无机化学第4章习题及答案河北师范、福建师范、山东师范、吉林师范、辽宁师范.pdf

习 题 4-1 根据质子理论，在水溶液中下列分子或离子哪些是酸？哪些是碱？哪些既是酸又 是碱？写出其对应的共轭酸或共轭碱的化学式 HS-；CO 2 3 ；H2PO 4；NH3；H2S；HAc；OH -；H 2O；NO 2 答：依照答：依照酸碱质子理论可判断：酸：H2S、HAc；碱：CO 2 3 、NH3、OH 、NO 2；既 是酸又是碱：HS-、H2PO 4、H2O 4-2 将下列酸按酸强度从大到小的顺序排列： H3O+； HClO4； HNO3； H2O； Al(H2O)63+ 答：答：给出质子能力越强，酸性越强，因此酸强度顺序为 HClO4HNO3H3O+ Al(H2O)63+H2O 4-3 将下列碱按碱的强度从大到小的顺序排列： S2-（Kb约为 10-15） 、OH-、NH3、PO 3 4 、CO 2 3 、Ac-、 答：答：接受质子能力越强，碱性越强；或看其共轭酸酸性越强，则共轭碱碱性越弱 碱强度顺序：OH S2-PO 3 4 CO 2 3 NH3Ac - 4-4 下列物质中那些能作为 HCl、H2SO4、HClO4的区分溶剂？ NH3、H2O、NaOH、甲醇、乙酸 答：溶剂接受质子能力强，就对上述酸具有拉平效应，如 H2O、NH3、NaOH；因此区 分溶剂应当选接受质子能力弱的乙酸、甲醇。 4-5 某弱酸 HA，0.015 molL-1时电离度为 0.80%，浓度为 0.10 molL-1时电离度是 多少？ 解解： HA 电离平衡时： HA H+ + A- 平衡浓度/molL-1 c-c c c 因为： 5% 1-1 所以： 2 22 a c -1c c ）（ ）（HAK 同一种弱酸，温度不变，浓度变化时，Ka不变，因此有：c1 2 1 = c2 2 2 0.0150.00802 = 0.1022 2 = (0.0150.00802/0.10)1/2 = 0.0031 即浓度为 0.10 molL-1时 HA 的电离度为 0.31% 4-6 实验测得某氨水的 pH=11.26，计算该氨水的浓度。 解解： 设该氨水的浓度为 c 查表知 Kb=1.7610-5； 又已知氨水的 pH=11.26 则 pOH =pKw-pH = 2.74 OH-=1.8210-3 由弱碱电离平衡常数 c OH K 2 b 求得：188 . 0 1076 . 1 1082. 1 c 5 23 b 2 K OH 即氨水的浓度为 0.188molL-1 4-7 在氨水中分别加入下列各物质，对氨水的电离常数、电离度及溶液的 pH 有何影 响？ （1）NH4Cl； （2）NaCl； （3）H2O； （4）NaOH 答：对平衡答：对平衡 NH3H2O NH4+ + OH- 加入 NH4Cl NaCl H2O NaOH Ka 不变 不变 不变 不变 (NH3H2O) 变小 变大 变大 变小 pH 变小 变大 变小 变大 4-8 计算室温下饱和 CO2水溶液（即 0.04molL-1的 H2CO3溶液）中的H+、HCO-3 及CO 2 3 。 解解：查表知：H2CO3的 Ka1=4.4610-7，Ka2=4.6810-11，由于 Ka1Ka2，可忽略二 级电离，当一元弱酸处理，只考虑一级电离。 因此：34. 104. 01046. 4COHc 7 321a KH10-4 HCO3- = H+= 1.3410-4 CO 2 3 = Ka2 = 4.6810-11 即溶液中的H+、 HCO-3及CO 2 3 分别为 1.3410-4、 1.3410-4及 4.6810-11mol L-1 4-9 欲使 H2S 饱和溶液中S2-=1.010-18 molL-1，该溶液的 pH 应为多大？ 