第5章-电离平衡

第5章电离平衡1．根据酸碱质子理论，判断下列物质哪些是酸?哪些是碱?哪些物质既是酸又是碱?哪些物质是共轭酸碱对(以共轭关系式表示)?H2SH2ONH3HS-NH4+HCO3-CN-S2-H2PO4-[Fe(H2O)6]3+答：根据酸碱质子理论，下列物质属于酸：H2S，H2O，HS-，NH4+，HCO3-，H2PO4-，[Fe(H2下列物质属于碱：H2O，NH3，HS-，HCO3-，S2-，H2PO4-，[Fe(H2下列物质既是酸又是碱：H2O，HS-，HCO3-，H2PO4-，NH3共轭酸碱对：H2SH++HS－，NH3+H+NH4+，HS－H++S2－2．试计算：①pH=1.00与pH=4.00的HCl溶液等体积混合后溶液的pH值；②pH=1.00的HCl溶液与pH=13.00的NaOH溶液等体积混合后溶液的pH值；③pH=10.00与pH=13.00的NaOH溶液等体积混合后溶液的pH值。解：①先算出混合前溶液中的H+离子浓度，两份盐酸的H+离子浓度分别为：pH＝1.00，[H+]1＝0.1mol∙pH＝4.00，[H+]2＝0.0001mol∙L-1溶液等体积混合后，体积增大一倍，浓度减小一半[H+]1＝0.05mol∙L-1，[H+]混合溶液的H+浓度为和pH为：[H+]混合＝0.05+0.00005≈0.05mol∙L-1pH混合＝1.30②先算出混合前HCl的H+浓度和NaOH的OH-浓度：盐酸的H+离子浓度为：pH＝1.00，[H+]1＝0.1mol∙L-1NaOH的OH-离子浓度为：pH＝13.00，[OH-]1＝0.1mol∙溶液等体积混合后，生成水，溶液为中性。pH混合＝7.00③先算出混合前溶液中的OH-离子浓度两份NaOH溶液的OH-离子浓度分别为：pH＝10.00，[OH-]1＝0.0001mol∙L-1；pH＝13.00，[OH-]2＝0.1mol∙L-1溶液等体积混合后，体积增大一倍，浓度减小一半[OH-]1＝0.00005mol∙L-1，[OH-]2＝0.05mol∙L-1混合溶液的OH-浓度为和pOH为[OH-]混合＝0.05+0.00005≈0.05mol∙L-1pOH混合＝1.30pH混合＝12.703．某浓度为0.10mol∙L-1的一元弱酸溶液，其pH值为2.88，求这一弱酸的电离常数及该浓度下的电离度。解：pH为2.88,那么H+浓度为:[H+]＝1.3×10－3mol∙L-1又[A－][HA]＝0.10－[H+]＝0.10－0.0013＝0.099mol∙L-1该浓度下的电离度为:α％＝％＝1.3％根据弱酸的电离反应为:HAH++A－可以写出电离常数表达式:＝把平衡浓度代入电离常数表达式可得:＝＝1.7×10－54．有两种一元酸溶液，它们的体积相同，但溶液中c(H+)不同，以NaOH分别中和此两溶液时，耗碱量不同，c(H+)浓度较大的溶液耗碱量较小。试说明之。解：由于两种酸的电离度和浓度都不同，c(H+)浓度大的酸溶液电离度较大，当溶液中的H+被消耗完之后，很少或者再不能电离出H+，而另外一种酸还可以电离出H+，所以c(H+)浓度较大的溶液耗碱量较小。5．取0.10mol∙L-1的HF溶液50mL，加水稀释至100mL，求稀释前后溶液的c(H+)、pH值和电离度。解：HFH++F－查表知（HF）＝3.53×10－4稀释前c(HF)＝0.1mol∙L-1，[F－]＝[H+]，[HF]＝0.1－[H+]稀释后c(HF)＝0.05mol∙L-1，[F－]＝[H+]，[HF]＝0.05－[H+]稀释前：（HF）＝＝解得[H+]＝5.76810－3mol∙L-1pH＝－lg[H+]＝2.24α％＝5.768％稀释后：（HF）＝＝解得[H+]＝4.03×10－3mol∙L-1pH＝－lg[H+]＝2.39α％＝8.06％6．将1L0.20mol∙L-1的HAc溶液稀释到多大体积时才能使HAc的电离度比原溶液增大1倍?