2022年分析化学》第五章习题答案 .pdf
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1、21 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-
2、,HSO4-,S2-,C6H5O-,Cu(H2O)2(OH)2,(CH2)6N4,RNHCH2COO-,COO-COO-。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C6H5OH Cu(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RNHCHCOOH,COO-COO-的共轭酸为COO-COO-H3 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
3、) 。答: (1)MBE :NH4+NH3=2c; H2CO3+HCO3-+CO32-=c CBE :NH4+H+=OH-+HCO3-+2CO32- PBE: H+2H2CO3 +HCO3-=NH3+OH- (2)MBE :NH4+NH3=c; H2CO3+HCO3-+CO32-=c CBE :NH4+H+=OH-+HCO3-+2CO32- 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)M
4、BE :K+=c H2P+HP-+P2-=c CBE :K+H+=2P2-+OH-+HP- PBE:H+H2P=P2-+OH- (2)MBE :Na+=NH4+=c H2PO4-+H3PO4+HPO42-+PO43-=c CBE :Na+NH4+H+=OH-+H2PO4-+2HPO42-+3PO43- PBE:H+H2PO4-+2H3PO4=OH-+NH3+PO43- (3) MBE :NH4+=c H3PO4+H2PO4-+HPO42-+PO43-=c 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18 页22 CBE :NH4+H
5、+=H2PO4+2HPO42-+3PO43-+OH- PBE:H+H3PO4=OH-+NH3+HPO42-+2PO43- (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)0.10 mol L-1NH4Cl 和 0.10 molL-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 CHB2 mol L-1。两种酸的混合液的PBE 为 : H+=OH-+B1-+B2- 混合液是酸性,忽
6、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2121HKHBHKHBHHBHB2121HBHBKHBKHBH(1) 当两种都较弱,可忽略其离解的影响,HB1 CHB1, HB2CHB2。式( 1)简化为2211HBHBHBHBKCKCH(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) 5108 . 13NHK10514106.5108. 1/100. 1/34NHWNHKKK10108.533BOHK根据公式2211HBHBHBHBKCKCH得:LmolKCKCHHBHBHBHB/1007.1108.51.0106.51 .05101
7、02211pH=lg1.07 10-5=4.97 6根据图53 说明 NaH2PO4Na2HPO4缓冲溶液适用的pH 范围。答:范围为7.21。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)COO-COO-(2)HCOOH (3)CH2ClCOOH (4)NH3+CH2COOH(氨基乙酸盐)答: (1) pKa1=2.95 pKa2=5.41 故 pH=(pKa1+pKa2)/2=(2.95+5.41)/2=4.18 (2) pKa=3.74 (3) pKa=2.86 (4)pKa1=2.35 pKa2=9.
8、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0.10 molL-1,能否采用等浓度的滴定剂直接准确进行滴定?精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页23 (1)HF ( 2)KHP (3)NH3+CH2COONa (4)NaHS (5)NaHCO3 (6)(CH2)6N4 (7) (CH2)6N4HCl ( 8)CH3NH2 答: (1) Ka=7.210-
9、4 ,CspKa=0.17.210-4=7.210-510-8(2) Ka2=3.910-6 ,CspKa2=0.13.910-6=3.910-710-8 (3) Ka2=2.510-10 ,CspKa2=0.12.5 10-10=2.5 10-1110-8(5) Ka2=5.610-11 , Kb1=Kw/Ka2=1.010-14/5.6 10-11=1.810-4, CspKb1=0.1 1.8 10-4=1.8 10-510-8(6) Kb=1.410-9 ,CspKb=0.1 1.410-9=1.410-1010-8(8) Kb=4.210-4 ,CspKb=0.1 4.210-4=4