解：解： 查表知： Ka1 = 1.0710-7，Ka2 = 1.2610-13 H2S = 2H+S2- 平衡时：Ka2? ? ? H+ =? ?.?.?.? ?.? =3.6710-2 pH = 1.44 4-10 要配制 pH 为 5.00 的缓冲溶液，需称取多少克 NaAc3H2O 固体溶解于 300 mL 0.5 molL-1醋酸中？ 解解： n酸=0.30.5=0.15mol pH = pKa-lg ?酸 ?盐 因此：lg ?酸 ?盐 = pKa-pH = 4.76-5=-0.24 ?酸 ?盐 = ?酸 ?盐 = 0.575 解得： n盐 = ?.? ?.? = 0.261mol m(NaAc3H2O )= 136 g mol-10.261 mol = 35.5 g 4-11 欲配制 pH=3 的缓冲溶液。现有下列物质，选择哪种合适？ （1）HCOOH Ka=1.810-4 （2）HAc Ka=1.7510-5 （3）NH3 Kb=1.7710-5 解： HCOOH HAc NH3 pKa(或 pKb) 3.75 4.76 4.75 考虑缓冲溶液的缓冲容量,依据缓冲范围 pH = pKa1 或(14-pKb)1， 选择 HCOOH （搭 配其相应的盐）构成缓冲溶液较合适。 4-12 写出下列离子水解反应的离子方程式：CO 2 3 ；HPO 2 4 ；F-；Fe(H2O)63+ 答：答：水解是分步进行的。上述离子对应的第一步水解方程为 CO 2 3 +H2OHCO 3 + OH - HPO 2 4 + H2OH2PO 4+ OH - F -+ H 2O HF+ OH - Fe(H2O)63+H2O Fe(H2O)5(OH)2+H3O+ HCO 3 、HPO 2 4 及Fe(H2O)5(OH)2+还可再进一步水解，略 4-13 计算下列溶液的 pH 和盐的水解度 （1）0.02 molL-1 NH4Cl （2）0.1 molL-1KCN 已知 Kb（NH3H2O）=1.7610-5，Ka（HCN）=6.1710-10 解解： （1）0.02 molL-1的 NH4Cl H+= ? ? = ?.?.? ? ?.? = 3.410-6 pH = 5.48 h = ? ? = ?.? ?.? = 1.710-4 = 0.017% 0.02 molL-1的 NH4Cl 溶液的 pH 和水解度分别为 5.48 和 0.017% （2）0.1 molL-1 KCN OH- =? ? = ?.?.? ? ?.? = 1.2710-3 pH = pKW-pOH = 14 2.90 = 11.1 h = ? ? = ?.? ?.? = 1.2710-2 = 1.27% 0.1 molL-1 KCN 溶液的 pH 和水解度分别为 11.1 和 0.017% 4-14 （1）溶液中起始含有的 NaAc 的物质的量是 HAc 的 10 倍，下述反应开始时朝哪 个方向自发进行？ Ac-(aq) + H2OHAc(aq) + OH-(aq) pH 如何计算？ （2）将（1）中 NaAc 与 HAc 分别换成 NaCN 和 HCN，其余相同，反应方向如 何？列出用起始浓度及其它浓度求平衡浓度的关系式。 解解：混合体系中盐水解方向的判断时，若 Q Kh则反应自发向左；若 Q Kh则反应自 发向右。 （1）设反应中起始 NaAc 的浓度是 HAc 的浓度 10 倍，OH-由水提供，故 c（OH-）=10-7 所以：Qc = ）CN（c ）HCN（c）OH（c - - = 10-7 10 1 = 10-8 而反应：Ac-(aq) + H2OHAc(aq) + OH-(aq) 平衡时有：Kh = a w K K 5 14 1057.1 100.1 = 5.710-10 因为：Qc Kh，所以开始时反应自发向左进行，体系显酸性。