解：HAcH++Ac－稀释前：c(HAc)1＝0.20mol∙L-1，[Ac－]1＝[H+]1，[HAc]1＝0.20－[H+]1α1％＝稀释后：c(HAc)2＝xmol∙L-1，[Ac－]2＝[H+]2，[HAc]2＝x－[H+]2α2％＝2α1％＝＝2所以＝①电离常熟恒定：（HAc）＝＝，由于很小，所以电离出来的H+浓度也很小，和溶液浓度相比可以忽略不计，0.20－[H+]1≈0.20，x－[H+]1≈x所以有：＝②联立①②可解得x＝0.05mol∙L-1稀释后体积＝＝4L7．试计算0.01mol∙L-1H2SO3溶液的c(H+)和pH值。解：（H2SO3）＝1.54×10－2，二级电离很小，忽略不计H2SO3H++HSO3－溶液中：[HSO3－]＝[H+]，[H2SO3]＝0.01－[H+]，c(H2SO3)＝0.01mol∙L-1（H2SO3）＝＝1.54×10－2解得：[H+]＝6.9×10－3pH＝2.168．0.1mol∙L-1的H2S溶液和0.20mol∙L-1的HCl溶液等体积混合，问混合后溶液的S2-浓度为多少?解：H2S的电离属于二元弱酸的电离:H2SH++HS－（H2S）＝9.1×10－8HS－H++S2－（H2S）＝1.1×10－12H2S电离的总反应式为：H2S2H++S2－根据多重平衡规则，总反应对应的平衡常数为：（H2S）＝＝1.0×10－20把上式变换为：[S2－]＝和0.20mol/L的HCl溶液混合后溶液中的H+浓度主要来源于HCl的电离:[H+]混合＝0.20+[H+]H2S≈0.1mol/L[S2－]＝＝2.5×10－19mol/L9．已知和空气接触过的蒸馏水含CO21.35×10-5mol∙L-1，计算此蒸馏水的pH值。解：电离的反应式为：CO2+H2OHCO3－+H+＝[H+]＝[HCO3－]，[CO2]≈1.35×10－5查表知＝4.4×10－7解得c(H+)＝2.437×10－6mol∙L-1pH＝5.610．0.1mol∙L-1的HAc溶液中HAc的电离度为多少?向1L此溶液中加入0.1molNaAc固体后(忽略体积变化)，HAc的电离度又为多少?解：HAcH++Ac－c(HAc)＝0.1mol∙L-1，[Ac－]＝[H+]（HAc）＝1.76×10－5＝c/K=0.1/1.76×10－5＞500,所以可以去近似计算，1.76×10－5＝[H+]解得：c(H+)＝1.33×10－3mol∙L-1电离度α％＝＝1.33％向溶液中加入NaAc固体后，形成缓冲溶液；c(NaAc)＝0.1mol∙L-1pH=－lg－lg＝4.75－lg＝4.75c(H+)＝1.78×10－5mol∙L-1电离度α％＝＝0.0178％11．若要控制0.10mol∙L-1NH3·H2O中的OH-浓度为1.79×10-5mol∙L-1，问需向1L此溶液中加入NH4Cl固体多少克?解：加入NH4Cl固体xmol，c(NH4Cl)＝xmol∙L-1pH＝pKθw－pKbθ+lg＝14－4.75－1－lgx＝14－pOH解得x＝0.1所以加入的NH4Cl固体质量＝0.1mol*53.5＝5.35g12．将40mL2.0mol∙L-1的HAc溶液和50mL1.0mol∙L-1的NaOH溶液混合，求混合溶液的pH值。在此溶液中分别加入①10mL2.0mol∙L-1的HCl溶液。②10mL2.0mol∙L-1的NaOH溶液。③10mLH2O。计算pH值有何变化?解：反应后溶液中存在HAc，NaAcc(HAc)＝mol∙L-1，c(NaAc)＝mol∙L-1Hac和NaAc构成缓冲溶液pH＝p－lg＝4.75－lg＝4.97①c(HAc)＝mol∙L-1，c(NaAc)＝mol∙L-1pH＝4.93②c(HAc)＝0.1mol∙L-1，c(NaAc)＝0.7mol∙L-1pH＝5.60③c(HAc)＝0.3mol∙L-1，c(NaAc)＝0.5mol∙L-1pH=4.97,不变13．欲配制500mLpH值为9.00，含NH4+为1.0mol∙L-1的缓冲溶液，需密度为0.904g∙mL-1，含NH326.0%的浓氨水多少毫升?需NH4Cl固体多少克?