酸碱平衡.docx

酸碱平衡.docx

《酸碱平衡.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酸碱平衡.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

酸碱平衡

第9章酸碱平衡

9.1以下哪些物种是酸碱质子理论的酸、哪些是碱，哪些具有酸碱两性？

SO42－、S2－、H2PO4－、NH3、HSO4－、[Al（H2O）2OH]2+、CO32－、NH4+、H2S、H2O、OH－、H3O+、HS－、HPO42－、SO42－

解：

酸：

NH4+、H2S、H3O+

碱：

SO42－、S2－、CO32－、OH－

酸碱两性：

H2PO4－、NH3、HSO4－、[Al（HO）2OH]2+、H2O、HS－、HPO42－

9.2为什么pH＝7并不总是表明水溶液是中性的？

解：

只有在常温下，Kw＝1.0×10－14时，pH＝7表明[OH－]＝[H+]，而Kw是温度的函数

（注：

在非常温下测量pH的电子仪器具有自动校准pH至常温值的功能）。

9.3本章表示电解质及其电离产物的浓度有两种，一种如c（HAc）、c（NH4+）。

另一种如[HAc]、[NH4+]等，它们的意义有何不同？

什么情况下电离平衡常数的表达式中可以用诸如以c（HAc）、c（NH4+）等代替诸如[HAc]、[NH4+]等？

有的书上没有诸如c（HAc）、c（NH4+）这样的浓度符号，遇到浓度时一律用诸如[HAc]、[NH4+]等来表示，这样做有可能出现什么混乱？

解：

用[]表示的浓度是达到平衡状态下的浓度，简称平衡浓度，未达到平衡的浓度不能用[]表示，c（HAc）、c（NH4+）等通常称为分析浓度，是对溶液的浓度进行测定或计算确定的浓度，例如对于醋酸溶液，c（HAc）＝[HAc]+[Ac－]。

