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基础化学习题04
第四章缓冲溶液
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难题解析[TOP]
例4-1现有1.0L缓冲溶液,内含0.01molH2PO4-、0.030molHPO42-。
(1)计算该缓冲溶液的pH;
(2)往该缓冲溶液中加入0.0050molHCl后,pH等于多少?
析题设缓冲系:
H2PO4-
HPO42-+H+,用公式pH=pKa+lg
计算。
若加入HCl,H+与HPO42-反应生成H2PO4-。
解
(1)根据H3PO4:
pKa1=2.16;pKa2=7.21;pKa3=12.32
pH=pKa+lg
=7.21+lg
=7.68
(2)加入0.0050molHCl后:
pH=pKa+lg
=7.21+lg
=7.42
例4-2柠檬酸(缩写H3Cit)常用于配制供培养细菌的缓冲溶液。
如用500mL的0.200mol·L-1柠檬酸,须加入0.400mol·L-1的NaOH溶液多少毫升,才能配成pH为5.00的缓冲溶液?
(已知柠檬酸的pKa1=3.14,pKa2=4.77,pKa3=6.39)
析要配pH5.00的缓冲溶液,应选pKa2,缓冲系NaH2Cit-Na2HCit,用NaOH与H3Cit完全反应生成NaH2Cit,再与NaH2Cit部分反应生成Na2HCit。
解设H3Cit全部转化为NaH2Cit需NaOH溶液V1mL:
0.200mol·L-1×500mL=0.400mol·L-1×V1mL
解得:
V1=250
设NaH2Cit部分转化,组成NaH2Cit-Na2Hcit缓冲系,需NaOH溶液V2mL:
NaH2Cit+NaOH
Na2HCit+H2O
n(Na2HCit)=0.400mol·L-1×V2mL=0.400V2mmol
n(NaH2Cit)=0.200mol·L-1×500mL-0.400mol·L-1×V2mL
=(100-0.400V2)mmol
pH=pKa2+lg
=4.77+lg
=5.00
解得:
V2=157
共需加入NaOH溶液的体积:
V1mL+V2mL=250mL+157mL=407mL
例4-3今有500mL总浓度0.200mol·L-1、pH4.50的HAc-NaAc缓冲溶液,欲将pH调整到4.90,需加NaOH多少克?
调整后缓冲溶液的缓冲容量是多少?
解查表得HAc的pKa=4.76,在pH4.50的缓冲溶液中:
4.50=4.76+lg
解得c(HAc)=0.130mol·L-1
c(NaAc)=0.200mol·L-1-0.130mol·L-1=0.070mol·L-1
加入固体NaOHmg:
4.90=4.76+lg
解得:
m=0.92
在pH4.90的缓冲溶液中:
[HAc]=0.130mol·L-1-
=0.084mol·L-1
[Ac-]=0.070mol·L-1+
=0.116mol·L-1
缓冲容量为:
β=
=
=0.112mol·L-1
例4-4用0.025mol·L-1的H3PO4和0.10mol·L-1的NaOH,配制pH7.40的缓冲溶液100mL,求所需H3PO4和NaOH的体积比。
解缓冲系为NaH2PO4-Na2HPO4。
设需H3PO4体积V1mL,NaOH体积V2mL。
n(H3PO4)=0.025mol·L-1×V1mL=0.025V1mmol
n(NaOH)=0.10mol·L-1×V2mL=0.10V2mmol
H3PO4+NaOH
NaH2PO4+H2O
反应前0.025V1mmol0.10V2mmol
反应后(0.10V2-0.025V1)mmol0.025V1mmol
NaH2PO4+NaOH
Na2HPO4+H2O
起始0.025V1mmol(0.10V2-0.025V1)mmol
平衡时[0.025V1-(0.10V2-0.025V1)]mmol(0.10V2-0.025V1)mmol
=(0.050V1-0.10V2)mmol
pH=pKa+lg
=7.21+lg
=7.40
学生自测题[TOP]判断题选择题填空题问答题计算题