即 HAc + H2O H3O+ + Ac ，简写作：HAc H+ + Ac 体系中的H+ = Ka )NaAc( )HAc( c c 即：pH = pKa- lg )NaAc( )HAc( c c （2） 同理对反应 CN- + H2O HCN + OH- Qc = 10-7 10 1 = 10-8 平衡时有：Kh = a w K K 10 14 106.17 100.1 = 1.610-5 因为：Qc Kh，所以开始时反应自发向右进行，体系显碱性。 由于溶液中起始有 NaCN 和 HCN，设平衡时CN-= c(NaCN)，HCN = c(HCN) 由：Kh= CN HCNOH - - 可推得：OH- = Kh )HCN( )NaCN( c c 4-15 计算下列溶液的 pH （1）将 0.20 molL-1 HAc 和 0.40 molL-1 HCN 溶液等体积混合； （2）将 0.40 molL-1 HAc 和 0.20 molL-1 NaOH 溶液等体积混合； （3）将 0.20 molL-1 HAc 和 0.20 molL-1 NH4Ac 溶液等体积混合； （4）将 2.5 molL-1 NaOH、0.5 molL-1 H3PO4、2.0 molL-1 Na 2HPO4溶液等体积混合。 解解： 两酸混合， 一强一弱， H+ 主要由强者提供； 若两酸均为弱酸， 只要两者 Ka相差较大 （103) , H+主要由 Ka值大的一方提供；若两弱酸 Ka相近，则 H+ 由两弱酸共同提供。酸碱混合，若 能反应，应让其充分反应，依据最后体系中组成成分，求算体系对应的H+或 pH。 （1）混 合后 c(HAc) = 0.10 molL-1 Ka(HAc)Ka(HCN), 混合液的 H+主要来自 HAc 的解离， 又 ? ? 500 H+ = ? = 0.10 ? 1.75 ? 10? = 1.310-3 pH = 2.89 （2）混合后 c(HAc) = 0.10 molL-1，生成 c(NaAc) = 0.1 molL-1，组成缓冲溶液 pH=pKa ? lg ?酸 ?盐 = 4.75 ? 0 = 4.75 （3）混合后 c(HAc) = 0.10 molL-1，c(NH4Ac) = 0.1 molL-1，组成缓冲溶液 计算同上 pH=4.75（过程略） （4） 设每种溶液的体积均为 1L， 则 OH-、 H3PO4、 HPO42- 的物质的量分别为 2.5mol、 0.5mol、 2.0 mol，H3PO4、HPO42- 按酸的强弱与 OH- 逐步发生下列中和反应： （2.5mol OH-， 0.5mol H3PO4， 2.0 mol HPO42-） H3PO4 + OH- H2PO4- （2.0mol OH-， 0.5mol H2PO4-，2.0 mol HPO42-） H2PO4- + OH-HPO42- （1.5mol OH-，2.5 mol HPO42-） HPO42-+ OH-PO43- （1.5mol PO43-，1.0 mol HPO42-） 反应后体系 PO43-，HPO42-组成缓冲溶液，计算同上 pH=12.58（过程略） 4-16 往 20.00 mL 0.20molL-1 的 HAc 溶液中加入 0.20 molL-1 的 NaOH 溶液。当 加入的 NaOH 溶液的体积分别为 10 mL、20.00 mL、20.05 mL 时，溶液的 pH 分别为多少？ 解解：酸碱混合，若能反应，应当依据充分反应后体系中组成成分，求算体系对应的H+ 或 pH。 （1）加入 NaOH 溶液的体积为 10.00 mL 时： 混合后，总体积为 30.00mL，HAc 物质的量为 0.2020.00 = 4.0(mmol)，NaOH 物质的 量为：0.2010.00 = 2.0mmol，酸碱中和反应后，溶液中生成 c(NaAc)= 2.0mmol/30.00mL = 0.067 molL-1，剩余 c(HAc)= 2.0mmol/30.00mL = 0.067 molL-1，构成 HAc -NaAc 缓冲体系。 