无机及分析化学答案第二版第四章.docx
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无机及分析化学答案第二版第四章
无机及分析化学答案(第二版)第四章
第四章酸碱平衡与酸碱滴定法
4-1.将300mL0.20mol?
L?
1HAc溶液稀释到什么体积才能使解离度增加一倍。
?
10.20mol?
L?
300mLc?
V解:
设稀释到体积为V,稀释后
220.20?
2?
0.20?
300?
(2?
)c?
Ka?
V?
(1?
2?
)1?
?
得:
1?
?
由?
5?
1
因为K?
a=1.74?
10ca=0.2mol?
LcaK?
a>20K?
wca/K?
a>500故由1?
2?
=1?
?
得V=[300?
4/1]mL=1200mL此时仍有caK?
a>20K?
wca/K?
a>500。
4-2.奶油腐败后的分解产物之一为丁酸(C3H7COOH),有恶臭。
今有0.40L含0.20mol?
L?
1丁酸的溶液,pH为2.50,
求丁酸的K?
a。
解:
pH=2.50c(H+)=10?
2.5mol?
L?
1
?
=10?
2.5/0.20=1.6?
10?
2
?
?
22c?
2?
0.20?
(1.6?
10)?
5.2?
10?
5?
21?
1.6?
10K?
a=1?
?
?
1?
4-3.WhatisthepHofa0.025mol?
Lsolutionofammoniumacetateat25℃?
pKaofaceticacidat25℃is4.76,pK?
aof
theammoniumionat25℃is9.25,pKwis14.00.
?
10?
10解:
c(H+)=Ka1Ka2?
10pH=?
logc(H+)=7.00
4-4.已知下列各种弱酸的K?
a值,求它们的共轭碱的K?
b值,并比较各种碱的相对强弱。
(1)HCNK?
a=6.2×10?
10;
(2)HCOOHK?
a=1.8×10?
4;(3)C6H5COOH(苯甲酸)K?
a=6.2×10?
5;(4)C6H5OH(苯酚)K?
a=1.1×10?
10;(5)HAsO2K?
a=6.0×10?
10;(6)H2C2O4K?
a1=5.9?
10?
2;K?
a2=6.4?
10?
5;解:
(1)HCNKa=6.2?
10?
10Kb=Kw/6.2?
10?
10=1.6?
10?
5
(2)HCOOHKa=1.8?
10?
4Kb=Kw/1.8?
10?
4=5.6?
10?
11(3)C6H5COOHKa=6.2?
10?
5Kb=Kw/6.2?
10?
5=1.61×10?
10(4)C6H5OHKa=1.1?
10?
10Kb=Kw/1.1?
10?
10=9.1?
10?
5(5)HAsO2Ka=6.0?
10?
10Kb=Kw/6.0?
10?
10=1.7?
10?
5(6)H2C2O4Ka1=5.9?
10?
2Kb2=Kw/5.9?
10?
2=1.7?
10?
13Ka2=6.4?
10?
5Kb1=Kw/6.4?
10?
5=1.5×10?
10
?
4.76?
9.24?
7.00
?
碱性强弱:
C6H5O
4-5.用质子理论判断下列物质哪些是酸?
并写出它的共轭碱。
哪些是碱?
也写出它的共轭酸。
其中哪些既是酸又是碱?
-----
H2PO4,CO32,NH3,NO3,H2O,HSO4,HS,HCl解:
酸共轭碱碱共轭酸既是酸又是碱
---
H3PO4H2PO4H2PO4H2PO4HPO42?
NH3NH3NH4+NH3NH2?
+
H2OH2OH3OH2OOH?
---
H2SO4HSO4HSO4HSO4SO42?
---
H2SHSHSHSS2?
-
HClHNO3NO3Cl?
CO32?
HCO3?
4-6.写出下列化合物水溶液的PBE:
(1)H3PO4
(2)Na2HPO4(3)Na2S(4)NH4H2PO4(5)Na2C2O4(6)NH4Ac(7)HCl+HAc(8)NaOH+NH3解:
>AsO2?
>CN?
>C6H5COO?
>C2O42?
>HCOO?
>HC2O4?
(1)H3PO4:
c(H+)=c(H2PO4?
)+2c(HPO42?
)+3c(PO43?
)+c(OH?
)
(2)Na2HPO4:
c(H+)+c(H2PO4?
)+2c(H3PO4)=c(PO43?
)+c(OH?