一、判断题(对的打√,错的打×,共10分)
1.缓冲溶液就是能抵抗外来酸碱影响,保持pH绝对不变的溶液。
()
2.缓冲溶液被稀释后,溶液的pH基本不变,故缓冲容量基本不变。
()
3.混合溶液一定是缓冲溶液。
()
4.缓冲溶液的缓冲容量大小只与缓冲比有关。
()
5.缓冲溶液中,其他条件相同时,缓冲对的pKa越接近缓冲溶液的pH时,该缓冲溶液的缓冲容量就一定越大。
()
6.HAc溶液和NaOH溶液混合可以配成缓冲溶液,条件是NaOH比HAc的物质的量适当过量。
()1.×2.×3.×4.×5.√6.√7.√8.×9.√10.√
7.由HB和NaB组成的缓冲溶液,HB和B-的平衡浓度近似等于c(HB)和c(NaB)。
()
8.因NH4Cl-NH3·H2O缓冲溶液的pH大于7,所以不能抵抗少量的强碱。
()
9.同一缓冲系的缓冲溶液,总浓度相同时,只有pH=pKa的溶液,缓冲容量最大。
()
10.0.1mol·L-1的KH2PO和0.05mol·L-1的NaOH以等体积混合,可以配制成缓冲溶液。
()
二、选择题(将每题一个正确答案的标号选出,每题1分,共22分)[TOP]
1.0.1mol·L-1NH3·H2O(Kb=1.8×10-5)40.00mL与0.10mol·L-1HCl20.0mL混合,所得溶液的值为()
A.1.79B.2.25C.4.75D.6.75E.9.25
2.下列公式中有错误的是()
A.pH=pKa+lg[B-]/[HB]B.pH=pKa-lg[HB]/[B-]
C.pH=pKa+lg[n(B)]/[n(HB)]D.pH=pKa-lg[n(B)]/[n(HB)]
E.pH=-lg(Kw/Kb)+lg[B-]/[HB]
3.用H3PO4(pKa1=2.12,pKa2=7.21,pKa3=12.67)和NaOH所配成的pH=7.0的缓冲溶液中,抗酸成分是()
A.H2PO4-B.HPO42-C.H3PO4
D.H3O+E.H2O
4.与缓冲容量有关的因素是()
A.外加酸量B.总浓度C.Ka或Kb
D.外加碱量E.温度
5.0.100mol·L-1HAc加入等体积NaOH溶液配成的缓冲溶液,其最大的缓冲容量[单位是mol/(L·pH)]是()
A.0.576B.0.2×0.576C.0.1×0.576
D.0.05×0.576E.0.576/2
6.欲配制pH=9.0的缓冲溶液,最好选用下列缓冲系中的()
A.邻苯二甲酸(pKa1=2.89;pKa2=5.51)
B.甲胺盐酸盐(pKa=10.63)C.甲酸(pKa=3.75)
D.氨水(pKb=4.75)E.硼酸(pKa=9.14)
7.影响缓冲容量的主要因素是()
A.缓冲溶液的pH值和缓冲比B.弱酸的pKa和缓冲比
C.弱酸的pKa和缓冲溶液的总浓度D.弱酸的pKa和其共轭碱的pKb
E.缓冲溶液的总浓度和缓冲比
8.下列各组中两溶液的pH相等的是()
A.0.500mol·L-1NaH2PO4与该溶液稀释一倍后所得溶液。
B.c(HAc)=0.100mol·L-1的溶液与c(1/2H2SO4)=0.100mol·L-1的溶液。
C.0.100mol·L-1NaH2PO4溶液与0.100mol·L-1Na2HPO4溶液
D.pH=4.0的缓冲溶液与0.001mol·L-1HCl
E.0.2mol·L-1NH3和0.15mol·L-1HCl
9.下列各组分等体积混合的溶液,无缓冲作用的是()
A.0.2mol·L-1邻苯二甲酸氢钾和等体积的水
B.0.2mol·L-1HCl和0.2mol·L-1NH3·H2O
C.0.2mol·L-1KH2PO4和0.2mol·L-1Na2HPO4
D.0.01mol·L-1NaOH和0.2mol·L-1HAc
E.0.01mol·L-1CH3CHOHCOOH和0.01mol·L-1CH3CHOHCOONa
10.下列各组溶液中,能以一定体积比组成缓冲溶液的是()
A.浓度均为0.1mol·L-1的NaAc溶液和HAc溶液
B.浓度均为0.1mol·L-1的NaOH溶液和HCl溶液
C.浓度均为0.1mol·L-1的NaOH溶液和NH3溶液
D.浓度均为0.1mol·L-1的HAc溶液和HCl溶液
E.浓度均为0.1mol·L-1的NaOH溶液和H2SO4溶液