解：溶液pH为9.00的NH3-NH4+,其pOH为:pOH＝14－9.00＝5.00根据缓冲公式,可以计算溶液中cNH3或cNH4+浓度pOH＝p－lg已知cNH4+浓度为1.0mol/L,那么cNH3的浓度可以如下计算pOH＝－lg1.79×10－5－lg＝5.00解得：cNH3＝0.56mol/L500mL溶液中含有NH3的物质的量为:nNH3＝0.28mol需要密度为0.904g/mL，含有NH326.0%的浓氨水的毫升数为:nNH3＝0.28mol＝解得VNH3＝20.3ml500mL缓冲溶液含有NH4+1.0mol/L相当于NH4Cl固体物质的量为:nNH4+＝0.5×1.0＝0.5mol需要NH4Cl固体质量＝0.5×53.49＝26.74g14．在100mL0.10mol∙L-1的NH3·H2O溶液中，加入1.07gNH4Cl固体(忽略体积变化)，问该溶液的pH值为多少?在此溶液中再加入100mL水，pH值有何变化?解：1.07gNH4Cl相当于nNH4+摩尔nNH4+＝mol＝0.0200mol在100mL水溶液中，其浓度为:cNH4+＝＝0.200mol/L缓冲溶液NH3-NH4+的,其pOH为:pOH＝pKbθ－lg＝4.75+0.3＝5.05;pH＝8.95在此溶液中再加入100mL水,由于稀释程度不大，原来的缓冲公式仍然适用，这时cNH4+和cNH3的浓度都减为原来的一半cNH4+＝0.200/2＝0.100mol/L;cNH3＝0.10/2＝0.05mol/LpOH＝p－lg＝4.75+0.3＝5.05;pH＝8.95，保持不变！15．计算下列溶液的pH。①0.20mol∙L-1NH4Cl溶液；②0.02mol∙L-1NaAc溶液；③0.10mol∙L-1Na2CO3溶液解：①NH4++H2ONH3·H2O+H+＝＝5.59×10－10＝＝≈cH+2/0.2解得cH+＝1.057×10－5pH＝4.98②Ac－+H2OHAc+OH－＝＝=5.68×10－10＝≈解得：cOH-＝3.37×10－6pH＝8.53③主要考虑第一步水解，水解反应式为：CO32－+H2OHCO3－+OH－＝＝＝1.78×10－4＝＝c[OH－]2/0.1解得：cOH－＝4.2×10－3pOH＝2.37PH=11.6316．写出下列难溶电解质的溶度积常数表达式。AgBrAg2SFe(OH)3Ca3(PO4)2解：AgBr：＝[Ag+][Br-]Ag2S：＝[Ag+]2[S2－]Fe(OH)3：＝[Fe3+][OH－]3Ca3(PO4)2：＝[Ca2+]3[PO43－]217．已知室温时下列各物质的溶解度，求各物质的溶度积。(不考虑水解)①AgCl1.85×10-4g/100gH2O②CaSO43×10-3mol·L-1③BaF26.3×10-3mol·L-1解：①＝[Ag+][Cl-]＝S2＝＝1.66×10－10②＝[Ca2+][SO42－]＝（3×10－3）2＝9×10－6③＝[Ba2+][F－]2＝（6.3×10－3）(6.3×10－3×2)2＝1.0×10－618．已知室温时下列各物质的溶度积，求各物质的溶解度。(不考虑水解)①KspӨ(AgBr)=5.2×10-13②KspӨ(Ag3PO4)=1.4×10-16③KspӨ(Pbl2)=7.1×10-9解：①＝[Ag+][Br-]＝S2＝5.2×10-13所以S＝7.2×10－7mol·L-1②＝[Ag+]3[PO43－]＝(3S)3×S＝1.4×10-16所以S＝4.77×10－5mol·L-1③＝[Pb2+][I－]＝4S3＝7.1×10-9所以S＝1.2×10－3mol·L-119．已知CaF2的溶度积为5.3×10-9，求CaF2在下列各情况时的溶解度(以mol∙L-1表示)。①在纯水中；②在1.0×10-2mol·L-1NaF溶液中；③在1.0×10-2mol·L-1CaCl2溶液中。解：①＝[Ca2+][F－]2＝4S3＝5.3×10－9所以S＝1.1×10－3mol·L-1②＝[Ca2+][F－]2＝S（1.0×10－2）2＝5.3×10－9所以S＝5.3×10－5mol·L-1③＝[Ca2+][F－]2＝（2S）210－2＝5.3×10－9所以S＝3.6×10－4mol·L-120．