只有当[HAc]>>[Ac－]，c（HAc）≈[HAc]，计算有效数字允许时，才能不会造成混乱，例如缓冲溶液计算pH。

9.4苯甲酸（可用弱酸的通式HA表示，相对分子质量122）的酸常数Ka＝6.4×10－5试求：

（1）中和1.22g苯甲酸需用0.4mol·dm－3的NaOH溶液多少毫升？

（2）求其共轭碱的碱常数Kb。

（3）已知苯甲酸在水中的溶解度为2.06g·dm－3，求饱和溶液的pH

解：

（l）n＝1.22g/122g·mol－1＝0.0100mol

中和苯甲酸需要0.4mol·dm－3的NaOH的体积为VmL

V＝0.01mol/0.4mol·dm－3＝0.025L＝25ml

（2）Kb＝Kw/Ka＝1.0×10－14/6.4×10－5＝1.6×10－10

（3）c＝2.06g·dm－3/122g·mol－1＝1.7×10－2mol·dm－3

c/Ka>500用最简式计算

[H+]＝

9.5计算下列各种溶液的pH：

（l）10mL5.0×10－3mol·dm－3的NaOH

（2）10mL0.40mol·dm－3HCl与10mL0.10mol·dm－3NaOH的混合溶液．

（3）10mL0.2mol·dm－3NH3·HO与10mL0.2mol·dm－3HCl的混合溶液。

（4）10mL0.2mol·dm－3HAc与10mL0.2mol·dm－3NH4Cl的混合溶液。

解：

（l）[OH－]＝5.0×10－3mol·dm－3pOH＝－lg5.0×10－3＝2.3pH＝14－2.3＝11.7

（2）[H+]＝（10×0.40－10×0.10）/20＝0.15（mol·dm－3）

pH＝－lg0.15＝0.82

（3）c（NH4+）＝（10×0.10）/20＝0.050（mol·dm－3）

c（NH3）＝（10×0.20－10×0.10）/20＝0.050（mol·dm－3）

[OH－]＝Kb×c（NH3）/c（NH4+）＝Kb＝1.77×10－5

pOH＝4.75pH＝14－4.75＝9.25

（4）NH4+是酸，而HAc也是酸且比NH4+强得多的酸，按HAc电离出的H+浓度计算

c（HAc）＝10×0.20/（10+10）＝0.10mol·dm－3

c/Ka>500用最简式计算

9.6把下列溶液的pH换算成[H+]：

（1）牛奶的pH＝6.5

（2）柠檬汁的pH＝2.3

（3）葡萄酒的pH＝3.3

（4）啤酒的pH＝4.5

解：

（l）pH＝6.5[H+]＝3.2×10－7

（2）pH＝2.3[H+]＝5.0×10－3

（3）pH＝3.3[H+]＝5.0×10－4

（4）pH＝4.5[H+]＝3.2×10－5

9.7把下列溶液的[H+]换算成pH：

（1）某人胃液的[H+]＝4.0×10－2mol·dm－3

（2）人体血液的[H+]＝4.0×10－8mol·dm－3

（3）食醋的[H+]＝1.26×10－3mol·dm－3

（4）番茄汁的[H+]＝3.2×10－4mol·dm－3

解：

（1）[H+]＝4.0×10－2pH＝1.40

（2）[H+]＝4.0×10－8pH＝7.40

（3）[H+]＝1.26×10－3pH＝2.90

（4）[H+]＝3.2×10－4pH＝3.50

9.825°C标准压力下的CO2气体在水中的溶解度为0.034mol·L－1，求溶液的pH和[CO32－]。

解：

求碳酸溶液的pHH2CO3

H++HCO3－

c/Ka>500用最简式计算

pH＝－lg1.2×10－4＝3.9

HCO3－

H++CO32－

[CO32－]＝K2＝5.6×10－11mol·L－1

9.9将15gP2O5溶于热水，稀释至750mL，设P2O5全部转化为H3PO4，计算溶液的[H+]、[H2PO4－]、[HPO42－]、[PO43－]。

解：

P2O5+3H2O

2H3PO4

1mol2mol

15g/142g·mol－1xmol

c（H3PO4）＝xmol/0.75L

H3PO4

H++H2PO4－

0.28－yyy

K1＝[H+][H2PO4－]/[H3PO4]＝y2/（0.28－y）＝7.52×10－3y＝4.2×10－2mol·dm－3

[H+]＝[H2PO4－－]＝4.2×10－2mol·dm－3

H2PO4－

H++HPO42－

[HPO42－]≈K2＝6.23×10－8mol·dm－3

H3PO4

3H++PO43－

[PO43－]＝K1K2K3[H3PO4]/[H+]3

＝7.52×10－3×6.23×10－8×2.2×10－13×（0.28－4.2×10－2）/（4.2×10－2）3

＝3.3×10－19mol·dm－3

9.10某弱酸HA，0.015mol·dm－3时电离度为0.80%，浓度为0.10mol·dm－3时电离度多大？

解：

α＝0.0080c1＝0.015c2＝0.10

9.11计算0.100mol·dm－3Na2CO3溶液的pH和CO32－以及HCO3－碱式电离的电离度。

解：

CO32－+H2O

OH－+HCO3－

Kb（CO32－）＝[HCO3－][OH－]/[CO32－]＝Kw/K2＝1.0×10－14/5.6×10－11＝1.8×10－4

c/Ka＞500用最简式计算

CO32－的电离度＝4.2×10－3/0.10＝4.2%

pH＝14－pOH＝14+lg4.2×10－3＝11.6

HCO3－+H2O

H2CO3+OH－

Kb（HCO3－）＝[H2CO3][OH－]/[HCO3－]＝Kw/K1＝1.0×10－14/4.45×10－7＝2.3×10－8

HCO3－的碱式电离

HCO3－+H2O

OH－+H2CO3

设[H2CO3]为ymol·dm－3

[HCO3－]＝（4.2×10－3－y）mol·dm－3≈4.2×10－3mol·dm－3

Kb＝[H2CO3][OH－]/[HCO3－]Kw/K1＝1.0×10－14/4.45×10－7＝2.3×10－8

c（HCO3－）/Kb>500用最简式计算

c（H2CO3）＝2.3×10－8mol·dm－3

HCO3－碱式电离＝2.3×10－8/4.2×10－3＝5.5×10－6

9.12某未知浓度的一元弱酸用未知浓度的NaOH滴定，若二者浓度相等，当用去3.26mLNaOH时，混合溶液的pH＝4.00，当用去18.30mLNaOH时，混合溶液的pH＝5.00，求该弱酸的电离常数。