11.欲配制=4.50的缓冲溶液,若用HAc及NaAc配制,则c(HAc)及c(NaAc)的浓度之比为(HAc的pKa=4.76)()
A.4.76/1B.1/4.76C.4.50/1
D.1/1.78E.1.78/1
12.1.0L溶液中含有6.0gHAc和4.1gNaAc,已知[Mr(HAc)=60g·mol-1]pKa=4.76[Mr(NaAc)=82g·mol-1],此溶液的pH为()
A.2.46B.3.46C.3.76
D.4.46E.4.76
13.向0.030mol·L-1HAc(pKa=4.76)溶液中加入NaAc晶体,使NaAc的浓度为0.100mol·L-1,则溶液的pH接近于()
A.5.72B.5.28C.4.75
D.4.23E.2.87
14.下列各缓冲缓冲容量最大的是溶液()
A.500mL中含有0.15molHAc和0.05molNaAc
B.500mL中含有0.05molHAc和0.15molNaAc
C.500mL中含有0.1molHAc和0.1molNaAc
D.1000mL中含有0.15molHAc和0.05molNaAc
E.1000mL中含有0.1molHAc和0.1molNaAc
15.人体血浆中最重要的抗酸成分是()
A.H2PO4-B.HPO42-C.HCO3-
D.H2CO3E.Hn-1P-
16.人体血液的pH值总是维持在7.35〜7.45这一狭小的范围内。
其中主要原因是由于()1.E2.D3.B4.B5.D6.D7.E8.C9.B10.A11.E12.E13.B14.C15.C16.A17.E18.B19.B20.A21.E22.A
A.血液中的HCO3-和H2CO3只允许维持在一定的比率范围内
B.人体内有大量的水分(约占体重的70%)
C.排出的CO2气体一部分溶在血液中
D.排出的酸性物质和碱性物质溶在血液中
E.新陈代谢产生的酸碱等量溶在血液中
17.下列有关缓冲溶液的叙述中,错误的是()
A.总浓度一定时,缓冲比为1时,β值最大
B.缓冲对的总浓度越大,β越大
C.缓冲范围大体上为pKa±1
D.缓冲容量β越大,溶液的缓冲能力越强
E.缓冲溶液稀释后,缓冲比不变,所以pH不变,β也不变
18.某缓冲溶液的共轭碱的Kb=1.0×10-6,从理论上推算该缓冲溶液的缓冲范围是()
A.6~8B.7~9C.5~7D.5~6E.5~8
19.下列叙述错误的是()
A.中和同体积同浓度的HAc和HCl,所需碱量是相同的
B.由H2CO3的解离平衡,可知溶液中[H+]和[CO32-]的比值=2∶1
C.血液中[HCO3-]和[CO32-]的比值大于10/1,但由呼吸作用和肾的生理功能的补充或调节,使HCO3-和CO2(溶解)的浓度保持相对稳定而使血浆中的碳酸缓冲系具有缓冲能力
D.某弱酸溶液越稀,其电离度越大
E.强电解质溶液无离解常数,但可以有溶度积常数
20.人体血浆存在的缓冲对中的共轭碱是()
A.HCO3-B.H2CO3C.CO32-
D.H2PO4-E.PO43-
21.下列各对溶液中,等体积混合后为缓冲溶液的是()
A.0.1mol·L-1NaOH和0.05mol·L-1H2SO4
B.0.1mol·L-1NAc和0.05mol·L-1K2SO4
C.0.1mol·L-1HAc和0.05mol·L-1NaCl
D.0.1mol·L-1HAc和0.1mol·L-1NaOH
E.0.1mol·L-1NaAc和0.05mol·L-1HCl
22.将下列各对溶液等体积混和后,不是缓冲溶液的是()
A.0.1mol·L-1NaAc与0.1mol·L-1NaCl
B.0.2mol·L-1NH3和0.1mol·L-1HCl
C.0.2mol·L-1H3PO4和0.1mol·L-1NaOH
D.0.2mol·L-1Na2CO3和0.2mol·L-1NaHCO3
E.0.1mol·L-1H3PO4和0.3mol·L-1NaOH
三、填空题(每空1分,共26分)[TOP]1.H2CO3和HCO3-;H2CO3
HCO3-+H+
2.pH值基本不变;共轭酸碱对
3.H2PO4-−HPO42-;HPO42-
4.不;公式中的溶液用的是浓度,没有用活度,即没有考虑离子强度的影响。