所以：pH = pKa - )Ac( )HAc( lg c c = - -5 101.75lg- 0 = 4.76 （2）加入 NaOH 溶液的体积为 20.00 mL 时： 混合后，总体积为 40.00mL，HAc 物质的量为 0.2020 = 4.0(mmol)，NaOH 物质的量 为：0.2020.00 = 4.0mmol，酸碱中和反应后，溶液中仅有 c(NaAc)= 4.0mmol/40.00mL = 0.1 molL-1，属于强碱弱酸盐。 对强碱弱酸盐水解：OH- =? ? = ?.?.? ? ?.? = 7.5610-6 pOH =5.12， pH =14- pOH=14-5.12 =8.88 （3）加入 NaOH 溶液的体积为 20.05 mL 时： 混合后，酸碱中和反应后，溶液中 NaOH 过量 c(NaOH) = ?.? ?.? = 2.510 -4(molL-1)， 因此盐水解和水解离的 OH-均可忽略。 pOH = 3.60 pH = 14- pOH=14-3.60 = 10.4 4-17 假定硼砂与水反应按下式进行完全， B4O5(OH) 2 4 + 5 H2O 2 B(OH)3 + 2 B(OH)4- 且如果在一升水中溶解了 0.025 mol Na2B4O5(OH)48H2O， 溶液的 pH 是多少？该水溶液有缓 冲作用吗？为什么？ 解解：据反应知： B(OH)3 = B(OH) 4 = 0.10 moll -1 H+ = ? ? ? H+ = Ka 即：pH = pKa = -lg(5.8110-10) = 9.24 因为 B(OH)3B(OH) 4是共轭酸碱对，因此该水溶液有缓冲作用。 4-18 回答下列问题 （1）为什么 Al2S3在水溶液中不能存在？ （2）欲配制澄清的 SnCl2、FeCl3溶液，为什么要将固体试剂溶于盐酸而不能溶于蒸馏 水？ （3）为什么 Al2(SO4)3和 Na2CO3溶液混合立即产生 CO2气体？ 解解： （1）Al3+与 S2-的水解相互促进，而且水解产物 H2S 是易挥发的气体，生成后易于离开 体系，也促进水解，从而使 Al3+和 S2- 的水解趋于完全。因此在水溶液中 Al2S3不能稳定存 在。 总水解方程式为：2Al3+3S2-+6H2O2Al(OH)3+3H2S （2）因为 Sn2+和 Fe3+都易于水解 Sn2+Cl-+H2OSn(OH)Cl+H+ Fe3+H2OFe(OH)2+H+ Fe3+的水解产物 Fe(OH)2+ 还会进一步水解， 水解 的最终产物有 Fe(OH)3或 Fe2O3xH2O 及胶体粒子。将 SnCl2或 FeCl3溶于盐酸可抑制 Sn2+ 和 Fe3+的水解。从而得到澄清的相应溶液。 （3）Al3+和 CO 2 3 的水解相互促进。H2CO3易于分解放出 CO2，从而离开反应体系，也 促进水解，从而使 Al3+和 CO 2 3 的水解趋于完全，产生 CO2气体。 总方程为：2Al3+3CO 2 3 +3H2O = 2Al(OH)3+3CO2 4-19 298K时， Ag2CrO4的溶解度 s为 6.510-5 molL-1， 求 Ag2CrO4的溶度积常数 Ksp。 解解： 关键的问题是找出溶解度与离子平衡浓度的数量关系， 本题中平衡时 Ag2CrO4的溶解度 s = 2Ag+ = CrO42-。 将 s 带入溶度积常数 Ksp的表达式：Ksp =Ag+2 CrO42- 则则 Ksp =（2s）2 s = 1.110-12 4-20 一溶液中含有 Fe3+和 Fe2+离子。 它们的浓度都是 0.05 mol L-1， 如果要求 Fe(OH)3 沉淀完全而 Fe2+离子不生成 Fe(OH)2沉淀，需将 pH 控制在何范围？ 