)(3)Na2S:
c(OH?
)=c(H+)+c(HS?
)+2c(H2S)(4)NH4H2PO4:
c(H+)+c(H3PO4)=c(NH3)+c(HPO42?
)+2c(PO43?
)+c(OH?
)(5)Na2C2O4:
c(OH?
)=c(H+)+c(HC2O4?
)+2c(H2C2O4)(6)NH4AC:
c(HAc)+c(H+)=c(NH3)+c(OH?
)(7)HCl+HAc:
c(H+)=c(Ac?
)+c(OH?
)+c(Cl?
)(8)NaOH+NH3:
c(NH4+)+c(H+)=c(OH?
)�Cc(NaOH)
4-7.某药厂生产光辉霉素过程中,取含NaOH的发酵液45L(pH=9.0),欲调节酸度到pH=3.0,问需加入6.0mol?
L?
1HCl溶液多少毫升?
解:
pH=9.0pOH=14.0�C9.0=5.0c(OH?
)=1.0?
10?
5mol?
L?
1n(NaOH)=45?
10?
5mol
设加入V1mLHCl以中和NaOHV1=[45?
10?
5/6.0]103mL=7.5?
10?
2mL设加入xmLHCl使溶液pH=3.0c(H+)=1?
10?
3mol?
L?
1
6.0?
x10?
3/(45+7.5?
10?
5+x10?
3)=1?
10?
3x=7.5mL共需加入HCl:
7.5mL+7.5?
10?
2mL=7.6mL
4-8.H2SO4第一级可以认为完全电离,第二级K?
a2=1.2×10?
2,,计算0.40mol?
L?
1H2SO4溶液中每种离子的平衡浓
度。
解:
HSO4?
H++SO42?
起始浓度/mol?
L?
10.400.400
平衡浓度/mol?
L?
10.40?
x0.40+xx
1.2?
10?
2=x(0.40+x)/(0.40?
x)x=0.011mol?
L?
1
c(H+)=0.40+0.011=0.41mol?
L?
1pH=?
lg0.41=0.39
c(HSO4?
)=0.40?
0.011=0.39mol?
L?
1c(SO42?
)=0.011mol?
L?
1
4-9.求1.0×10?
6mol?
L?
1HCN溶液的pH值。
(提示:
此处不能忽略水的解离)解:
K?
a(HCN)=6.2?
10?
10ca?
K?
a<20K?
wca/K?
a?
500
?
?
6?
10?
14?
7?
1?
ca?
Ka?
Kw?
1.0?
10?
6.2?
10c(H?
1.0?
10?
1.0?
10mol?
L?
)?
pH=7.0
?
1
4-10.计算浓度为0.12mol?
L的下列物质水溶液的pH值(括号内为pK?
a值):
(1)苯酚(9.89);
(2)丙烯酸(4.25)
(3)氯化丁基胺(C4H9NH3Cl)(9.39);(4)吡啶的硝酸盐(C5H5NHNO3)(5.25)
解:
(1)pK?
a=9.89c(H+)=
(2)pKa=4.25c(H)=(3)pK?
a=9.39c(H+)=
?
?
ca?
Ka?
?
0.12?
10?
9.89?
3.9?
10?
6pH=5.41
?
4.2512?
10ca?
Ka?
?
0.?
2.6?
10?
3pH=2.59?
9.3912?
10ca?
Ka?
?
0.?
7.0?
10?
6pH=5.15?
5.25?
10ca?
Ka?
0.?
12?
8.2?
10?
4pH=3.09
+
(4)pKa=5.25c(H)=
--
4-11.H2PO4的K?
a2=6.2×10?
8,则其共轭碱的K?
b是多少?
如果在溶液中c(H2PO4)和其共轭碱的浓度相等时,溶
液的pH将是多少?
解:
K?
b=K?
w/K?
a=1.0?
10?
14/6.2?
10?
8=1.6?
10?
7
pH=pK?
a?
lgca/cb=pK?
a=?
lg(6.2?
10?
8)=7.20
4-12.欲配制250mLpH=5.0的缓冲溶液,问在125mL1.0mol?
L?
1NaAc溶液中应加多少6.0mol?
L?
1的HAc和多少水?
解:
pH=pKa?
lgca/cb5.0=?
lg(1.74?
10?
5)?
lgca/cbca/cb=0.575cb=1.0mol?
L?
1?
125/250=0.50mol?
L?
1ca=0.50mol?
