第五章酸碱滴定法
1、写出下列溶液的质子条件式
1a 解：构成了缓冲溶液，其电荷平衡为
[H+]+[NH+4]=[Cl-]+[OH-]
其中[Cl-]= c2 质子条件式为
[H+]+[NH+4]= c2+[OH-]
1c解：参考水准选H3PO4，HCOOH和H2O，则质子条件式为
[H+]=[H2PO-4]+ 2[HPO2-4]+ 3[PO3-4]+[HCOO-]+[OH-]
2、计算下列各溶液的pH。
2b、解：H2SO4 的Ka2 = 1.0 × 10- 2。溶液的质子条件式为 [H+] = [SO2 -4] + [OH - ] + c ≈[SO2 -4] + c = | Ka2c | |
即 | [H+]2+ Ka2[H+] - c[H+] - 2cKa2 = 0 | |
解方程得
[+] | （c - Ka2）+ （c - Ka2）2+ 8cKa2 | |
H = | 2 | |
代入数据解得 | [H+] = 0.11 mol ∙L- 1 | |
pH=0.96
2d、解：由于HCl的浓度过低，因此不能忽略水解产生的H+。溶液的质子条件式为
[H+]= c +[OH-]
即
[H+]2-c[H+]-Kw= 0
解方程为
[H+] | = | c + | c2+ 4Kw 5.0 × 10- 8+ 2 =[ | (5.0 × 10- 8) 2 + 4 × 10 - 14 2 ]mol ∙L - 1 = 1.3 × 10 - 7mol |
∙L-1
pH=6.89
4、解：已知H2CO3 的Ka1 = 4.2 × 10- 7，Ka2 = 5.6 × 10- 11。设δ2、δ1和δ0分别为 | |||||||||
H2CO3、HCO-3和CO2 - | 的分布分数，则 | ||||||||
δ2 = | [H2CO3] | = | [H+]2 | = 8.7% | |||||
[H2CO3] + [HCO-3] + [CO2 -3] | [H+]2+ Ka1[H+] + Ka1Ka2 | ||||||||
δ1 = | [HCO-3] | = | Ka1[H+] | = 91.3% | |||||
[H2CO3] + [HCO-3] + [CO2 -3] | [H+]2+ Ka1[H+] + Ka1Ka2 | ||||||||
| [CO2 -3] | = | Ka1Ka2 | = 0.13% | |||||
δ0 = | [H2CO3] + [HCO-3] + [CO2 -3] | [H+]2+ Ka1[H+] + Ka1Ka2 | |||||||
8、解：由题意可知，NaAc与HCl的反应为
HCl+NaAc=HAc+NaCl
当pH=4.44时，溶液为HAc-NaAc缓冲溶液，且cHAc= 0.10mol∙L-1，则
cHAc
[H+]= KacAc-=10-4.44
cHAc
解得 cAc-=2.0
cAc-= 0.050mol∙L-1
mNaAc=(cHAc+ cAc-)VMNaAc= (0.10 + 0.050)×0.100×82.03 = 1.23（g）
12、解：由题意可知，六亚甲基四胺是弱碱，以B表示，加入盐酸之后形成其共轭酸HB+，
此酸的Ka= 7.1×10-6，pKa= 5.15，MB= 140g∙mol-1。
六亚甲基四胺的总量为
| mB | ( ) |
nB = | MB | = 140× 1000mmol = 143mmol |
加入盐酸的物质的量为
nHCl=(12×4.0)mmol= 48mmol
则有 nHB+=48mmol
nB=(143-48)mmol= 95mmol
cB nB 95 pH = pKa + lg cHB+ = pKa + lg nHB+ = 5.15 + lg 48 = 5.45 |
此溶液含HB+和B，两者浓度也比较接近，因此是缓冲溶液。
15、解：a.对于二元弱酸，则有分布分数公式为
| δH2B = | [H2B] | [H+]2 |
| [H+]2+ Ka1[H+] + Ka1Ka2 | ||
δHB-= | [HB-] | Ka1[H+] | |
[H2B] + [HB-] + [B2 -]= | |||
| [H+]2+ Ka1[H+] + Ka1Ka2 | ||
δB2 -= | [B2 -] | Ka1Ka2 | |
[H2B] + [HB-] + [B2 -]= | |||
当δH2B = δHB- 当δHB-= δB2 - | [H+]2+ Ka1[H+] + Ka1Ka2 | ||
时，则有Ka1 = [H+] = 10- 1.92= 1.2 × 10- 2 时，则有Ka1 = [H+] = 10- 6.22= 6.0 × 10- 7 | |||
b.用NaOH滴定该二元弱酸时，当滴定至第一化学计量点时，溶液相当于0.0500molL-1