解解：查表知：Ksp Fe(OH)3=2.7910-39 ，Ksp Fe(OH)2=4.8710-17 Fe3+沉淀完全，即可认为Fe3+10-5 molL-1， 此时 OH-= ? ? ? ? = ?.? ? ? ? = 6.5310-12 pOH = 11.18，pH 1 = 14 11.18 = 2.82 而据 Fe2+不生成 Fe(OH)2沉淀，可求Fe2+ = 0.05 molL-1时 Fe2+不沉淀的最高OH-浓度 OH-=?.? ? ?.? = 3.1210-8 pOH = 7.51，pH2 = 6.49 控制 pH 范围为：pH2pHpH1，即在 2.826.49 之间。 注意： 用分步沉淀的方法分离溶液中的离子， 其实际情况尤其是具体操作是很复杂的， 就是 Fe3+ 沉淀完全的 pH 及 Fe2+ 开始沉淀时的 pH 也会与计算时有些出入。这种计算的结 果只是一个较有价值的参考数据。 4-21 100 mL 0.120 molL-1 AgNO3与 100 mL pH=1.5 的 HCl 混合，计算溶液中各离 子的浓度。 解解：查表知：Ksp (AgCl) =1.7710-10 混合后 c(HCl) = 10-1.51/2 = 1.610-2 (molL-1) c(AgNO3) = 0.1201/2 = 0.0600 molL-1 AgCl 沉淀反应后，过量Ag+= 0.0440 molL-1 所以 Cl- = ? ? ? =? ?.? ?.? = 4.010-9 H+=1.610-2 molL-1 OH- = ? ? = ?.? ?.? = 6.2510-13 NO3- = 0.0600 molL-1 即溶液中：Ag+为 0.0440 molL-1，Cl- 为 4.010-9 molL-1，H+为 1.610-2 molL-1， OH-为 6.2510-13 molL-1，NO3-为 0.0600 molL-1。 4-22 在 10 mL 0.0015 molL-1 MnSO4溶液中，加入 5 mL 0.15 molL-1氨水，是否能生成 Mn(OH)2沉淀？如在上述 MnSO4溶液中先加入 0.495g 固体(NH4) 2SO4，然后再加 5 mL 0.15 molL-1氨水，是否还有 Mn(OH)2沉淀？ 解解：查表知：Ksp Mn (OH)2=5.6110-12 （1）c(Mn2+) = 0.0010 molL-1，c(NH3) = 0.05 molL-1， OH- = ? Q =Mn2+OH-2 = 0.00101.7610-50.05 = 8.810-10 QKsp 有 Mn(OH)2 （2）忽略体积变化，c(NH4+) = (0.495g/132gmol-1 )20.015 L = 0.5 molL-1 NH3- NH4+缓冲体系中 OH- = Kb )NH( )NH( 4 3 c c = 1.7610-5?.? ?.? = 1.7610-6 Q= Mn2+OH-2 = 0.0010(1.7610-6)2 = 3.1010-15 QKsp 无 Mg(OH)2 4-23 现有 100 mL 溶液，其中含 0.001mol 的 NaCl 和 0.001mol 的 K2CrO4，逐滴加入 AgNO3时，何者先产生沉淀？生成 Ag2CrO4后，溶液中CrO 2 4 /Cl-2等于多少？继续加 AgNO3溶液，AgCl 向 Ag2CrO4转化吗？ 解解： 查表知： Ksp(AgCl)=1.7710-10 Ksp(Ag2CrO4)= 1.1210-12 （1）开始生成沉淀时：Ag+(AgCl)= ? ? = ?.? ?.? = 1.7710-7 Ag+(Ag2CrO4) = ? ? ? ? = ? ?.? ?.? = 3.3410-5 因为沉淀 AgCl 需要的Ag+更小，所以 AgCl 先沉淀 （2）Ag2CrO4+2Cl- = 2AgCl+CrO 2 4 K = Ksp(Ag2CrO4)/ K2SP(AgCl) = 1.1210-12/(1.7710-10)2 = 3.6107 即：CrO 2 4 /Cl-2 = 3.6107 （3）上述反应 K = 3.6107 很大 继续加 AgNO3，AgCl 不会向 Ag2CrO4转化。 