L?
1?
0.575=0.29mol?
L?
1
V?
6.0mol?
L?
1=250mL?
0.29mol?
L?
1V=12mL
即要加入12mL6.0mol?
L?
1HAc及250mL?
125mL?
12mL=113mL水。
4-13.现有一份HCl溶液,其浓度为0.20mol?
L?
1。
(1)欲改变其酸度到pH=4.0应加入HAc还是NaAc?
为什么?
(2)如果向这个溶液中加入等体积的2.0mol?
L?
1NaAc溶液,溶液的pH是多少?
(3)如果向这个溶液中加入等体积的2.0mol?
L?
1HAc溶液,溶液的pH是多少?
(4)如果向这个溶液中加入等体积的2.0mol?
L?
1NaOH溶液,溶液的pH是多少?
解:
(1)0.20mol?
L?
1HCl溶液的pH=0.70,要使pH=4.0,应加入碱NaAc;
(2)加入等体积的2.0mol?
L?
1NaAc后,生成0.10mol?
L?
1HAc;
+
余(2.0?
0.20)/2=0.90mol?
L?
1NaAc;
pH=pKa?
lgca/cbpH=?
lg(1.74?
10?
5)?
lg(0.10/0.90)=5.71
(3)加入2.0mol?
L?
1的HAc后,c(HAc)=1.0mol?
L?
1HAcH++Ac?
1.0?
x0.10+xx
1.74?
10?
5=(0.10+x)x/(1.0?
x)x=1.74?
10?
4mol?
L?
1
c(H+)=0.10mol?
L?
1+1.74?
10?
4mol?
L?
1=0.10mol?
L?
1pH=0.10
(4)反应剩余NaOH浓度为0.9mol?
L?
1
pOH=?
lg0.9=0.05pH=14.00?
0.05=13.95
--
4-14.人体中的CO2在血液中以H2CO3和HCO3存在,若血液的pH为7.4,求血液中H2CO3与HCO3的摩尔分
数x(H2CO3)、x(HCO3?
)?
解:
H2CO3的Ka1=4.2?
10?
3(pKa1=6.38);Ka2=5.6?
10?
11(pKa2=10.25)
pH=pKa?
lgca/cb7.4=6.38?
lgc(H2CO3)/c(HCO3?
)
c(H2CO3)n(H2CO3)?
?
0.095?
?
c(HCO3)n(HCO3)n(H2CO3)=0.095n(HCO3?
)
n(H2CO3)0.095n(HCO3)x(H2CO3)?
?
?
0.087?
?
?
n(H2CO3)?
n(HCO3)0.095n(HCO3)?
n(HCO3)n(HCO3)n(HCO3)x(HCO3)?
?
?
0.91?
?
?
n(H2CO3)?
n(HCO3)0.095n(HCO3)?
n(HCO3)?
或x(HCO3)=1?
x(H2CO3)=1?
0.087=0.913
4-15.回答下列问题并说明理由。
(1)将NaHCO3加热至270~300℃,以制备Na2CO3基准物质,如果温度超过300℃,部分Na2CO3分解为Na2O,用此基准物质标定HCl溶液,对标定结果有否影响?
为什么?
(2)以H2C2O4?
2H2O来标定NaOH浓度时,如草酸已失去部份结晶水,则标定所得NaOH的浓度偏高还是偏低?
为什么?
(3)NH4Cl或NaAc含量能否分别用碱或酸的标准溶液来直接滴定?
(4)NaOH标准溶液内含有CO32?
,如果标定浓度时用酚酞作指示剂,在标定以后测定物质成份含量时用甲基橙作批示剂,讨论其影响情况及测定结果误差的正负。
解:
(1)若Na2CO3部分分解为Na2O,由于失去了CO2,则消耗比Na2CO3时更多的HCl,即所用HCl的体积增加,
使HCl的浓度偏低。
(2)H2C2O4?
2H2O失去部分结晶水,则相同质量的草酸消耗的NaOH体积增加,使NaOH的浓度偏低。
(3)由于NH3?
H2O可以直接滴定,故NH4Cl不可直接滴定(caKa<10?
8);同理NaAc的caKb<10?
8,不可直接滴定。
(4)若NaOH溶液内含CO32?
,标定时用酚酞作指示剂,而测定时用甲基橙为指示剂。
由于标定时CO32?
在NaOH中以Na2CO3存在,Na2CO3?
NaHCO3
2NaOH+CO2?