等体积的0.100mol·L-1NH3∙H2O和0.020mol·L-1MgCl2溶液混合后，有无Mg(OH)2沉淀生成？解：混合后,反应前c(NH3)=0.10/2=0.050mol/Lc(Mg2+)=0.020/2=0.010mol/L在0.050mol/L的NH3·H2O溶液中,OH-的平衡浓度可以如下计算求得,设其为x那么,NH3+H2ONH4++OH-平衡浓度0.050－xxx＝≈＝1.79×10－5解得x＝9.5×10－4mol·L-1Q＝c(Mg2+)[OH-]2＝0.010×(9.5×10－4)2＝8.95×10－8>(Mg(OH)2)＝1.8×10－11有Mg(OH)2沉淀生成！21．如果将0.100mol·L-1BaCl2溶液10.0mL和0.025mol·L-1Na2SO4溶液40.0mL混合，求平衡时溶液中Ba2+离子的浓度。解：c(BaCl2)=0.2×0.1mol·L-1=0.02mol·L-1c(Na2SO4)=0.025×0.8mol·L-1=0.02mol·L-1(BaSO4)＝4×10－4>(BaSO4)=1.1×10－10Ba2+离子已经完全沉淀，形成了BaSO4的饱和溶液(BaSO4)=[Ba2+][SO42－]＝1.1×10－10c(Ba2+)=c(SO42－)=1.05×10－5mol·L-122．在1.0×10-2mol·L-1的NH3·H2O溶液100mL中，至少要加入多少克NH4Cl，才能使它与0.20mol·L-1MnCl2溶液100mL混合时，不产生Mn(OH)2沉淀。解：混合后,反应前c(NH3)=1.0×10－2/2=5.0×10－3mol·L-1c(Mn2+)=0.20/2=0.10mol·L-1要使Mn2+不沉淀,OH-浓度必须小于:[OH-]==1.4×10－6mol·L-1要保持溶液中的OH-浓度小于1.4´10-6,必须:[OH-]==1.79´10-5×=1.4×10－6mol·L-1解得：c(NH4+)=0.064mol·L-1NH4+的物质的量为:n(NH4+)=0.064×1×0.200＝0.013mol需要加入NH4Cl的克数为:w(NH4Cl)=0.013×53.5=0.69g23．硬水中的Ca2+可以通过加入SO42-使其沉淀为CaSO4而除去，问欲使Ca2+沉淀完全，溶液中SO42-的最低浓度应为多少?解：当c(Ca2+)10－5mol/L时，Ca2+已经完全沉淀(CaSO4)=9.1×10－6＝10－5c(SO42-)/所以c(SO42-)0.91mol/L24．0.10mol·L-1的MgCl2溶液中含有杂质Fe3+，欲使Fe3+以Fe(OH)3沉淀除去，溶液的pH值应控制在什么范围?解：只要让Fe3+沉淀完全,而让Mg2+没有开始沉淀即可Fe3+沉淀完全后,其浓度必然小于1.0´10-5,这时[OH-]Fe3+＝＝1.6×10－11mol/LpOH10.8pH3.20若要Mg2+没有沉淀,则[OH-]Mg2+＝＝1.3×10－5mol/LpOH4.9pH9.1溶液的pH控制在[3.2,9.1]范围内即可.25．根据溶度积规则，说明下列事实：①CaCO3沉淀能溶解于HAc溶液中；②Fe(OH)3沉淀能溶解于稀H2SO4溶液中；③BaSO4沉淀难溶于稀HCI溶液中。解：①CaCO3和Hac反应生成碳酸而溶解②Fe(OH)3和H2SO4反应生成H2O而溶解③HCl对BaSO4的溶解反应无影响，所以BaSO4沉淀难溶于稀HCI溶液中26．计算0.01mol的CuS溶于1.0LHCl中，所需HCI的浓度。从计算结果说明HCl能否溶解CuS?解：如果0.01mol的CuS全部溶于1.0LHCl中，溶液中c(Cu2+)＝0.01mol/L，S2－将与H+结合生成H2S，c(H2S)＝0.01mol/LKθsp[CuS]=[Cu2+][S2－]＝6.3×10－36求得c(S2－)＝6.3×10－34mol/LH2S2H++S2－Kθa＝Kθa1Kθa2＝＝9.1×10－8×1.1×10－12＝1.0×10－21解得：c(H+)＝1.26×106mol/L所以所需盐酸浓度步能低