酸碱平衡与酸碱滴定法习题答案.doc

注：教材附录中给出的NH3和CH3CH2NH2的解离常数是Kb，而不是Ka7-1 写出下列酸的共轭碱。HNO3 H2Y2- H2O H3O+ CHCl2COOH H2PO4- HCO3- 答：题目所给酸的共轭碱如下表所示：酸HNO3H2Y2-H2OH3O+CHCl2COOHH2PO4-HCO3-共轭碱HNO3-HY3-OH-H3O+CHCl2COO-HPO42-CO32-7-2 写出下列碱的共轭酸。H2O NH3 H2PO4- HPO42- CO32- HCO3- (CH2)6N4 Y4-答：题目所给酸的共轭酸如下表所示：酸H2ONH3H2PO4-HPO42-CO32- 共轭碱H3O+NH4+H3PO4H2PO4-HCO3-酸HCO3-(CH2)6N4Y4-共轭碱H2CO3(CH2)6N4H+HY3-7-3 已知下列各种弱酸的Ka值，求它们的共轭碱的Kb值，并将各碱按照碱性由强到弱的顺序进行排列。 HCNKa= 6.210-10 HCOOH Ka= 1.810 -4 C6H5OH Ka= 1.110-10 H3BO3 Ka= 5.810-10 HPO42- Ka1(H3PO4)= 7.610 -3， Ka2(H3PO4)= 6.310 -8， Ka3(H3PO4)= 4.410 -13 H2C2O4 Ka1 = 5.910-2， Ka2 = 6.410-5，解：根据共轭酸碱对的关系式：KaKb= Kw可知：Kb=Kw/Ka，因此，以上各酸的共轭碱Kb计算如下：(1) HCN的共轭碱为CN-,其Kb= Kw/Ka=(1.0010-14)/(6.210-10)=1.610-5(2)HCOOH的共轭碱为HCOO-,其Kb= Kw/Ka=(1.0010-14)/(1.810-4)=5.610-11(3)C6H5OH的共轭碱为C6H5O-,其Kb= Kw/Ka=(1.0010-14)/(1.110-10)=9.110-5(4)H3BO3的共轭碱为H4BO4-,其Kb= Kw/Ka=(1.0010-14)/( 5.810-10)=1.710-5(5)HPO42-的共轭碱为PO43-,其Kb= Kw/Ka3=(1.0010-14)/(4.410-13)=2.310-2(6)H2C2O4的共轭碱为HC2O4-,其Kb= Kw/Ka1=(1.0010-14)/(5.910-2)=1.710-13根据以上计算结果，各酸的共轭碱从强到弱依次为：PO43- C6H5O- H2BO3- CN- HCOO- HC2O4-7-4 0.010 molL-1 HAc溶液的电离度为0.042，求HAc的Ka及该溶液的H+ 浓度c ( H+)。如果在500 mL上述溶液中，加入2.1g NaAc（设体积不变），求该溶液的电离度及H+ 浓度c( H+)，上述结果说明什么问题？解：由于 Ka2=6.310-8H3PO4水溶液的酸度计算可以按照一元弱酸水溶液处理；又并且， 采用一元弱酸浓度的近似式： PH=-lgc(H+)=1.3(5)并且， 采用一元弱碱浓度的最简式： POH=-lgc(OH-)=2.9 PH=14-POH=11.1(6)并且， 采用一元弱碱浓度的近似式： POH=-lgc(OH-)=1.62PH=14-POH=12.38(7) Ka1=1.110-3;Ka2=3.910-6采用两性物质酸度计算最简式：PH=-lgc(H+)=4.2(8) Ka(HAc)=1.810-5 Ka(NH4+)=5.610-10 可根据教材公式7-26进行计算该溶液的酸度不能进行近似计算，把数据代入教材公式7-26得：c(H+)=1.010-7PH=-lgc(H+)=7.0(9) Ka1=7.610-3;Ka2=6.310-8 Ka3=4.410-13采用近似公式：PH=-lgc(H+)=9.17-8 下列四对化合物可供你选择以配制pH = 10.10的缓冲溶液，应选择哪一对？其共轭酸碱的浓度比应是多少？（1）HCOOHHCOONa （2）HAcNaAc（3）H3BO3NaH2BO3 （4）NH4ClNH3解：四种配置方案的PKa分别为： 3.74、4.74、9.23和9.25，由于配置缓冲液需要共轭酸碱对的PKa的范围为10.10-1，10.10+1，因此可以选择第四种方案。根据公式：共轭酸碱浓度比为：。7-9 欲配制 250 mLpH = 5.00的缓冲溶液，需在12.5mL 1.00 molL-1 NaAc溶液中加入6.00 molL-1HAc溶液和水各多少毫升？