4-24 （1）在 AgCl 固液共存平衡体系中，Ag+Cl- = Ksp。以 pCl 对 pAg 作图。 （2）对于 AgCrO4，应以什么（纵坐标的物理量）对什么（横坐标的物理量）作 图得一直线？ (已知 Ksp(AgCl)=1.7710-10 ，Ksp(AgCrO4)=1.1210-12) 解： （1）由Ag+Cl- = Ksp 可推得：pKsp = pCl+ pAg 当Cl- = 1 时，pCl = 0，pAg = pKsp = 9.752 Cl-= Ag+ = 1.3310-5时，pCl = pAg = -lg(1.3310-5)=4.876 Ag+= 1 时 pAg = 0 pCl = pKsp = 9.752 以 pAg 为横坐标，以 pCl 为纵坐标，所得图是一条过（0，pKsp）和（pKsp，0） 两点的直线（见图 4-1） 。线上任何一点，pCl+pAg = pKsp 0246810 0 2 4 6 8 10 pAg pCl （2） 因为 Ag+ 2CrO 2 4 = Ksp 所以： pKsp = -lgAg+2-lgCrO 2 4 = 2 pAg + pCrO4 当Ag+ = 1 时，pAg = 0，pCrO4 = pKsp = -lg(1.1210-12) = 11.95 2Ag+ = CrO 2 4 = 1.0610-6时，p CrO 2 4 =2 pAg = -lg(1.0610-6) = 5.97 CrO 2 4 = 1 时 p CrO 2 4 = 0 2pAg = pKsp = 11.95 以 2 pAg（见图 4-2 ）或 pAg (横坐标)对 pCrO4作图为一直线。 同（1）直线上任何一点，2 pAg + pCrO4 = pKsp 024681012 0 2 4 6 8 10 12 pCrO42- 2pAg 024681012 0 2 4 6 8 10 12 pCrO42- 2pAg 4-25 某溶液中含有 Pb2+和 Zn2+，二者的浓度均为 0.10 molL-1。在温室下通入 H2S 使 其成为饱和溶液，并加 Cl 控制 S2-浓度。为了使 PbS 沉淀出来而 Zn2+仍留在溶液中，则溶液 中的 H+ 浓度最低应为多少？此时溶液中的 Pb2+浓度是否小于 1.010-5molL-1？ 解解：该题属于同时平衡问题，涉及弱酸解离平衡和沉淀溶解平衡。注意金属硫化物沉淀生成 时，会相应有一定对应计量的 H+生成。 查表知：Ksp (ZnS) =2.5010-22；Ksp (PbS) =8.010-28 使 Zn2+刚开始沉淀时，溶液中有： Ka2? ? ? S2- = ? ? ? H+ =? ?.?.?.?.? ?.? = 0.73 若H+ 0.73molL-1则 ZnS 不会沉淀。 同理使 Pb2+沉淀完全时，溶液中： H+ = 4.11 若H+ 4.11 molL-1则 PbS 就会沉淀完全。 即：控制溶液 4.11 H+ 0.73molL-1，溶液中的Pb2+均小于 1.010-5 molL-1。 4-26 CaSO4与 BaSO4放入纯水中平衡时，溶液中各种离子的浓度为多少（molL-1） ； 解解：设 CaSO4和 BaSO4分别在纯水中的溶解度分别为 s1和 s2。则： s1 = ? = 4.93 ? 10? = 7.0210-3 (moll-1) s2 = ? = 1.08 ? 10? =1.0310-5 (moll-1) 当 CaSO4与 BaSO4同时放入纯水， SO 2 4 来源于两种沉淀的溶解， 但溶液中仅有一种SO 2 4 浓度，此时 s(CaSO4)= Ca2+、s(BaSO4)= Ba2+，而SO 2 4 =Ca2+Ba2+，则 Ksp(CaSO4) =Ca2+SO 2 4 =Ca2+Ca2+Ba2+=4.9310-5 Ksp(BaSO4) = Ba2+SO 2 4 =Ba2+Ca2+Ba