5.缓冲;缓冲范围
6.H3PO4;HPO42-
7.HPO42-;H2PO4-;0.0384
8.8.25〜10.25;0.05mol·L-1
9.3.24;0.23
10.过小;0.05〜0.2
11.7.35〜7.45;酸中毒;碱中毒
12.6.30;6.10
1.血液中的共轭酸碱对主要是,两成分之间的反应式为。
2.能抵抗外加的少量强酸、强碱或稍加稀释,而保持的溶液称为缓冲溶液。
按照酸碱质子理论,通常的缓冲溶液是由浓度不太小的组成的。
3.已知HAc、H2PO4-和NH4+的pKa分别为4.76、7.21和9.25。
若欲配制与正常人血浆pH相同的缓冲溶液,应选用的缓冲系为,其中抗酸成分是。
4.用公式pH=pKa+lg{[B]/[HB]}来计算缓冲溶液的pH,结果准确,主要原因是。
5.一般pH=pKa
1为缓冲作用的有效区间称为溶液的。
6.可与H2PO4-组成缓冲对的物质是或。
7.在100mL0.100mol·L-1NaH2PO4和50.0mL0.100mol·L-1NaOH的混合液中,抗酸成分是,抗碱成分是,该溶液最大缓冲溶量β为mol·L-1·pH-1。
8.已知NH3的pKb=4.75,若在100mL0.100mol·L-1NH3·H2O中加入等体积的的HCl配成缓冲溶液,其理论缓冲范围是,若此溶液的缓冲容量最大,所加HCl的浓度是。
9.正常人血液的pH为7.40。
考虑到血浆中离子强度及体温的影响,经校正后H2PO4-的pKa=6.89,血浆中的缓冲比[PO42-]/[H2PO4-]为。
如果尿的pH为6.25,并且尿中亦存在上述缓冲对,则[HPO42-]/[H2PO4-]缓冲比变成。
10.配制的缓冲溶液要有适当的总浓度,总浓度太低,缓冲容量,一般适宜的总浓度为mol·L-1。
11.血液的正常pH值范围是,若超出这个范围人就会出现不同程度的或。
12.25℃时H2CO3的Ka1=4.3×10-7,其pKa1=;在正常人血浆(37℃,pH=7.40)中[HCO3-]/[CO2]溶解=20/1,其pKa1’=。
四、问答题(18分)[TOP]1.影响缓冲溶液的pH的因素有共轭酸的pKa和缓冲比,由于缓冲比处在对数项中,对pH值的影响较小,故不是主要因素,所以,共轭酸的pKa是决定缓冲溶液pH的主要因素。
2.缓冲溶液能起缓冲作用是与它的组成有关的。
是由弱电解质离解平衡来调节的。
例如由HAc和NaAc组成的缓冲溶液中含有大量的HAc和Ac-离子,当向这种缓冲溶液中加入少量的酸(H+)时,溶液中含有的大量的Ac-离子可以结合这些H+形成HAc分子;反之,当向这种缓冲溶液中加入少量的碱(OH-)时,OH-将与溶液中H+结合形成水,大量存在的HAc将离解出H+以补充被OH-结合掉的H+。
所以溶液中H+的浓度不会发生大的变化,这就是缓冲作用。
3.正常人体血液中碳酸缓冲系最重要,正常比值
=20:
1,故:
pH=pKa,+lg
=6.10+lg
=7.40
人体依靠HCO3-+H+
CO2+H2O平衡的移动及肾和肺的生理功能,可抵抗血液中外来的少量酸碱,而使pH能保持在7.35〜7.45范围内。
1.影响缓冲溶液的pH的因素有哪些?
为什么说共轭酸的pKa是主要因素?
2.缓冲溶液是如何发挥缓冲作用的?
3.举例说明为什么正常人体血液pH能保持在7.40±0.05范围内。
五、计算题(24分)[TOP]
1.在浓度为0.25mol·L-1的某一元弱酸(Ka=5.0×10-6)和它的共轭碱组成的缓冲溶液100mL中,加入5.0mmol固体NaOH后,pH为5.60,计算加入NaOH前溶液中共轭碱的浓度。
(Mr(NaOH)=40g·mol-1)
2.现有10L缓冲溶液,内含0.10mol·L-1H2PO4-和0.03mol·L-1HPO42-
(1)计算该缓冲溶液的pH值
(2)往该溶液中加入0.0050mLHCl后,pH值等于多少?
(3)往该缓冲溶液中加入0.004mLNaOH后,pH值等于多少?
3.今有HAc-NaAc缓冲系配成的总浓度为0.200mol·L-1、pH=4.50的缓冲溶液500mL,今欲将此溶液的pH调整到4.90,需加固体NaOH多少克?
pH为4.90的缓冲溶液的缓冲容量是多少?
