分析化学》第五章习题答案(华中师范大学、东北师范大学、陕西师范大学、北京师范大学).doc
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第五章思考题与习题
1.写出下列各酸的共轭碱:
H2O,H2C2O4,H2PO4-,HCO3-,C6H5OH,C6H5NH3+,HS-,Fe(H2O)63+,R-NH+CH2COOH.
答:
H2O的共轭碱为OH-;H2C2O4的共轭碱为HC2O4-;
H2PO4-的共轭碱为HPO42-;HCO3-的共轭碱为CO32-;;
C6H5OH的共轭碱为C6H5O-;C6H5NH3+的共轭碱为C6H5NH2;
HS-的共轭碱为S2-;Fe(H2O)63+的共轭碱为Fe(H2O)5(OH)2+;
R-NH2+CH2COOH的共轭碱为R-NHCH2COOH。
2.写出下列各碱的共轭酸:
H2O,NO3-,HSO4-,S2-,C6H5O-,Cu(H2O)2(OH)2,(CH2)6N4,
R—NHCH2COO-,。
答:
H2O的共轭酸为H+;NO3-的共轭酸为HNO3;
HSO4-的共轭酸为H2SO4;S2的共轭酸为HS-;
C6H5O-的共轭酸为C6H5OHCu(H2O)2(OH)2的共轭酸为Cu(H2O)3(OH)+;
(CH2)6N4的共轭酸为(CH2)4N4H+;R—NHCH2COO-的共轭酸为R—NHCHCOOH,
的共轭酸为
3.根据物料平衡和电荷平衡写出
(1)(NH4)2CO3,
(2)NH4HCO3溶液的PBE,浓度为c(mol·L-1)。
答:
(1)MBE:
[NH4+]+[NH3]=2c;[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=c
CBE:
[NH4+]+[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]
PBE:
[H+]+2[H2CO3]+[HCO3-]=[NH3]+[OH-]
(2)MBE:
[NH4+]+[NH3]=c;[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=c
CBE:
[NH4+]+[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]
PBE:
[H+]+[H2CO3]=[NH3]+[OH-]+[CO32-]
4.写出下列酸碱组分的MBE、CEB和PBE(设定质子参考水准直接写出),浓度为c(mol·L-1)。
(1)KHP
(2)NaNH4HPO4(3)NH4H2PO4(4)NH4CN
答:
(1)MBE:
[K+]=c
[H2P]+[HP-]+[P2-]=c
CBE:
[K+]+[H+]=2[P2-]+[OH-]+[HP-]
PBE:
[H+]+[H2P]=[P2-]+[OH-]
(2)MBE:
[Na+]=[NH4+]=c
[H2PO4-]+[H3PO4]+[HPO42-]+[PO43-]=c
CBE:
[Na+]+[NH4+]+[H+]=[OH-]+[H2PO4-]+2[HPO42-]+3[PO43-]
PBE:
[H+]+[H2PO4-]+2[H3PO4]=[OH-]+[NH3]+[PO43-]
(3)MBE:
[NH4+]=c
[H3PO4]+[H2PO4-]+[HPO42-]+[PO43-]=c
CBE:
[NH4+]+[H+]=[H2PO4]+2[HPO42-]+3[PO43-]+[OH-]
PBE:
[H+]+[H3PO4]=[OH-]+[NH3]+[HPO42-]+2[PO43-]
(4)MBE:
[NH4+]=c[CN-]+[HCN]=c
CBE:
[NH4+]+[H+]=[OH-]+[CN-]PBE:
[HCN]+[H+]=[NH3]+[OH-]
5.
(1)讨论两种一元弱酸混合溶液的酸碱平衡问题,推导其H+浓度计算公式。
(2)0.10mol·L-1NH4Cl和0.10mol·L-1H3BO3混合液的pH值。
答:
(1)设HB1和HB2分别为两种一元弱酸,浓度分别为CHB1和CHB2mol·L-1。
两种酸的混合液的PBE为:
[H+]=[OH-]+[B1-]+[B2-]
混合液是酸性,忽略水的电离,即[OH-]项可忽略,并代入有关平衡常数式得如下近似式
(1)
当两种都较弱,可忽略其离解的影响,[HB1]≈CHB1,[HB2]≈CHB2。
式
(1)简化为
(2)
若两种酸都不太弱,先由式
(2)近似求得[H+],对式
(1)进行逐步逼近求解。
(2)
根据公式得:
pH=lg1.07×10-5=4.97
6.根据图5—3说明NaH2PO4—Na2HPO4缓冲溶液适用的pH范围。
答:
范围为7.2±1。
7.若要配制
(1)pH=3.0,
(2)pH=4.0的缓冲溶液,现有下列物质,问应该选那种缓冲体系?
有关常数见附录一之表1。
(1)
(2)HCOOH(3)CH2ClCOOH(4)NH3+CH2COOH(氨基乙酸盐)
答:
(1)pKa1=2.95pKa2=5.41故pH=(pKa1+pKa2)/2=(2.95+5.41)/2=4.18
(2)pKa=3.74(3)pKa=2.86
(4)pKa1=2.35pKa2=9.60故pH=(pKa1+pKa2)/2=(2.35+9.60)/2=5.98
所以配制pH=3.0的溶液须选
(2),(3);配制pH=4.0须选
(1),
(2)。
8.下列酸碱溶液浓度均为0.10mol·L-1,能否采用等浓度的滴定剂直接准确进行滴定?
