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