学生自测答案[TOP]
一、判断题
1.×2.×3.×4.×5.√6.√7.√8.×9.√10.√
二、选择题
1.E2.D3.B4.B5.D6.D7.E8.C9.B10.A11.E12.E13.B14.C15.C16.A17.E18.B19.B20.A21.E22.A
三、填空题
1.H2CO3和HCO3-;H2CO3
HCO3-+H+
2.pH值基本不变;共轭酸碱对
3.H2PO4-−HPO42-;HPO42-
4.不;公式中的溶液用的是浓度,没有用活度,即没有考虑离子强度的影响。
5.缓冲;缓冲范围
6.H3PO4;HPO42-
7.HPO42-;H2PO4-;0.0384
8.8.25〜10.25;0.05mol·L-1
9.3.24;0.23
10.过小;0.05〜0.2
11.7.35〜7.45;酸中毒;碱中毒
12.6.30;6.10
四、简答题
1.影响缓冲溶液的pH的因素有共轭酸的pKa和缓冲比,由于缓冲比处在对数项中,对pH值的影响较小,故不是主要因素,所以,共轭酸的pKa是决定缓冲溶液pH的主要因素。
2.缓冲溶液能起缓冲作用是与它的组成有关的。
是由弱电解质离解平衡来调节的。
例如由HAc和NaAc组成的缓冲溶液中含有大量的HAc和Ac-离子,当向这种缓冲溶液中加入少量的酸(H+)时,溶液中含有的大量的Ac-离子可以结合这些H+形成HAc分子;反之,当向这种缓冲溶液中加入少量的碱(OH-)时,OH-将与溶液中H+结合形成水,大量存在的HAc将离解出H+以补充被OH-结合掉的H+。
所以溶液中H+的浓度不会发生大的变化,这就是缓冲作用。
3.正常人体血液中碳酸缓冲系最重要,正常比值
=20:
1,故:
pH=pKa,+lg
=6.10+lg
=7.40
人体依靠HCO3-+H+
CO2+H2O平衡的移动及肾和肺的生理功能,可抵抗血液中外来的少量酸碱,而使pH能保持在7.35〜7.45范围内。
五、计算题
1.pKa=5.30;n(B-)=100c(B-)mmol+5.0mmol;n(HB)=20mmol
5.60=5.30+lg
c(B-)=0.35mol·L-1
2.
(1)pH=7.2+lg
=7.68
(2)[H2PO4-]=0.010mol·L-1+0.0050mol·L-1=0.015mol·L-1
[HPO42-]=0.030mol·L-1−0.0050mol·L-1=0.025mol·L-1
pH=7.2+lg
=7.42
(3)[H2PO4-]=0.010mol·L-1-0.0040mol·L-1=0.060mol·L-1
[HPO42-]=0.030mol·L-1−0.0040mol·L-1=0.043mol·L-1
pH=7.2+lg
=7.95
3.今有HAc-NaAc缓冲系配成的总浓度为0.200mol·L-1、pH=4.50的缓冲溶液500mL,今欲将此溶液的pH调整到4.90,需加固体NaOH多少克?
pH为4.90的缓冲溶液的缓冲容量是多少?
3.4.50=4.76+lg
c(HAc)=0.130mol·L-1
c(NaAc)=0.200mol·L-1-0.130mol·L-1=0.070mol·L-1
加入NaOH后:
4.90=4.76+lg
,m(NaOH)=0.92g
[HAc]=0.084mol·L-1,[Ac-]=0.116mol·L-1
β=
=0.112(mol·L-1·pH-1)
章后习题答案[TOP]
1.能抵抗少量外来强酸、强碱而保持其pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。
血液中溶解的CO2与HCO3-组成缓冲系。
[HCO3-]/[CO2]溶解为20/1时,pH=7.40。
若pH<7.35,发生酸中毒,>7.45,发生碱中毒。
当[H3O+]增加,抗酸成分HCO3-与H3O+结合;当[OH-]增加,与H3O+生成H2O,促使H2CO3生成的抗碱成分H2CO3离解,以补充H3O+。
[HCO3-]/[CO2]溶解改变不明显。
因此血液H2CO3–HCO3-缓冲系与其他缓冲系一起维持pH7.35~7.45的正常狭小范围。
2.缓冲容量是衡量缓冲能力大小的尺度,表现为单位体积缓冲溶液pH发生一定变化时所能