(1)HF
(2)KHP(3)NH3+CH2COONa(4)NaHS(5)NaHCO3
(6)(CH2)6N4(7)(CH2)6N4·HCl(8)CH3NH2
答:
(1)Ka=7.2×10-4,CspKa=0.1×7.2×10-4=7.2×10-5>10-8
(2)Ka2=3.9×10-6,CspKa2=0.1×3.9×10-6=3.9×10-7>10-8
(3)Ka2=2.5×10-10,CspKa2=0.1×2.5×10-10=2.5×10-11<10-8
(4)Ka1=5.7×10-8,Kb2=Kw/Ka1=1.0×10-14/5.7×10-8=1.8×10-7,
CspKb2=0.1×1.8×10-7=1.8×10-8>10-8
(5)Ka2=5.6×10-11,Kb1=Kw/Ka2=1.0×10-14/5.6×10-11=1.8×10-4,
CspKb1=0.1×1.8×10-4=1.8×10-5>10-8
(6)Kb=1.4×10-9,CspKb=0.1×1.4×10-9=1.4×10-10<10-8
(7)Kb=1.4×10-9,Ka=Kw/Kb=1.0×10-14/1.4×10-9=1.7×10-6,
CspKa=0.1×1.7×10-6=1.7×10-7>10-8
(8)Kb=4.2×10-4,CspKb=0.1×4.2×10-4=4.2×10-5>10-8
根据CspKa≥10-8可直接滴定,查表计算只(3)、(6)不能直接准确滴定,其余可直接滴定。
9.强碱(酸)滴定一元弱酸(碱),cspKa(Kb)≥10-8就可以直接准确滴定。
如果用Kt表示滴定反应的形成常数,那么该反应的cspKt应为多少?
解:
因为CspKa≥10-8,Ka=Kt•Kw,故:
CspKt≥106
10.为什么一般都用强酸(碱)溶液作酸(碱)标准溶液?
为什么酸(碱)标准溶液的浓度不宜太浓或太稀?
答:
用强酸或强碱作滴定剂时,其滴定反应为:
H++OH-=H2O
Kt===1.0×1014(25℃)
此类滴定反应的平衡常数Kt相当大,反应进行的十分完全。
但酸(碱)标准溶液的浓度太浓时,滴定终点时过量的体积一定,因而误差增大;若太稀,终点时指示剂变色不明显,故滴定的体积也会增大,致使误差增大。
故酸(碱)标准溶液的浓度均不宜太浓或太稀。
11.下列多元酸(碱)、混合酸(碱)溶液中每种酸(碱)的分析浓度均为0.10mol·L-1(标明的除外),能否用等浓度的滴定剂准确进行分布滴定或分别滴定?
如能直接滴定(包括滴总量),根据计算的pHsp选择适宜的指示剂。
(1)H3AsO4
(2)H2C2O4
(3)0.40mol·L-1乙二胺(4)NaOH+(CH2)6N4
(5)邻苯二甲酸(6)联氨
(7)H2SO4+H3PO4(8)乙胺+吡啶
答:
根据CspKa(Kb)≥10-8,pCsp+pKa(Kb)≥8及Ka1/Ka2>105,pKa1-pKa2>5可直接计算得知是否可进行滴定。
(1)H3AsO4Ka1=6.3×10-3,pKa1=2.20;Ka2=1.0×10-7,pKa2=7.00;Ka3=3.2×10-12,pKa3=11.50.
故可直接滴定一级和二级,三级不能滴定。
pHsp=(pKa1+pKa2)=4.60溴甲酚绿;
pHsp=(pKa2+pKa3)=9.25酚酞。
(2)H2C2O4pKa1=1.22;pKa2=4.19
pHsp=14-pcKb1/2=14+(lg0.1/3-14+4.19)=8.36Ka1/Ka2<10-5
故可直接滴定一、二级氢,酚酞,由无色变为红色;
(3)0.40mol·L-1乙二胺pKb1=4.07;pKb2=7.15
cKb2=0.4×7.1×10-8>10-8
pHsp=pcKa1/2=(lg0.4/3+14-7.15)/2=2.99
故可同时滴定一、二级,甲基黄,由黄色变为红色;
(4)NaOH+(CH2)6N4pKb=8.85
pHsp=14-pcKb/2=14+(lg0.1/2-8.85)/2=8.92
故可直接滴定NaOH,酚酞,有无色变为红色;
(5)邻苯二甲酸 pKa1=2.95;pKa2=5.41
pHsp=pKW-pcKb1/2=14+[lg0.05-(14-5.41)]/2=8.90
故可直接滴定一、二级氢,酚酞,由无色变为红色;
(6)联氨 pKb1=5.52;pKb2=14.12
pHsp=pcKa2/2=(-lg0.1/2+14-5.52)/2=6.22
故可直接滴定一级,甲基红,由黄色变为红色;
(7)H2SO4+H3PO4 pHsp=[(pcKa1Ka2/(c+Ka1)]/2=4.70
甲基红,由黄色变为红色
pHsp=[(p(Ka2(cKa3+Kaw)/c]/2=9.66
故可直接滴定到磷酸二氢盐、磷酸一氢盐,酚酞,由无色变为红色; (8)乙胺+吡啶 pKb1=3.25 pKb2=8.77
pHsp=pcKa/2=(-lg0.1/2+14-3.25)/2=6.03
故可直接滴定乙胺,甲基红,由红色变为黄色。
12.HCl与HAc的混合溶液(浓度均为0.10mol·L-1),能否以甲基橙为指示剂?
用0.1000mol·L-1NaOH溶液直接滴定其中的HCl,此时有多少H
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