解：根据缓冲溶液酸度计算公式得：由于HAc水溶液的PKa为-lg(1.810-5)=4.74，则题给缓冲液中，共轭酸碱浓度比为：设需要在NaAc水溶液中加入HAc体积为x毫升，则：解方程得：x=1.15ml需要加入的水的容积为：V总-VNaAc-VHAc=250-12.5-1.15=2.3610-2(ml)7-10 下列弱酸、弱碱能否用酸碱滴定法直接滴定？如果可以，化学计量点的pH为多少？应选什么作指示剂？假设酸碱标准溶液及各弱酸、弱碱始浓度为0.10 molL-1 。（1）CH2ClCOOH （2）HCN （3）C6H5OH(4) C6H5NH2 (5)CH3CH2NH2 （6）NH4Cl （7）NaCN （8）C6H5ONa (9) NaAc (10)Na2B4O710H2O解：(1) CH2ClCOOH在水中的解离常数为为1.410-3，则：，根据酸碱滴定理论，CH2ClCOOH可以通过酸碱滴定法进行直接滴定。在化学计量点，控制体系PH值的主要是CH2ClCOO-，其解离常数为：化学计量点处c(CH2ClCOO-)等于初始浓度的1/2，所以有：并且：因此，可以采用最简式计算体系的酸碱度：故化学计量点初，POH=-lgc(OH-)=6.22 PH=14.00-POH=7.78根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择中性红或者酚红指示剂。(2) HCN水溶液的解离常数为6.210-10，可知：因此，不能用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。(3) 苯酚水溶液的解离常数为：1.110-10则：因此，不能用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。(4)水溶液中苯胺的解离常数为3.9810-10，因此可知： 则：因此，不能用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。(5)水溶液中乙胺的解离常数为：5.610-4，因此， 则：因此，可以用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。在化学计量点处，控制体系PH值的主要是CH3CH2NH3+，其解离常数为：并且：因此，可以采用最简式计算体系的酸碱度：故化学计量点处，PH=-lgc(H+)=6.02根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择甲基红指示剂。(6) 水溶液中NH4+的解离常数为：10-14/(1.810-5)=5.610-10因此，所以，不能用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。(7) 水溶液中CN-的解离常数为：10-14/(6.210-10)=1.610-5因此，所以，可以用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。在化学计量点处，控制体系PH值的主要是HCN，其解离常数为：并且：因此，可以采用最简式计算体系的酸碱度：故化学计量点处，PH=-lgc(H+)=5.25 根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择甲基红指示剂。(8) 水溶液中C6H5ONa的解离常数为：10-14/(1.110-10)=9.110-5因此，所以，可以用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。在化学计量点处，控制体系PH值的主要是C6H5OH，其解离常数为：并且：因此，可以采用最简式计算体系的酸碱度：故化学计量点处，PH=-lgc(H+)=5.63 根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择甲基红指示剂。(9) 水溶液中NaAc的解离常数为：10-14/(1.810-5)=5.610-10因此，所以，不能用酸碱滴定法直接滴定该水溶液。(10) Na2B4O710H2O在水溶液中发生如下解聚反应：滴定过程中，同酸发生反应的是H2BO3-，其解离常数,因此可以被HCl标准溶液滴定，滴定总反应：滴定到化学计量点时，溶液体积变为初始体积的3倍，H3BO3的浓度为硼砂浓度的4倍，因此：因此，PH=-logc(H+)=5.06，可以采用甲基红作指示剂。7-11 下列各多元弱酸弱碱（始浓度为0.1 molL-1）能否用酸碱滴定法直接滴定？如能滴定，有几个突跃？计量点pH为多少？应选什么作指示剂？