大学化学习题课2.docx

第三章习题1. 指出下列各酸的共轭碱：H2O、H3O+、H2CO3、CH2COO-、H2S、HS-。酸H2OH3O+H2CO3CH2COO-H2SHS-共轭碱OH-H2ONH3NH2CH2COO-HS-S2-2. 指出下列各碱的共轭酸：H2O、NH3、Al(H2O)5OH2+、CH2COO-。碱H2ONH3Al(H2O)5OH2+CH2COO-共轭酸H3O+NH3Al(H2O)63+CH2COOH3. 说明(1)H3PO4溶液中存在着哪几种离子?请按各种离子浓度的大小排出顺序。其中H3O+浓度是否为浓度的3倍？(2)NaHCO3和NaH2PO4均为两性物质，但前者的水溶液呈弱碱性而后者的水溶液呈弱酸性，为什么?答 (1) 在H3PO4溶液中存在下列质子转移平衡：H3PO4 (aq) + H2O(l)(aq) + H3O+(aq)(aq) + H2O(l)(aq) + H3O+(aq)(aq) + H2O(l)(aq) + H3O+(aq)H2O(l) + H2O(l)H3O+(aq) + OH-(aq)=Ka2Ka3=PO43-H+HPO42-=PO43-H+Ka2 PO43-=Ka2Ka3H+=6.110-84.810-13H+=2.92810-20H+OH-=KWH+=1.0010-14H+由于Ka1Ka2Ka3，各离子浓度由大到小为：H3O+OH- 。其中H3O+浓度并不是浓度的3倍。 (2) NaHCO3在水溶液中存在下列质子转移平衡：(aq) + H2O(l)(aq)+ H3O+(aq)Ka()=Ka2(H2CO3)=4.710-11(aq) + H2O(l)H2CO3(aq) + OH-(aq)Kb()=Kw/Ka1(H2CO3)=1.010-14/(4.510-7)=2.210-8由于Kb()Ka()，结合质子的能力大于其给出质子的能力，因此NaHCO3水溶液呈弱碱性。NaH2PO4在水溶液中存在下列质子转移平衡：(aq) + H2O(l)(aq)+ H3O+(aq)Ka()=Ka2(H3PO4)=6.110-8(aq) + H2O(l)H3PO4(aq) + OH-(aq)Kb()=Kw/Ka1(H3PO4)=1.010-14/(6.910-3)=1.410-12由于Ka()Kb()，H2PO4-给出质子的能力大于其接受质子的能力，因此NaH2PO4水溶液呈弱酸性。4. 解释BaSO4在生理盐水中的溶解度大于在纯水中的，而AgCl的溶解度在生理盐水中却小于在纯水中的。答 生理盐水中含有Na+离子和Cl-离子对BaSO4起到盐效应作用使溶解度增大，但Cl-离子对AgCl却起到同离子效应作用而使溶解度降低。5. 在含有固体AgCl的饱和溶液中，加入下列物质，对AgCl的溶解度有什么影响？并解释之。(1) 盐酸(2) AgNO3 (3) KNO3 (4) 氨水答 （1）盐酸和（2）AgNO3，由于同离子效应，将使AgCl的溶解度降低；但若加入HCl浓度较大的话，Ag+与Cl-可以生成配合物AgCl2-，此时AgCl的溶解度反而会增大。（3）KNO3则由于盐效应，将使AgCl的溶解度稍有增加；（4）氨水，由于NH3与Ag+形成了配离子将使游离的Ag明显地减少，AgCl的溶解度大大地增加。6. 计算0.10 molL-1 H2S 溶液中H3O+、HS-及S2-。已知Ka1=8.910-8，Ka2=1.210-13。解 H2S(aq) + H2O(l)HS-(aq) + H3O+(aq)初始浓度/(molL-1) 0.10平衡浓度/(molL-1) 0.10-x0.10（cKa1500） x x molL-1=9.410-5 molL-1Ka1Ka2100,以第一级解离为主HS-H3O+9.410-5 molL-1 HS-(aq) + H2O(l)S2-(aq) + H3O+(aq)=1.210-13由于HS-H3O+，因此S2- Ka2, 即S2-=1.210-13 molL-17. 解痛药吗啡(C17H19NO3)是一种弱碱，主要由未成熟的罂粟籽提取得到，其Kb=7.910-7。试计算0.015 molL-1吗啡水溶液的pH值。解 c/Kb=0.015/7.910-7500，且cKb20KwOH-=1.110-4 molL-1, pOH=3.96, pH=10.048. 水杨酸（邻羟基苯甲酸，C7H6O3）是二元酸，Ka1=1.0610-3，Ka2=3.610-14，它是一种消毒防腐剂，有时可用作止痛药而代替阿司匹林，但它有较强的酸性，能引起胃出血。计算0.065 molL-1的C7H6O3溶液的pH值及平衡时各物种的浓度。解 Ka2很小，可忽略第二级H3O+的解离。