解：

设未滴定前，酸碱浓度相等，并设酸的体积为Va

pH＝pKa+lg（cs/ca）＝pKa+lg（ns/na）＝pKa+lg[VNaOH/（Va－VNaOH）]

即：

4＝pKa+lg[3.26/（Va－3.26）]

5＝pKa+lg[18.3/（Va－18.3）]

解方程组得：

pKa＝5.02Ka＝8.5×10－6

另解：

设未滴定前，酸的体积为Va，由缓冲溶液计算公式

pH=pKa+lg（Cs/Ca）=pKa+lg（ns/na）

pH=pKa+lg[VNaOH/（Va-VNaOH）]

即：

4=pKa+lg[3.26/（Va-3.26）]5=pKa+lg[18.3/（Va-18.3）]

解方程组得：

pKa=5.02Ka=8.5×10-6

另解：

如二者浓度不相等时；设一元弱酸的物质的量为xmol,NaOH的摩尔浓度为ymol/L

根据pH=pKa–lg（na/nb）则有：

4=pKa–lg[x-y×3.26×10-3]/y×3.26×10-3-----

（1）

5=pKa–lg[（x-y×18.3×10-3]/y×18.3×10-3）--

（2）

（2）-

（1）得:

解得：

y=26.63x代入

（1）或

（2）得pKa=9.5×10-6

9.13缓冲溶液HAc－Ac－的总浓度为1.0mol·dm－3当溶液的pH为

（1）4.0；

（2）5.0时，HAc和Ac－的浓度分别多大？

解：

（1）pH＝4[H+]＝10－4mol·dm－3

根据缓冲溶液的定义，则

[H+]＝Ka×c（HAc）/c（Ac－）即10－4＝1.76×10－5×c（HAc）/c（Ac－）

c（HAc）/c（Ac－）＝5.7

因总浓度为1mol·dm－3，c（Ac－）＝l－c（HAc）

5.7[c（Ac－）]+[c（Ac－）]＝1mol·dm－3

c（HAc）＝0.85mol·dm－3c（Ac－）＝0.15mol·dm－3

（2）pH＝5[H+]＝10－5mol·dm－3.

另解：

根据缓冲溶液的定义，按上面同样的方法计算，得：

c（HAc）＝0.36mol·dm－3c（Ac－）＝0.64mol·dm－3

设[HAc]的浓度为x,则[Ac-]=1-x

根据pH=pKa-lg（na/nb）

4=4.76-lg（x/1-x）x=0.85mol/L

即[HAc]=0.85mol/L[Ac-]=0.15mol/L

同理可求出pH=5时，[HAc]=0.36mol/L[Ac-]=0.64mol/L

9.14欲配制pH＝5.0的缓冲溶液，需称取多少克NaAc·3H2O固体溶解在300mL0.5mol·dm－3的HAc溶液中？

解：

此题是缓冲溶液体系的计算

HAc

H++Ac－

pH＝5[H+]＝10－5mol·dm－3

[H+]＝Ka×c（HAc）/c（Ac－）即10－5＝1.76×10－5×c（HAc）/c（Ac－）

c（Ac－）＝0.88mol·dm－3

己知M（NaAc·3H2O）＝139gmol·dm－3，称取固体NaAc·3H2O的质量为

m＝0.88mol·dm－3×139gmol·dm－3×0.30L＝36g

另解：

解设需NaAc为xmol

pKa=4.76根据pH=pKa-lg（na/nb）

5=4.76-lg（0.3×0.5）/xx=0.26mol

所以NaAc·3H2O的质量=0.26×136=35.78g

9.15某含杂质的一元碱样品0.5000g（己知该碱的分子量为59.1），用0.l000mol·dm－3HCl滴定，需用75.00mL；在滴定过程中，加入49.00mL酸时，溶液的pH为10.65。

求该碱的电力常数和样品的纯度。

解：

pH＝10.65pOH＝3.35[OH－]＝4.5×10－4mol·dm－3

根据题意，未达滴定终点，组成碱与盐的缓冲溶液，设碱的电离常数为Kb，剩余碱的浓度为cb，生成盐的浓度为cs则

[OH－]＝Kb×cb/cs＝Kb×nb/ns

Kb＝[OH－]×cs/cb＝4.5×10－4×49.00×0.1000/（75.00×0.1000－49.00×0.1000）

＝8.5×10－4

该样品纯度为（75.00×0.1000×59.1）/1000×0.5000＝89%

9.16将Na2CO3和NaHCO3混合物30g配成lL溶液，测得溶液的pH＝10.62．计算溶液含Na2CO3和NaHCO3各多少克?