Na2CO3+H2O2molNaOH~1molNa2CO3~1molHCl
即使V(NaOH)值上升,标定计算出的c(NaOH)下降,(以NaOH与HCl反应为例,别的物质也一样)。
测定时用甲基橙为指示剂,Na2CO3+2HCl?
2NaCl+H2O+CO2
1molNa2CO3~2molHCl~2molNaOH即CO2不构成影响测定结果,由于与c成正比,c下降故结果产生负误差。
4-16.下列酸或碱能否准确进行滴定?
(1)0.1mol?
L?
1HF;
(2)0.1mol?
L?
1HCN;(3)0.1mol?
L?
1NH4Cl;(4)0.1mol?
L?
1C5H5N(吡啶);
(5)0.1mol?
L?
1NaAc;
解:
(1)Ka(HF)=6.6?
10?
4ca=0.1mol?
L?
1caKa=6.6?
10?
5>10?
8故可准确进行滴定;
(2)Ka(HCN)=6.2?
10?
10ca=0.1mol?
L?
1cKa=6.2?
10?
11<10?
8故不可准确进行滴定;(3)Kb(NH3)=1.74?
10?
5Ka=Kw/Kb=1.00?
10?
14/1.74?
10?
5=5.75?
10?
10ca=0.1mol?
L?
1
caKa=5.75?
10?
11<10?
8故不可准确进行滴定;
(4)吡啶Kb=1.7?
10?
9cb=0.1mol?
L?
1cbKb=1.7?
10?
10<10?
8故不可准确进行滴定;
(5)Ka(HAc)=1.74?
10?
5Kb=1.00?
10?
14/1.74?
10?
5=5.75?
10?
10cb=0.1mol?
L?
1cbKb=5.75?
10?
11<10?
8故不可准确进
行滴定。
4-17.下列多元酸或混合酸的溶液能否被准确进行分步滴定或分别滴定?
(1)0.1mol?
L?
1H2C2O4;
(2)0.1mol?
L?
1H2S;(3)0.1mol?
L?
1柠檬酸;(4)0.1mol?
L?
1酒石酸;
?
?
?
?
(5)0.1mol?
L?
1氯乙酸+0.1mol?
L?
1乙酸;(6)0.1mol?
L?
1H2SO4+0.1mol?
L?
1H3BO3;解:
(1)H2C2O4Ka1=5.9?
10?
2Ka2=6.4?
10?
5ca=0.1mol?
L?
1
cKa1>10?
8caKa2>10?
8Ka1/Ka2=5.9?
10?
2/6.4?
10?
5<104故不可准确进行分步滴定;
(2)H2SKa1=1.07?
10?
7Ka2=1.3?
10?
13ca=0.1mol?
L?
1
caKa1>10?
8caKa2<10?
8故不可准确进行分步滴定,但可滴定至HS;
(3)柠檬酸Ka1=7.4?
10?
4Ka2=1.7?
10?
5ca=0.1mol?
L?
1caKa1>10?
8caKa2>10?
8但Ka1/Ka2=7.4?
10?
4/1.7?
10?
5<104故
不可准确进行分步滴定;
(4)酒石酸Ka1=9.1?
10?
4Ka2=4.3?
10?
5c=0.1mol?
L?
1cKa1>10?
8cKa2>10?
8但Ka1/Ka2=9.1?
10?
4/4.3?
10?
5<104故
不可准确进行分步滴定;
(5)CH3COOCl的Ka?
=1.4?
10?
3CH3COOH的Ka?
?
=1.74?
10?
5
Ka?
/Ka?
?
=1.4?
10?
3/1.8?
10?
5<104故不可准确进行分别滴定;(6)H2SO4的第一级离解可认为完全离解Ka2=1.2?
10?
2
H3BO3的Ka1=5.8?
10?
10Ka2、Ka3很小,忽略。
H2SO4的二级离解常数很大,故产生一个终点,H3BO3不干扰。
而H3BO3的Ka很小,故不可直接滴定。
4-18.有一在空气中暴露过的氢氧化钾,经分析测定内含水7.62%,K2CO32.38%和KOH90.00%。
将此样品1.000g
加1.000mol.L?
1HCl溶液46.00mL,过量的酸再用1.070mol?
L?
1KOH溶液回滴至中性。
然后将此溶液蒸干,问可得残渣多少克?
