入大量EDTA也得不到终

点,这种现象叫做指示剂的封闭现象。

如果金属指示剂与金属离子生成的显色络合物为胶体或沉淀,使滴定时与EDTA的置换

作用缓慢,而使终点延长,这种现象叫做指示剂的僵化现象。

4.取水样100mL,调节pH=10.0,用EBT为指示剂,以10.0mmol/LEDTA溶液滴定至终点,

消耗25.00mL,求水样中的总硬度(以mmol/L和CaCO3mg/L)?

3.25.00

解:

总硬度(mmol/L)=2.50mmol/L

100

总硬度(

mmol/L)

CV

EDTAEDTA

V

0.3825.00100.10

总硬度(CaCO3mg/L)=250.25mg/L

100

5.取一份水样100mL,调节pH=10,以EBT为指示剂,用10.0mmol/LEDTA溶液滴定至终

点,消耗24.20mL;另取一份水样100mL,调节pH=12,加钙指示剂(NN),然后以10.0mmol/L

2+、Mg2+EDTA溶液滴定至终点,消耗13.15mL。

求该水样中总硬度(以mmol/L表示)和Ca

的含量(以mg/L表示)?

0.685024.20

解:

总硬度(mmol/L)=2.42mmol/L

100

49.88013.1540.08

2+(mg/L)=52.70mg/LCa

100

Mg

2+

0.1424.2013.1524.31

(mg/L)=26.86mg/L

100

第五章

0.68在含有等浓度的Cl

--

和I的溶液中,逐滴加入AgNO3溶液,哪一种离子先沉淀?

第二种离

子开始沉淀时,Cl

-与I-的浓度比为多少?

-10

解:

Ksp,AgCl=1.8×10

-17

Ksp,AgI=8.3×10

AgClAgIK

与是同类型沉淀,而且

spK

AgI

sp,AgCl

I

先沉淀

当Cl

开始沉淀时,

Ag

K

spAgCl

Cl

I

K

sp,

AgI

Ag

K

K

spAgI

sp,AgCl

Cl

Cl

I

K10

,AgCl6

1.810

sp2.1710

17

K8.310

sp,AgI

6.取水样100mL,加入20.00mL0.1120mol/LAgNO3溶液,然后用0.1160mol/LNH4SCN溶

液滴定过量的AgNO3溶液,用去10.00mL,求该水样中Cl

的含量(mg/L表示)。

解:

Clmg/L

49.820.00

6.10.0035.453

100

1000

4.mg/L

第六章

0.39何谓标准电极电位和条件电极电位?

当电对处于标准状态(即物质皆为纯净物,组成电对的有关物质浓度(活度)为1.0

-3,涉及气体的分压为1.0×105Pa时,该电对的电极电势为标准电极电势,用符号φmol·dm

θ

表示。

通常温度为298.15K。

条件电极电位与络合反应中的条件稳定常数K’稳和稳定常数K稳关系相似,是考虑了

外界因素(如离子强度)影响时的电极电位。

0.40举例说明三种氧化还原指示剂的显色原理。

①利用滴定剂或被滴定液本身的颜色变化来指示滴定终点到达,这种滴定剂或被滴定物质

起着指示剂的作用,因此叫自身指示剂。

例如:

在KMnO4法中,用

MnO在酸性溶液中滴定无色或浅色的还原性物质时,计量点

4

之前,滴入的

—2+,整个溶液仍保持无色或浅色。

达到计量点

MnO全部被还原为无色的Mn

4

时,水中还原性物质已全部被氧化,再过量1滴

—-6

MnO(2×10

mol/L的

4

MnO),溶液

4

立即由无色或浅色变为稳定的浅红色,指示已达滴定终点,KMnO4就是自身指示剂。

②专属指示剂本身并没有氧化还原性质,但它能与滴定体系中的氧化态或还原态物质结合

产生特殊颜色,而指示滴定终点。

3+滴定Sn2+时,可用KSCN作专属指示剂。

计量点前,滴入的Fe3+例如:

在酸性溶液中用Fe

2+还原为Fe2+,溶液无色;计量点时,稍过量的Fe3+便与SCN-反应生成Fe(SCN)2+被Sn

红色络合物,指示已达滴定终点。

③本身具有氧化还原性质的有机化合物。

在氧化还原滴定中,这种指示剂也发生氧化还原

反应,且氧化态和还原态的颜色不同,利用指示剂由氧化态变为还原态或还原态变为氧化态

的颜色突变,来指示滴定终点。

10.取水样100mL,用H2SO4酸化后,加入10.00mL0.0100mol/L高锰酸钾溶液

(1/5KMnO4=0.0100mol/L),在沸水浴中加热30min,趁热加入10.00mL0.0100mol/L草酸

钠溶液(1/2Na2C2O4=0.0100mol/L),摇匀,立即用同浓度高锰酸钾标准溶液滴定至显微红

色,消耗2.15mL,求该水样中高锰酸盐指数是多少(mgO2/L)?

解:

高锰酸盐指数(

mgO/

2

L

VC

11

V

C

2

2

V

VC8

11

1000

7.000.010010.000.01002.150.010081000

——

100

49.9mgO/L

2

V1——开始加入KMnO4标准溶液的量(mL);

V1'——最后滴定消耗KMnO4标准溶液的量(mL);

V2——加入Na2C2O4标准溶液的量(mL);

C1——KMnO4标准溶液浓度(1/5KMnO4,mol/L);

C2——Na2C2O4标准溶液浓度(1/2Na2C2O4,mol/L);

8——氧的摩尔质量(1/2O,g/mol);

V水——水样的量(mL)。

7.用回流法测定某废水中的COD。

取水样20.00mL(同时取无有机物蒸馏水20.00mL作空

白试验)放入回流锥形瓶中,加入10.00mL0.2500mol/L重铬酸钾溶液

(1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)和30mL硫酸—硫酸银溶液,加热回流2h;冷却后加蒸馏水稀

释至140mL,加试亚铁灵指示剂,用0.1000mol/L硫酸亚铁溶液((NH4)2Fe(SO4)2)·6H

2O

=0.1000mol/L)返滴至红褐色,水样和空白分别消耗11.20mL和21.20mL。

求该水样中的COD

是多少(mgO2/L)?

CODmgO/L

()

2

(V—VC8

0

1

V

1000

解:

(.

2120

11.20

5.

0.4100

8

1000

0.686mgO/L

2

V0——空白试验消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液的量(mL);

V1——滴定水样时消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液的量(mL);

C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度((NH4)2Fe(SO4)2,mol/L);

8——氧的摩尔质量(1/2O,g/mol);

V水——水样的量(mL)。

应该指出,在滴定过程中,所用K2Cr2O7标准溶液的浓度是

1/6K2Cr2O7mol/L。

第七章

1、参比电极和指示电极的种类和作用有哪些?

指示电极分为金属基电极和膜电极两大类。

金属基电极分为金属---金属离子电极、金属

---金属微溶盐电极、均相氧化还原电极。

常用的参比电极有甘汞电极和银-氯化银电极。

2、玻璃电极使用前为何必须在蒸馏水中浸泡24h以上?

由于干玻璃电极对氢离子的传感不灵敏,即对pH值不响应,因此需要用蒸馏水浸泡:

一方面,使玻璃电极的薄膜表面形成一层水合硅胶,水合硅胶层与水溶液之间的离子交换平

衡是产生电极电位的根源,会恢复玻璃电极对pH值的响应。

另一方面,玻璃电极的薄膜内

外表面的结构、性质常有差别或不对称,引起不对称电位,浸泡的目的是使其不对称电位减

少并达到稳定。

3、电极使用前为何要用pH标准缓冲溶液标定pH计?

一般由于温度的影响、电子元件的老化、玻璃电极产家不一或浸泡时间不一等因素,常

使pH计测量结果产生偏差,因此除了用仪器上的温度调节钮对温度进行补偿外,必须在测

定之前用标准缓冲溶液进行校正。

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