解：

pH＝10.62[H+]＝2.40×10－11mol·dm－3[OH－]＝4.17×10－4mol·dm－3

CO32－+H2O

HCO3－+OH－

[HCO3－][OH－]/[CO32－]＝Kw/K2

[CO32－]/[HCO3－]＝K2[OH－]/Kw＝（5.6×10－11×4.17×10－4）/1.0×10－14＝2.34

Mr（NaHCO3）＝84.0Mr（Na2CO3）＝106

设NaHCO3的浓度为xmol·dm－3Na2CO3浓度为2.34xmol·dm－3

106×2.34x+84.0x＝30.0x＝0.09mol·dm－3

NaHCO3的质量为84.0g·mol·dm－3×0.09mol·dm－3×1dm3＝7.6g

Na2CO3的质量为106g·mol·dm－3×2.34×0.09mol·dm－3×1dm3＝22.4g

9.17将5.7gNa2CO3·10H2O溶解于水配成100mL纯碱溶液，求溶液中碳酸根离子的平衡浓度和pH。

解：

CO32－+H2O

HCO3－

Mr（Na2CO3·10H2O）＝286c（CO32－）＝5.7g/（286g·mol×0.10L）＝0.20mol·L－1

pOH＝－lg5.9×10－3＝2.22pH＝14－2.22＝11.78

[CO32－]＝0.20mol·L－1－5.9×10－3mol·L－1＝0.14mol·L－1

9.18在0.10mol·L－1Na3PO4溶液中，[PO43－]和pH多大？

解：

PO43－+H2O

H2PO42－+OH－

pH＝14+lg6.7×10－2＝14－1.17＝12.8

[PO43－]＝0.10mol·L－1－6.7×10－2mol·L－1＝0.033mol·L－1

9.19计算10mL浓度为0.30mol·L－1的HAc和20ml浓度为0.15mol·L－1HCN混合得到的溶液中的[H+]、[Ac－]、[CN－]。

解：

因HAc比HCN强得多，HAc和HCN混合时，按HAc的浓度计算酸度

c（HAc）＝10×0.30/30＝0.10（mol·L－1）

c（HCN）＝20×0.15/30＝0.10（mol·L－1）

HAc

H++Ac－

c/Ka>500用最简式计算

求CN－离子浓度，应考虑HAc电离出的H+对HCN电离的影响，设[CN－]为xmol·L－1

HAc

H++CN－

0.10－x≈0.101.33×10－3+xx

≈1.33×10－3

KHCN＝[CN－][H+]/[HCN]