（1）柠檬酸 （2）H2NNH2 （3）Na2C2O4 （4）Na3PO4 （5）Na2S （6）酒石酸解：(1)柠檬酸的解离常数：根据多元弱碱滴定判断规则：三步解离步骤都可以准确滴定，但是不能分布滴定，只有一个突跃，也就是最后一步解离过程。在化学计量点处，溶液体积变为原来的四倍，控制体系PH值的主要是柠檬酸三价阳离子：因此，可以采用最简式计算体系的酸碱度：故化学计量点处，POH=-lgc(OH-)=4.6 PH=14- POH =14-4.6=9.4 根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择酚酞指示剂。(2)H2NNH2的解离常数：根据多元弱碱滴定判断规则：第一步解离可以被准确滴定，但是第二步解离无法被准确滴定，有一个突跃在化学计量点处，溶液体积变为原来的两倍，控制体系PH值的主要是一价阳离子，属于两性物质。因此，可以采用近似式计算体系的酸碱度：故化学计量点处，POH=-lgc(OH-)=8.6 PH=14- POH=14-8.6=5.4根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择甲基红指示剂。(3) Na2C2O4的解离常数：根据多元弱碱滴定判断规则：该溶液的两步解离过程都无法被准确滴定。(4) Na3PO4的解离常数：根据多元弱碱滴定判断规则：前两步解离可以分步准确滴定，下面分别计算两次滴定的化学计量点PH值第一步滴定：在化学计量点处，溶液体积变为原来的两倍，控制体系PH值的主要是二价阳离子，属于两性物质。因此，可以采用近似式计算体系的酸碱度：故化学计量点处，POH=-lgc(OH-)=4.2 PH=14- POH=14-4.2=9.8根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择百里酚酞指示剂。第二步滴定：在化学计量点处，溶液体积变为原来的三倍，控制体系PH值的主要是一价阳离子，属于两性物质。因此，可以采用近似式计算体系的酸碱度：故化学计量点处，POH=-lgc(OH-)=9.3 PH=14- POH=14-9.3=4.7根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择甲基红指示剂。(5) Na2S的解离常数： 根据多元弱碱滴定判断规则：两步解离都可以被准确、分步滴定，有两个突跃。在第一化学计量点处，溶液体积变为原来的两倍，控制体系PH值的主要是一价阳离子，属于两性物质。因此，可以采用近似式计算体系的酸碱度：故在第一化学计量点处，PH=-lgc(H+)=9.8 根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择酚酞指示剂。在第二化学计量点处，溶液体积变为原来的三倍，控制体系PH值的主要是H2S，属于多元弱酸，可以按照一元酸来计算其酸性因此，可以采用最简式计算体系的酸碱度：故在第二化学计量点处，PH=-lgc(H+)=4.18 根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择甲基橙指示剂。(6) 酒石酸的解离常数： 根据多元弱酸滴定判断规则：两步解离都可以被准确滴定，但是只有一个突跃，不能分布滴定，只能滴定第二步解离。下面计算滴定的化学计量点PH值在化学计量点处，溶液体积变为原来的三倍，控制体系PH值的主要是二价阴离子，二元弱碱可以按照一元弱碱体系计算其酸碱度。因此，可以采用一元弱碱体系的最简式计算其碱度：故化学计量点处，POH=-lgc(OH-)=5.6 PH=14- POH=14-5.6=8.4根据化学计量点处的PH值和指示剂的适用范围，可以选择酚酞指示剂。7-12 标定盐酸溶液时，以甲基红为指示剂，称取硼砂0.6817 g，滴定到终点时用去盐酸溶液27.02mL，计算c(HCl)。解：采用盐酸并以甲基红为指示剂滴定硼砂时，使用的盐酸和硼砂之间的物质的量的关系：n(HCl):n(硼砂)=2：1因此，分别用V(HCl)、m(硼砂)和M(硼砂)分别表示使用盐酸的体积、硼砂的质量和硼砂的摩尔质量，则：所以，c(HCl)为0.1324mol/L7-13 测定蛋白质样品中的N含量时，称取样品0.2503g，用浓H2SO4和催化剂消解，使样品中的N全部转化为NH4+ ，然后加碱蒸馏，用硼酸溶液吸收蒸出的NH3，最后以甲基红作指示剂用0.09706 molL-1 HCl溶液滴定到甲基红由黄色变为橙色，共用去HCl溶液24.94 mL，计算样品中N的质量分数 w（N）。