但c/Ka1500设溶液中OH-= x molL-1 (aq) + H2O(l)HN3(aq) + OH-(aq)初始浓度/(molL-1) 0.010平衡浓度/(molL-1) 0.010-x0.01 x xx=2.310-6OH-=HN3=2.310-6 molL-1=Na+=0.010 molL-1H3O+=Kw/OH-=1.0010-14/(2.310-6)=4.310-9 molL-113. 液氨也像水那样可以发生质子自递反应：NH3l+NH3l=NH4+aq+NH2-（aq）。请写出乙酸在液氨中的质子传递反应，并说明乙酸在液氨中的酸性与在水中的酸性相比，是更强还是更弱？CH3COOH（aq）+NH3（l）=CH3COO-（aq）+NH4+（aq）由于NH3比H2O结合H+的能力更强，因此乙酸在液氨中的酸性更强。14. 在剧烈运动时，肌肉组织中会积累一些乳酸（CH3CHOHCOOH）,使人产生疼痛或疲劳的感觉。已知乳酸的Ka=1.410-4，测得某样品的PH为2.45.计算该样品中乳酸的浓度。解：CH3CHOHCOOH+H2O=CH3CHOHCOO-+H3O+PH=2.45，H3O+=10-2.45Ka=H3O+CH3CHOHCOO-CH3CHOHCOOHCH3CHOHCOOH=H3O+2Ka=（10-2.45）21.410-4=0.090mol/L15. 正常成人胃液的pH值为1.4，婴儿胃液pH值为5.0。问成人胃液中的H3O+浓度是婴儿胃液的多少倍？解 成人胃液的pH值为1.4，则H3O+成人=0.040 molL-1 婴儿胃液pH值为5.0，则H3O+婴儿=1.010-5 molL-1H3O+成人/H3O+婴儿=0.040 molL-1/(1.010-5 molL-1)=400017. 现有0.20 molL-1HCl溶液，问：(1) 如使pH=4.0，应该加入HAc还是NaAc？(2)如果加入等体积的2.0 molL-1NaAc溶液，则混合溶液的pH值是多少？(3) 如果加入等体积的2.0 molL-1NaOH溶液，则混合溶液的pH值又是多少?解 （1）由于10-40.2所以应该加入碱性的NaAc。（2）加入等体积的NaAc后，由于NaAc过量，生成的HAc浓度为：HAc= 0.20 molL-1/2= 0.10 molL-1溶液中的NaAc浓度为：NaAc=2.010-6 molL-1，pH=5.70（3）NaOH过量, OH-=pOH = 0.046，pH=13.9518. 喹啉（C20H24N2O2，摩尔质量324.4 gmol-1）是主要来源于金鸡纳树皮的重要生物碱，它是一种抗疟药。已知1 g喹啉能溶在1.90 L水中，计算该饱和溶液的pH值。已知pKb1=5.1，pKb2=9.7。解 cb=1.0 g/(1.90L324.4 gmol-1)=1.610-3 molL-1pKb1=5.1, Kb1=7.910-6; pKb2=9.7,Kb2=2.010-10 Kb1Kb2100, 忽略二级解离。c/Kb12.94时，将有超过99的Fe3+沉淀。而在生理条件（37，pH=7.40）下，仅有2.010-20 molL-1的Fe3+离子游离存在于血液中，说明血液中的Fe3+是以结合态形式（如形成铁蛋白）稳定存在。22. 计算下列溶液的pH值：(1) 0.20 molL-1H3PO4溶液与0.20 molL-1 Na3PO4等体积混合；(2) 0.20 molL-1Na2CO3溶液与0.10 molL-1HCl溶液等体积混合。解 （1） H3PO4(aq) + Na3PO4(aq) = NaH2PO4(aq) + Na2HPO4(aq)初始时：V0.20 molL-1 V0.20 molL-1反应后： V0.20 molL-1 V0.20 molL-1溶液中Na2HPO4 =NaH2PO4 = (V/2V)0.20 molL-1= 0.10 molL-1Ka2 =， H3O+ = 6.110-8 molL-1， pH=7.21（2） HCl(aq) + Na2CO3(aq) = NaHCO3(aq)初始时：V0.10 molL-1 V0.20 molL-1反应后： V0.10 molL-1 V0.10 molL-1 溶液中Na2CO3= NaHCO3 =(V/2V)0.10 molL-1= 0.050 molL-1Ka2 =，H3O+ = 4.710-11 molL-1， pH=10.3224. 假设溶于水中的Mn(OH)2完全解离，试计算：(1) Mn(OH)2在水中的溶解度(molL-1)； (2) Mn(OH) 2饱和溶液中的Mn2+和OH-；(3) Mn(OH) 2在0.10 molL-1 NaOH溶液中的溶解度假如Mn(OH) 2在NaOH溶液中不发生其它变化；(4) Mn(OH) 2在 0.20 molL-1MnCl2溶液中的溶解度。已知KspMn(OH)2=2.0610-13。