解:
1.000g样品中m(K2CO3)=0.0238g;m(KOH)=0.90g;
则:
n(K2CO3)=0.02380g/138.21g?
mol?
1=0.0001722mol
n(KOH)=0.9000g/56.106g?
mol?
1=0.01604mol
K2CO3+2HCl=2KCl+H2O+CO22n(K2CO3)=n(HCl)n(HCl)=n(KOH)
故K2CO3与KOH共同消耗HCln(HCl)=2?
0.0001722mol+0.01604mol=0.01638mol
HCl共46.00?
10?
3L?
1.000mol.L?
1=0.04600mol;剩余HCl共0.04600mol?
0.01638mol=0.02962mol;HCl与K2CO3及KOH作用生成KCl0.01638mol;过量的HCl用KOH回滴生成KCl0.02962mol;所以生成KCl的物质的量为n(KCl)=0.04600mol
m(KCl)=0.04600mol?
74.55g?
mol?
1=3.429g即可得残渣3.429g。
4-19.WhatisthepHat25℃ofasolutionwhichis1.5mol?
L?
1withrespecttoformicacidand1.0mol?
L?
1withrespectto
sodiumformate?
pK?
aforformicacidis3.751at25℃。
解:
已知甲酸的pK?
a=3.751,求1.5mol?
L?
1甲酸的pH值和1mol?
L?
1甲酸钠的pH值。
甲酸的ca=1.5mol?
L?
1caK?
a>20Kwca/K?
a>500
c(H+)=caKa?
1.5?
10pH=1.79
甲酸钠的Kb=Kw/Ka=10?
14.00/10?
3.751=10?
10.25
cb=1.0mol?
L?
1cbK?
b>20K?
wcb/K?
b>500
?
?
?
?
3.751?
0.0163
?
7.5?
10c(OH?
)=cbKb?
1.0?
10pOH=5.13pH=14.00?
5.2=8.87
4-20.CalculatetheconcentrationofsodiumacetateneededtoproduceapHof5.0inasolutionofaceticacid(0.10mol?
L?
1)
at25℃.pKaforaceticacidis4.756at25℃.解:
pH=pKa?
lgca/cb
lgca/cb=pKa?
pH=4.756?
5.0=?
0.24ca/cb=0.57
cb=0.10/0.57=0.18(mol?
L?
1)
4-21.Calculatethepercentionizationina0.20mol?
L?
1solutionofhydrofluoricacid,HF(Ka=7.2×10?
4)。
ca?
20.20?
2解:
Ka=1?
?
7.2?
10?
4=1?
?
?
10.25?
60.20?
2+7.2?
10?
4?
?
7.2?
10?
4=0
?
=0.058
4-22.TheconcentrationofH2Sinasaturatedaqueoussolutionatroomtemperatureisapproximately0.10mol?
L?
1.
Calculatedc(H3O+),c(HS?
),andc(S2?
)inthesolution.解:
H2S的Ka1=1.1?
10?
7Ka2=1.3?
10?
13
caKa1=1.3?
10?
8>20Kwca/Ka1>500
?
7?
4cK?
0.10?
1.1?
10?
1.0?
10aa1c(H)=(mol?
L?
1)
+
HS?
H++S2?
1.0?
10?
4?
x1.0?
10?
4+xx
x(1.0?
10?
4?
x)?
1.3?
10?
13?
41.0?
10?
xx=1.3?
10?
13
即c(S2?
)=1.3?
10?
13mol?
L?
1
c(HS?
)=1.0?
10?
4?
1.3?
10?
13=1.0?
10?
4mol?
L?
1
4-23.某一元酸与36.12mL0.100mol?
L?
1NaOH溶液中和后,再加入18.06mL0.100mol?
L?
1HCl溶液,测得pH值为
4.92。
计算该弱酸的解离常数。
解:
36.12mL0.100mol?
L?
1NaOH与该酸中和后,得其共轭碱nb=3.612?
10?
3mol;
加入18.06mL0.100mol?
L?
1HCl后生成该酸na=1.806?
10?
3mol;剩余共轭碱nb=(3.612?
1.806)?
10?
3mol=1.806?
10?
3mol
pH=pK?
a?
lgca/cb=pK?
a=4.92K?
a=10?
4.92=1.2?
10?
5
4-24.0.20mol的NaOH和0.20molNH4NO3溶于足量水中并使溶液最后体积为1.0L,问此时溶液pH为多少。
解:
平衡后为0.20mol?
L?
1的NH3・H2O溶液