NaHB，cHB-= 0.0500mol∙L-1。因cKa2> 10Kw ，而cHB-与Ka1比较，不能忽略，则有
[H+]= cHB-+ Ka1=（ 0.0500+ 1.2×10-2 ）mol∙L-1= 7.63×10-5mol∙L-1 Ka1Ka2cHB- 1.2×10-2×6.0×10-7×0.0500
pH= 4.12
故第一化学计量点时可用甲基橙作指示剂。
当滴定至第二化学计量点时，溶液中为Na2B 其浓度 | = | 0.100 | ||||
pKb1 = 14.0 - 6.22 = 7.78 | 。又因cKb1 > 10Kw | ，c/Kb1 > 100，则可用最简式计算: | ||||
[OH-] = | cKb1 | |||||
pOH = | 1 | |||||
pH= 9.37故第二化学计量点时可用百里酚酞作指示剂。
16、解：因Kac > 10Kw，且c/Ka > 100 | ，则有 | | |||
[H+] = | Kac | ||||
解得 | Ka = | [H+]2 | = 1.010- 5 | ||
c | ，KbcB- > 10Kw，cB-/Kb > 100 | ||||
HB 的共轭碱B-的Kb = | Kw | ，因cB- = 0.1mol ∙L- 1 | |||
则有
[OH-]= cKb=（0.1×1.010-9）mol∙L-1=1.0×10-5mol∙L-1
pH= 9.0
17、解：已知MNa2CO3 = 105.99g ∙mol- 1，MNaHCO3 = 84.01g ∙mol- 1 | 。 | ||||||
设混合物中有x 克 | Na2CO3 | 和0.6850-x 克NaHCO3。用甲基橙作指示剂时，滴定至终点时， | |||||
样品中Na2CO3和NaHCO3全部被中和至碳酸(二氧化碳)，则有 | |||||||
2x | 0.6850 - x | | 50.0 | ||||
84.01 | = 0.200 × | 1000 | |||||
解得 | x=0.265 | ||||||
若改用酚酞作指示剂时，滴定至终点时，只有Na2CO3发生反应生成NaHCO3，设此时消耗的HCl | |||||||
溶液体积为V mL，则有nHCl = nNa2CO3 | ，即 | ||||||
0.265
105.99x1000= 0.200V
V=12.5mL
19、解：该滴定是强酸滴定弱酸型，初始浓度为0.10mol∙L-1，pKa= 4.74，则化学计量点时 1
pHsp= 14-2(pKb+ pc)= 8.72
则有 ∆pH= 8.00-8.72 =-0.72
根据林邦公式可得
Et = | 10∆pH- 10- ∆pH | × 100% = | 10- 0.72- 100.72 | × 100% = - 0.05% |
Ka | (109.26× 0.050) |
21、解：由题意可知，乙酰水杨酸与NaOH反应的化学计量关系为 n乙酰水杨酸：nNaOH= 1:2
因此有
| nM乙酰水杨酸 | | (50.00 × 0.1020 - 0.05050 × 25.00 × 2) × 180.16 | |
w乙酰水杨酸= | m | = | 2 × 0.250 × 1000 | = 0.928 = 92.8% |
23、解：用NaOH 溶液滴定至50%时，溶液中[HA] = [A-]，则有 | ||||
pKa= pH = 5.00
滴定至化学计量点时，溶液中生成NaA，pH= 9.00, 根据质子平衡式可得出
[HA]=[OH-]-[H+]= (1.010-5-1.010-9)mol∙L-1=1.010-5mol∙L-1
由分布分数可知，弱酸总浓度cHA与平衡浓度[HA]的关系是 | |||||||
| [HA] | | [H+] + Ka | (- 5 | 10- 9+ 10- 5 | ||
cHA = | δHA | = [HA] × | [H+] | =1.010× |
| ||
设滴定至计量点时消耗的NaOH溶液体积为VmL，则
0.1000×（60.0+ V）=0.2500 V V=40.0 mL
试样中HA的质量分数为
| 0.1000(60.0 + 40.0) × 82.00 | |
wHA = | 1.000 × 1000 | = 0.8208 = 82.0% |
26、解：由题意可知，粗蛋白质含量与氮含量的比例系数为5.7，且有NH3~ HCl ~ NaOH
则
| （100.0 × 0.01086 - 0.01228 × 15.30）× 14.007 × 5.7 | |
w蛋白质= | 2.449 × 1000 | × 100% = 2.93% |
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