10、.210-510-8根据 CspKa10-8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 CspKa10-8,Ka=Kt?Kw,故: CspKt10610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=1OHH=WK1=1.01014(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(
11、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0.10 molL-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)0.40 mol 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(K
12、b) 10-8,p Csp+pKa(Kb) 8 及 Ka1/ Ka2105,p Ka1-p Ka25 可直接计算得知是否可进行滴定。(1)H3AsO4Ka1=6.310-3, pKa1=2.20 ; Ka2=1.010-7 , pKa2=7.00; Ka3=3.210-12, pKa3=11.50. 故可直接滴定一级和二级,三级不能滴定。pHsp=21(pKa1+pKa2)=4.60 溴甲酚绿;pHsp=21(pKa2+pKa3)=9.25 酚酞。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 18 页24 (2)H2C2O4 pKa1
13、=1.22 ; pKa2=4.19 pHsp=14-pcKb1/2=14+(lg0.1/3-14+4.19)=8.36 Ka1/Ka210-8pHsp=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)6N4 pKb=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
14、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
15、,甲基红,由红色变为黄色。12HCl 与 HAc 的混合溶液(浓度均为0.10 mol L-1) ,能否以甲基橙为指示剂?用0.1000 molL-1 NaOH 溶液直接滴定其中的HCl ,此时有多少HAc 参与了反应?解: C1=0.10mol ?L-1, Ka2=1.810-5,所以(1)不能以甲基橙为指示剂准确滴定HCl (2)因为甲基橙的变色范围为3.14.4 所以当 pH=4.0 时为变色转折点pH=pKa+lgHAA4.0=4.74+lg%1.0%xxx%=15% 13今有H2SO4和(NH4)2SO4的混合溶液,浓度均为0.050 mol L-1,欲用0.1000 mol L-1
16、NaOH 溶液滴定,试问:(1)能否准确滴定其中的H2SO4?为什么?采用什么指示剂?(2)如何用酸碱滴定法测定混合溶液中(NH4)2SO4的含量?指示剂又是什么?解:(1) 能。 因为 H2SO4的第二步电离常数pKa2=2.00, 而 NH4+的电离常数pKa=9.26 ,所以能完全准确滴定其中的H2SO4 ,可以采用甲基橙或酚酞作指示剂。(2)可以用蒸馏法,即向混合溶液中加入过量的浓碱溶液,加热使NH3逸出,并用过量的 H3BO3溶液吸收,然后用HCl 标准溶液滴定H3BO3吸收液:OHNHOHNH234NH3 + H3BO3= NH4+ H2BO3- H+ H2BO3-= H3BO3精
17、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页25 终点的产物是H3BO3和 NH4+(混合弱酸) ,pH 5 ,可用甲基橙作指示剂,按下式计算含量:424424)()()(2)(SONHHClSONHcVcVw14判断下列情况对测定结果的影响:(1)用混有少量的邻苯二甲酸的邻苯二甲酸氢钾标定NaOH 溶液的浓度;(2)用吸收了CO2的 NaOH 标准溶液滴定H3PO4至第一计量点; 继续滴定至第二计量点时,对测定结果各如何影响?答: (1)使测定值偏小。(2)使第一计量点测定值不影响,第二计量点偏大。15一试液可能是NaOH
18、、 NaHCO3、 Na2CO3或它们的固体混合物的溶液。用20.00mL0.1000 molL-1HCl 标准溶液,以酚酞为指示剂可滴定至终点。问在下列情况下,继以甲基橙作指示剂滴定至终点,还需加入多少毫升HCl 溶液?第三种情况试液的组成如何?(1)试液中所含NaOH 与 Na2CO3、物质的量比为3 1;(2)原固体试样中所含NaHCO3和 NaOH 的物质量比为21;(3)加入甲基橙后滴半滴HCl 溶液,试液即成重点颜色。答: (1)还需加入HCl 为; 20.00 4=5.00mL (2)还需加入HCl 为: 20.002=40.00mL (3)由 NaOH 组成。16用酸碱滴定法测
