《水分析化学》课后习题与答案学习资料.docx

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《水分析化学》课后习题与答案学习资料

 

《水分析化学》课后习题与答案

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:

=

=49.87di=Xi-

=

=

=0.684

(%)=

×100=

×100=1.37%

Sr=

=

=

CV(%)=

×100=

=1.73%

第三章

1.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。

(1)HCNNH4+H2C2O4

4.93×10-10(Ka)5.6×10-10(Ka)5.9×10-2(Ka1)

6.4×10-5(Ka2)

(2)NH2OHCH3NH2AC-

9.1×10-9(Kb)4.2×10-4(Kb)5.90×10-10(Kb)

解:

(1)酸性强弱:

H2C2O4>NH4+>HCN

HCN:

共轭碱为CN-

NH4+:

共轭碱为NH3

H2C2O4:

共轭碱为HC2O4-

共轭碱为C2O42-

(2)碱性强度:

CH3NH2>NH2OH>AC-

NH2OH:

共轭酸为

CH3NH2:

共轭酸为

AC-:

共轭酸为HAc

2.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。

3.

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

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

KHIn=10-5.5=3.2×10-6

4.水中碱度主要有哪些?

简述碱度测定的基本原理。

一般水中碱度主要有重碳酸盐(HCO3-)碱度、碳酸盐(CO32-)碱度和氢氧化物(OH-)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。

5.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

水中有CO32-和HCO3-碱度,CO32-=2P,HCO3-=M-P

CO32-碱度(CO32-,mg/L)=

=780.0mg/L

HCO3-碱度(HCO3-,mg/L)=

=427.0mg/L

6.一水样中可能含有CO32-、OH-、HCO3-,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:

(1)若水样含有OH-和CO32-的量(过去称摩尔数)相同,再以甲基橙为指示剂,还需加入多少毫升HCl溶液才可滴定至橙红色终点?

(2)若水样含有CO32-和HCO3-的量相同,接着以甲基橙为指示剂,还需滴入多少毫升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

P包括OH-和

CO32-碱度

水样含有OH-和CO32-的量相同

OH-=

CO32-=

P

M=

CO32-=

P=10.00mL

(2)P=20.00mL

P为

碱度

=P=20.00mL

水样含有CO32-和HCO3-的量相同

=HCO3-=P=20.00mL

还需滴入M=

+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=[Y4-],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。

2.用EDTA标准溶液滴定水样中的Ca2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值是多少?

实际分析中pH值应控制在多大?

解:

lgKCaY=10.69lgKMgY=8.69lgKZnY=16.50

利用lgɑY(H)=lgK稳-8公式,可以找到滴定各种金属离子(Mn+)时所允许的最小pH值。

 

滴定Ca2+时,lgɑY(H)=10.69-8=2.69

查表,得pH=7.5~7.6

滴定Mg2+时,lgɑY(H)=8.69-8=0.69

查表,得pH=9.6~9.7

滴定Zn2+时,lgɑY(H)=16.50-8=8.50

查表,得pH=4.0~4.1

滴定Ca2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值分别是7.5,9.6,4.0。

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。

3.计算pH=10时,以10.0mmol/LEDTA溶液滴定20.00mL10.0mmol/LMg2+溶液,在计量点时的Mg2+的量浓度和pMg值。

解:

pH=10时,

4.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。

5.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)?

解:

总硬度(mmol/L)=

总硬度(CaCO3mg/L)=

6.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/LEDTA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Ca2+、Mg2+的含量(以mg/L表示)?

解:

总硬度(mmol/L)=

Ca2+(mg/L)=

Mg2+(mg/L)=

 

第五章

1.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?

解:

Ksp,AgCl=1.8×10-10,Ksp,AgI=8.3×10-17

当Cl-开始沉淀时,

2.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:

 

第六章

1.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1.0mol·dm-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φθ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。

2.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

在酸性溶液中滴定无色或浅色的还原性物质时,计量点之前,滴入的

全部被还原为无色的Mn2+,整个溶液仍保持无色或浅色。

达到计量点时,水中还原性物质已全部被氧化,再过量1滴

(2×10-6mol/L的

),溶液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。

例如:

在酸性溶液中用Fe3+滴定Sn2+时,可用KSCN作专属指示剂。

计量点前,滴入的Fe3+被Sn2+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+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。

3.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)?

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)。

解:

4.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)·6H2O=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)?

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。

解:

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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