解 Mn(OH)2(s) = Mn2+(aq) + 2OH-(aq) Mn2+OH-2=Ksp(1) S(2S)2=Ksp, S=molL-1= 3.7210-5 molL-1(2) Mn2+ = S =3 .7210-5 molL-1， OH- =2S = 7.4410-5 molL-1(3) OH-= 0.10 molL-1S=Mn2+ =molL-1=2.110-11 molL-1(4) Mn2+ = 0.20 molL-1S=OH-=molL-1 =5.110-7 molL-125. 在1.0 L 0.10 molL-1 H3PO4溶液中，加入6.0 g NaOH固体，完全溶解后，设溶液体积不变，求(1) 溶液的pH值；(2) 37时溶液的渗透压；(3) 在溶液中加入18 g葡萄糖，其溶液的渗透浓度为多少？是否与血液等渗(300 mmolL-1)？M(NaOH)=40.0，M(C6H12O6)=180.2解 (1) 反应前，溶液中n(H3PO4)=0.10 molL-11.0 L=0.10 mol,n(NaOH)=6.0 g/(40 gmol-1)=0.15 mol,n(NaOH)-n(H3PO4)=0.15 mol-0.10 mol=0.05 mol反应 H3PO4(aq) + NaOH(aq) = NaH2PO4(aq) + H2O(l)初始时/mol 0.10 0.15平衡时/mol 0.15-0.10=0.05 0.10继续反应 NaH2PO4(aq) + NaOH(aq) = Na2HPO4(aq) + H2O(l)初始时/mol 0.10 0.05平衡时/mol 0.10-0.05 =0.05 0.05所以平衡时Na2HPO4=NaH2PO4 = 0.050 molL-1由Ka2 =，得 H3O+= 6.110-8 molL-1， pH=7.21(2) =icRT =c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(Na+)RT=(0.050+0.050+30.050) molL-18.314 Jmol-1K-1(273+37) K=644 kPa(3) 溶液的渗透浓度为18 gL-1/(180 g mol-1) + (0.050+0.050+30.050) molL-1=0.35 molL-1，与血液相比，为高渗溶液。26. 将500 ml c(MgCl2)=0.20 molL-1和500 ml c(NH3H2O) =0.20 molL-1混合。求：(1)混合后溶液是否有沉淀生成？请通过计算加以说明。(2)若有沉淀要加入多少克NH4Cl，才能使溶液无Mg(OH)2沉淀产生?（忽略加入NH4Cl固体引起的体积变化）已知KspMg(OH)2=5.61 10-12，Kb(NH3)=1.810-5，Mr(NH4Cl)=53.5。解 (1)混合后溶液中，c(MgCl2)=0.10 molL-1，c(NH3H2O) =0.10 molL-1 cKb20Kw, c/Kb500OH- = IP=Mg2+OH-2=0.10(1.310-3)2=1.810-7KspMg(OH)2，有沉淀生成(2)要使沉淀溶解，设需加入x g NH4Cl，则：OH-=7.510-6 molL- NH4+=0.24 molL-1x=0.24 molL-1(0.50L+0.50L)53.5g mol-1=12.8 g第四章习题1. 什么是缓冲溶液？ 试以血液中的H2CO3-缓冲系为例，说明缓冲作用的原理及其在医学上的重要意义。答 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与组成缓冲系。正常人体/CO2(aq)为20/1，pH=7.40。若pH7.45，发生碱中毒。当酸性代谢产物增加时，抗酸成分与H3O+结合，增加的H2CO3可通过加快呼吸以CO2的形式呼出；消耗的则由肾减少对其的排泄而得以补充；当碱性代谢产物增加时，OH-与H3O+生成H2O，促使抗碱成分H2CO3离解以补充消耗的H3O+。同理，减少的H2CO3及增加的可通过肺和肾来调控。血液中的H2CO3缓冲系与其他缓冲系共同作用，维持pH 为7.357.45的正常范围。2. 什么是缓冲容量？影响缓冲溶量的主要因素有哪些?总浓度均为0.10molL-1的 HAc-NaAc和H2CO3-缓冲系的缓冲容量相同吗？解 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度，表示单位体积缓冲溶液pH发生一定变化时，所能抵抗的外加一元强酸或一元强碱的物质的量。影响缓冲容量的主要因素是缓冲系的总浓度和缓冲比：缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量越大；总浓度一定时，缓冲比越接近于1缓冲容量越大。总浓度及缓冲比相同的HAc-NaAc和H2CO3-缓冲系的缓冲容量相同。3. 