19、定下述物质的含量,当它们均按指定的方程式进行反应时,被测物质与 H+的物质的量之比各是多少?(1)Na2CO3,Al2(CO3)3,CaCO3(CO32-+2H+=CO2+H2O) 。(2)Na2B4O710H2O,B2O3,NaBO24H2O,B(B4O72-+2H+5H2O=4H3BO3) 。答: (1)物质的量之比分别为:1 2、16、1 2。(2)物质的量之比分别为:12、1、。17酸碱滴定法选择指示剂时可以不考虑的因素:A.滴定突跃的范围;B.指示剂的变色范围;C.指示剂的颜色变化;D.指示剂相对分子质量的大小E滴定方向答:选D 18计算下列各溶液的pH:(1)2.0 10-7 mo
20、l L-1HCl (2)0.020 molL-1 H2SO4(3) 0.10 mol L-1NH4Cl (4)0.025 molL-1HCOOH (5)1.010-4 mol L-1 HCN (6)1.0 10-4 mol L-1NaCN (7)0.10 mol L-1(CH2)6N4 (8)0.10 molL-1NH4CN (9)0.010 mol L-1KHP (10) 0.10 molL-1Na2S (11)0.10 mol L-1NH3CH2COOH (氨基乙酸盐)解: (1)pH=7-lg2=6.62 (2)2100.102.08)100 .102. 0()100. 102.0(22
21、22H=5.123210精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 18 页26 pH=lgH+=1.59 (3) H+=WaKCK=614101048. 7100 .1106 .510.0pH=-lgH+=5.13 (4) H+=aCK=34101 .21084. 1025.0pH=-lgH+=2.69(5) H+=aCK=71041068. 2102. 7100. 1pH=-lgH+=6.54 (6) OH-=bCK5101441074.3102 .7100 .1100.1pOH=4.51 pH=9.49 (7) OH-=bCK
22、591018.1104. 11 .0pOH=4.93 pH=9.07 (8) OH-=10)()()(1035.6)(4HCNWNHHCNaKaCKCKaKpH=9.20 (9)10514631421221105 .11055.6100 .1109. 3101. 1100 .1aawbbKKKKKOHpOH=9.82 pH=4.18 (10)OH-=1bCK91.0102 .1/100 .11. 01514pOH=0.04 pH=13.96 (11)H+=2311012. 2105.41. 0aCKpH=1.67 19计算 0.010 molL-1H3PO4溶液中( 1) HPO42-, (
23、2)PO43-的浓度解:1aCK。=3106.701.040Ka2Ka2Ka2且 CKa1=0.017.610-3 H3PO4的第二级、第三级解离和水的解离均又被忽略。于是可以按一元酸来处理,又因为400106 .701.031KaC精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页27 故2106.7010.04)106 .7(106. 7243233221aaaCKKKH=1.1410-2mol.L-1 12421014.1LmolHPOH,18224224103 .6LmolKHKPOHHPOaa32434HKHPOPOa1
24、182138321043. 21014.1104. 4103. 6LmolHKKaa20 (1)250mgNa2C2O4溶解并稀释至500 mL,计算 pH=4.00 时该溶液中各种型体的浓度。(2)计算 pH=1.00 时, 0.10 mol L-1H2S 溶液中各型体的浓度。解: (1) H1410Lmol13421073.35.01341000250LmolONaC根据多元酸(碱)各型体的分布分数可直接计算有:CKa1=5.910-2,CKa2=6.410-5Na2C2O4在酸性水溶液中以三种形式分布即:C2O42-、HC2O4-和 H2C2O4。其中:211234221073.3422
25、aaaOCHKKKHHHCOCH=166831073.310686.9101037.3Lmol211213_421073. 342aaaaOHCKKKHHKHCOHC131027.2Lmol21122132421073.3242aaaaaOCKKKHHKKCOC=1.41 10-3 mol L-1(2) H2S的 Ka1=5.7 10-8 ,Ka2=1.210-15 ,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页28 由多元酸(碱)各型体分布分数有:8222107.51 .01.01.01 .02SHCSH=0.1 molL
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