[CN－]＝KHCN[HCN]/[H+]＝6.2×10－10×0.10/1.33×10－3＝4.7×10－8（mol·L－1）

9.20今有三种酸ClCH2COOH、HCOOH和（CH3）2AsO2H，它们的电离常数分别为1.40×10－3、1.77×10－4和6.40×10－7，试问：

（l）配制pH＝3.50的缓冲溶液选用哪种酸最好？

（2）需要多少毫升浓度为4.0mol·L－1的酸和多少克NaOH才能配成1L共轭酸碱对的总浓度为l.0mol·L－1的缓冲溶液。

解：

酸KapKa

ClCH2COOH1.40×10－32.85

HCOOH1.77×10－43.74

（CH3）2AsO2H6.40×10－76.19

（1）配制pH＝3.50的缓冲溶液选在pKa±1的范围的酸及其盐的溶液较好，可见应选HCOOH—HCOONa；

（2）pH＝3.50[H+]＝3.16×10－4mol·L－1，

设酸的浓度ca为xmol·L－1，则盐的浓度cs为（1－x）

依[H+]＝Kaca/cs

ca/cs＝3.16×10－4/1.77×10－4＝1.78＝x/（1－x）

x＝ca＝0.64mol·L－1，cs＝（1－x）＝0.36mol·L－1

需要NaoOH的克数为：

0.36mol·L－1×40g·mol－1×lL＝14.4g

需要HCOOH的mL数为：

0.64mol·L－1×lL/4.0mol·L－1＝0.16L＝160mL

9.21计算下列反应的平衡常数，并指出其中哪些是酸或碱的电离反应。

（l）HCO3－+OH－

CO32－+H2O

（2）HCO3－+H3O+

H2CO3+H2O

（3）CO32－+2H3O+

H2CO3+2H2O

（4）HPO42－+H2O

H3O++PO43－

（5）HPO42－+H2O

H2PO4－+OH－

（6）HAc+CO32－

HCO3－+Ac－

（7）HSO3－+OH－

SO32－+H2O

（8）H2SO3+SO32－

2HSO3－

解：

（l）HCO3－+OH－

CO32－+H2O酸碱反应

K＝K2/Kw＝5.6×10－11/1.0×10－14＝5.6×103

（2）HCO3－+H3O+

H2CO3+H2O酸碱反应

K＝1/K1＝1/4.3×10－7＝2.3×106

（3）CO32－+2H3O+

H2CO3+2H2O酸碱反应

K＝1/K1K2＝1/4.3×10－7×5.6×10－11＝4.1×1016

（4）HPO42－+H2O

H3O++PO43－电离平衡

K＝K3＝2.2×10－13

（5）HPO42－+H2O

H2PO4－+OH－电离平衡

K＝Kw/K2＝1.0×10－14/6.23×10－8＝1.6×10－7

（6）HAc+CO32－

HCO3－+Ac－酸碱反应

K＝KHAc/K2＝1.76×10－5/5.61×10－11

（7）HSO3－+OH－

SO32－+H2O酸碱反应

K＝K2/Kw＝1.02×10－7/1.0×10－14＝1.0×107

（8）H2SO3+SO32－

2HSO3－酸碱反应

K＝K1/K2＝1.54×10－2/1.02×10－7＝1.51×105，

9.22分别计算下列混合溶液的pH

（l）50.0mL0.200mol·dm－3NH4Cl和50.0mL0.200mol·dm－3NaOH。

（2）50.0mL0.200mol·dm－3NH4Cl和25.0mL0.200mol·dm－3NaOH。

（3）25.0mL0.200mol·dm－3NH4Cl和50.0mL0.200mol·dm－3NaOH。

（4）20.0mL1.00mol·dm－3H2C2O4和30.0mL1.00mol·dm－3NaOH。

解：

（1）NH4++OH－

NH3∙H2O

c（NH3）生成＝（50.0×0.200）/（50.0+50.0）＝0.100（mol·dm－3）

c/Ka>500用最简式计算[OH－]

（2）发生中和反应，最后形成NH3－NH4+的缓冲溶液

c（NH3）生成＝（25.0×0.200）/（50.0+25.0）＝0.0667（mol·dm－3）

c（NH4+）剩余＝（50.0×0.200－25.0×0.200）/（50.0+25.0）＝0.0667（mol·dm－3）

依[OH－]＝Kbcb/cs＝1.77×10－5×0.0667/0.0667＝1.77×10－5

pH＝14+lg1.77×10－5＝14－4.75＝9.25

（3）发生中和反应，最后剩余NaOH，按剩余NaOH计算

[OH－]＝（50.0×0.200－25.0×0.200）/（50.0+25.0）＝0.0667（mol·dm－3）

pH＝14+lg0.0667＝14－1.12＝12.88

（4）此题可分两步计算．第一步H2C2O4先和NaOH反应生成，然后HC2O4－再和NaOH反应生成HC2O4－和C2O42－的缓冲溶液

H2C2O4+OH－

HC2O4－+H2O

c（HC2O4－）＝（20.0×0.100）/（20.0+30.0）＝0.400（mol·dm－3）

HC2O4－+OH－

C2O42－+H2O

c（C2O42－）生成＝（30.0×0.100－20.0×0.100）/（20.0+30.0）＝0.200（mol·dm－3）

c（HC2O4－）剩余＝0.400mol·dm－3－0.200mol·dm－3＝0.200（mol·dm－3）

HC2O4－

H++C2O42－

K2＝[H+][C2O42－]/[HC2O4－]K2＝[H+]＝5.4×10－5

pH＝－lg5.4×10－5＝4.27

9.23在烧杯中盛有0.2mol·dm－320mL乳胶（分子式HC3H5O3常用符号HLac表