下列化学组合中，哪些可用来配制缓冲溶液？ (1) HCl + NH3H2O (2) HCl + Tris (3)HCl + NaOH(4) Na2HPO4 + Na3PO4 (5) H3PO4 + NaOH (6)NaCl + NaAc解 可用来配制缓冲溶液的是：(1) HCl + NH3H2O、(2) HCl + Tris、(4) Na2HPO4 + Na3PO4和(5) H3PO4 + NaOH4. 将0.30 molL-1吡啶(C5H5N，pKb=8.77)和0.10 molL-1HCl溶液等体积混合,混合液是否为缓冲溶液？求此混合溶液的pH。解 C5H5N与HCl反应生成C5H5NH+Cl-(吡啶盐酸盐)，混合溶液为0.10 molL-1 C5H5N和0.050 molL-1 C5H5NH+Cl-缓冲溶液，pKa = 14.00 - 8.77 = 5.236. 求pH=3.90，总浓度为0.400 molL-1的HCOOH (甲酸)HCOONa(甲酸钠)缓冲溶液中，甲酸和甲酸钠的物质的量浓度(HCOOH的pKa=3.75)解 设c(HCOONa) = x molL-1, 则c(HCOOH) = 0.400 molL-1 x molL-1解得 c(HCOO-) = x molL-1 = 0.234 molL-1 c(HCOOH)=(0.400 - 0.234) molL-1=0.166 molL-18. 阿司匹林(乙酰水杨酸、以HAsp表示)以游离酸(未解离的)形式从胃中吸收，若病人服用解酸药，调整胃容物的pH为2.95，然后口服阿司匹林0.65 g。假设阿司匹林立即溶解，且胃容物的pH不变，问病人可以从胃中立即吸收的阿司匹林为多少克 (乙酰水杨酸的Mr=180.2、pKa=3.48) ？ 解 依题意 解得 n(HAsp) = 0.0028 mol可吸收阿司匹林的质量 = 0.0028 mol 180.2 gmol-1 = 0.50 g11. 分别加NaOH溶液或HCl溶液于柠檬酸氢钠（缩写Na2HCit）溶液中。写出可能配制的缓冲溶液的抗酸成分、抗碱成分和各缓冲系的理论有效缓冲范围。如果上述三种溶液的物质的量浓度相同，它们以何种体积比混合，才能使所配制的缓冲溶液有最大缓冲容量?（已知H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40）解.溶液组成缓 冲 系抗酸成分抗碱成分有效缓冲范围最大时体积比Na2HCit+HClH2Cit-HCit2-HCit2-H2Cit-3.765.762:1Na2HCit+HClH3Cit-H2Cit-H2Cit-H3Cit2.134.132:3Na2HCit+NaOHHCit2-Cit3-Cit3-HCit2-5.407.402:113. 用固体NH4Cl和1.00mol/LNaOH溶液来配制1 L总浓度为0.125 molL-1，pH=9.00的缓冲溶液，问需NH4Cl多少克？求需1.00 molL-1的NaOH溶液的体积（mL）。解 设需NH4Cl 的质量为 xgpKa(NH4+) = 14.00 - 4.75 = 9.25得 1.00 molL-1 V(NaOH) = 0.562x/53.5 gmol-1 - 1.00 molL-1 V(NaOH)又 1.00 molL-1 VNaOH) + (x / 53.5gmol-1 - 1.00 molL-1 V(NaOH) / 1L=0.125 molL-1解得 x = 6.69, V(NaOH) = 0.045 L即：需NH4Cl 6.69 g，NaOH溶液0.045 L。14. 用0.020 molL-1H3PO4溶液和0.020 molL-1NaOH溶液配制100 mL pH=7.40的生理缓冲溶液，求需H3PO4溶液和NaOH溶液的体积（mL）。解 设第一步反应需H3PO4和NaOH溶液体积各为x mL H3PO4(aq)+ NaOH(aq)= NaH2PO4(aq) + H2O(l)x mLH3PO4与x mLNaOH完全反应，生成NaH2PO4 0.020 molL-1 x mL = 0.020 x mmol 第二步反应：设生成的NaH2PO4再部分与NaOH y mL反应，生成Na2HPO4，其与剩余NaH2PO4组成缓冲溶液 NaH2PO4(aq) + NaOH(aq) = Na2HPO4(aq) + H2O(l)起始量mmol +0.020x +0.020y 变化量mmol -0.020y -0.020y +0.020y 平衡量mmol 0.020(x-y) 0 +0.020y =1.55依题意又有 2x + y = 100解得 x = 38.4，y = 23.2即需H3PO4溶液38.4 mL，NaOH溶液(38.4 + 23.2) mL = 61.6 mL。16. 正常人体血浆中