解：在以上滴定反应中，消耗的N原子的物质的量n(N)与HCl的物质的量n(HCl)之间的关系：n(N)：n(HCl)=1：1因此，分别用：m(N)、ms、n(N)、M(N)、c(HCl)、V(HCl)分别表示样品中N的质量、总样品质量、样品中N的物质的量、N原子的摩尔质量、盐酸浓度和使用的盐酸体积，则：因此，样品中N的质量分数 w（N）为13.55%7-14 测定奶粉中氮含量时，称取奶粉样品0.4750 g，加浓H2SO4和催化剂消煮，使其中的氮转化为NH4+，加碱蒸馏，蒸出的NH3用50.00 mL HCl溶液吸收，剩余的HCl用13.12 mL 0.07992 molL-1的NaOH溶液滴定到甲基红指示剂变色。已知25.00 mL HCl溶液需用15.83mL NaOH溶液中和。计算样品中N的质量分数。解：在以上滴定反应中，消耗的HCl的物质的量同NaOH的物质的量相同，因此分别设盐酸的浓度和滴定过程中消耗的盐酸的体积为c(HCl)和V(HCl)，则有：解以上两个方程可得：c(HCl)=0.050605mol/L，V(HCl)=20.720ml由于奶粉中N总物质的量同吸收NH3用去的HCl的物质的量相同，因此分别用：m(N)、ms、n(N)、M(N)、V1(HCl)分别表示样品中N的质量、总样品质量、样品中N的物质的量、N原子的摩尔质量和表示吸收NH3用去的HCl体积，则样品中N的质量分数为：7-15 H3PO4样品2.108 g ，用蒸馏水稀释至250.0 mL，吸取该溶液25.00 mL，以甲基红为指示剂，用0.09395 molL-1 NaOH溶液21.30 mL滴定至终点。计算样品中 w（H3PO4）和w（P2O5）。解：以甲基红为指示剂并用NaOH滴定H3PO4过程中，消耗的NaOH和样品中H3PO4的物质的量n (NaOH)和n (H3PO4)之间存在如下关系：n (NaOH)：n (H3PO4)=1：10因此，分别用：m(H3PO4)、ms、M(H3PO4)、V(NaOH)和c(NaOH)分别表示样品中H3PO4的质量、总样品质量、H3PO4的摩尔质量、滴定过程中消耗的NaOH体积和NaOH浓度，则样品中H3PO4的质量分数为：由于：所以：7-16 某一含Na2CO3 、NaHCO3 及惰性杂质的样品0.6028 g，加水溶解，用0.2022 molL-1 HCl溶液滴定至酚酞终点，用去HCl溶液20.30mL；加入甲基橙，继续滴定至甲基橙变色，又用去HCl溶液22.45mL。求Na2CO3和NaHCO3的质量分数。解：滴定到酚酞终点时，仅发生HCl与全部Na2CO3间的化学反应，生成NaHCO3,因此，此过程中，盐酸和Na2CO3的物质的量n1(HCl)和n(Na2CO3)相等。因此，分别用： ms、M(Na2CO3)、n(Na2CO3)、n1(HCl)、V1(HCl)分别表示总样品质量、Na2CO3的摩尔质量、样品中Na2CO3的物质的量、第一次滴定中消耗的盐酸物质的量和体积，则：第二部分滴定过程中，HCl需要分别中和第一次滴定过程生成的NaHCO3以及样品中原有的NaHCO3，其中中和样品中原有的NaHCO3消耗的盐酸的体积应为V2(HCl)-V1(HCl)，其中，V2(HCl)表示第二次滴定过程中消耗的HCl体积，用 n2(HCl)、 M(NaHCO3)、n(NaHCO3)分别表示第二次滴定中消耗的盐酸物质的量、NaHCO3的摩尔质量和样品中NaHCO3的物质的量，则：7-17 硫酸铵样品0.1640 g，溶于水后加入甲醛，反应5 min，用0.0976 molL-1 NaOH 溶液滴定至酚酞变色，用去23.09 mL。计算样品中N的质量分数。解：整个反应过程中，样品中N的物质的量n(N)与NaOH的物质的量n(NaOH)存在如下关系：n(N)：n(NaOH)=1：1因此，分别用 ms、m(N)、M(N)、n(NaOH)、c(NaOH)和V(NaOH)分别表示总样品质量、总样品中N的质量、N原子的摩尔质量、滴定中消耗的NaOH物质的量、浓度和体积，则样品中N的质量分数：7-18 称取某含Na2HPO4和Na3PO4的样品1.200 g，溶解后以酚酞为指示剂，用0.3008 molL-1 HCl溶液17.92 mL滴定至终点，再加入甲基红指示剂继续滴定至终点又用去了HCl溶液19.50 mL。求样品中Na2HPO4和Na3PO4的质量分数。解：第一次滴定过程中，HCl仅与全部Na3PO4反应，生成Na2HPO4，此过程中，消耗的盐酸的物质的量n(HCl)与样品中Na3PO4的物质的量相等，因此，因此，分别用 ms、m(Na3PO4)、M(Na3PO4)、n1(HCl)、c(HCl)和V1(HCl)分别表示总样品质量、总样品中N的质量、N原子的摩尔质量、滴定中消耗的NaOH物质的量、浓度和体积，则样品中N的