最新基础化学答案第0411570.pdf
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1、-最新基础化学答案第04-章后习题解答 TOP习题 1.什么是缓冲溶液?试以血液中的 H2CO3-3HCO缓冲系为例,说明缓冲作用的原理及其在医学上的重要意义。答 能抵抗少量外来强酸、强碱而保持其 pH 基本不变的溶液称为缓冲溶液。血液中溶解的 CO2与3HCO组成缓冲系。正常人体3HCO/CO2(aq)为 20/1,pH=7.40。若 pH7.45,发生碱中毒。当酸性代谢产物增加时,抗酸成分3HCO与H3O+结合,增加的 H2CO3可通过加快呼吸以 CO2的形式呼出;消耗的3HCO则由肾减少对其的排泄而得以补充;当碱性代谢产物增加时,OH-与 H3O+生成 H2O,促使抗碱成分 H2CO3离
2、解以补充消耗的 H3O+。同理,减少的 H2CO3及增加的3HCO可通过肺和肾来调控。血液中的 H2CO33HCO缓冲系与其他缓冲系共同作用,维持 pH 为 7.357.45 的正常范围。2.什么是缓冲容量?影响缓冲溶量的主要因素有哪些?总浓度均为 0.10molL-1的 HAc-NaAc 和 H2CO3-3HCO缓冲系的缓冲容量相同吗?解 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度,表示单位体积缓冲溶液 pH 发生一定变化时,所能抵抗的外加一元强酸或一元强碱的物质的量。影响缓冲容量的主要因素是缓冲系的总浓度和缓冲比:缓冲比一定时,总浓度越大缓冲容量越大;总浓度一定时,缓冲比越接近于 1 缓冲容
3、量越大。总浓度及缓冲比相同的 HAc-NaAc 和 H2CO3-3HCO缓冲系的缓冲容量相同。3.下列化学组合中,哪些可用来配制缓冲溶液?(1)HCl+NH3H2O (2)HCl+Tris (3)HCl+NaOH(4)Na2HPO4+Na3PO4 (5)H3PO4+NaOH (6)NaCl+NaAc 解 可用来配制缓冲溶液的是:(1)HCl+NH3H2O、(2)HCl+Tris、(4)Na2HPO4+Na3PO4和(5)H3PO4+NaOH 4.将 0.30 molL-1吡啶(C5H5N,pKb=8.77)和 0.10 molL-1HCl溶液等体积混合,混合液是否为缓冲溶液?求此混合溶液的 p
4、H。解 C5H5N 与 HCl 反应生成 C5H5NH+Cl-(吡啶盐酸盐),混合溶液为 0.10 molL-1 C5H5N 和 0.050 molL-1 C5H5NH+Cl-缓冲溶液,pKa=14.00-8.77=5.23 33.505.010.0lg23.5)NHHc(CN)Hc(ClgppH5555aK 5.将 10.0 gNa2CO3和 10.0 gNaHCO3溶于水制备 250 mL 缓冲溶液,求溶液的 pH。解 0.119m olmol84.0g10.0g)HCO(13n 0.094molmol106g10.0g)(CO123n 10.230.119mol0.094mollg331
5、0)(HCO)(COlgppH323annK 6.求 pH=3.90,总浓度为 0.400 molL-1的 HCOOH(甲酸)HCOONa(甲酸钠)缓冲溶液中,甲酸和甲酸钠的物质的量浓度(HCOOH 的 pKa=3.75)-解 设c(HCOONa)=x molL-1,则c(HCOOH)=0.400 molL-1 x molL-1 90.3Lmol)(0.400Lmollg3.75pH11xx 解得 c(HCOO-)=x molL-1=0.234 molL-1 c(HCOOH)=(0.400-0.234)molL-1=0.166 molL-1 7.向 100mL 某缓冲溶液中加入 0.20 g
6、NaOH 固体,所得缓冲溶液的 pH 为 5.60.。已知原缓冲溶液共轭酸 HB 的 pKa=5.30,c(HB)=0.25molL-1,求原缓冲溶液的 pH。解 n(NaOH)=1L1000mL100mLmol0.20g/40g1=0.050 molL-1 加入 NaOH 后,60.5L0.050)mol-(0.25L0.050molBlg5.30pH1-1 解得 B-=0.35 molL-1 原溶液 45.5Lmol25.0Lmol35.0lg30.5pH11 8.阿司匹林(乙酰水杨酸、以 HAsp 表示)以游离酸(未解离的)形式从胃中吸收,若病人服用解酸药,调整胃容物的 pH 为 2.9
7、5,然后口服阿司匹林 0.65 g。假设阿司匹林立即溶解,且胃容物的 pH不变,问病人可以从胃中立即吸收的阿司匹林为多少克(乙酰水杨酸的 Mr=180.2、pKa=3.48)?解 95.2(HAsp)(Asplg48.3(HAsp)(AsplgppHannnnK-295.0(HAsp)(Aspnn 依题意 0.0036molmol180g0.65gn(HAsp)n(Asp1-解得 n(HAsp)=0.0028 mol 可吸收阿司匹林的质量=0.0028 mol 180.2 gmol-1=0.50 g 9.在 500 mL 0.20 molL-1 C2H5COOH(丙酸,用 HPr 表示)溶液中
8、加入 NaOH1.8 g,求所得溶液的近似 pH 和校正后的精确pH。已知 C2H5COOH 的 pKa=4.87,忽略加入 NaOH 引起的体积变化。解 求近似 pH pH=pKa4.78mol1.8g/40gL0.20mol0.500Lmol1.8g/40glg4.87(HPr)(Prlg1-1-1-nn 求精确 pH,丙酸钠是强电解质 I=21cizi2 =21(0.500L0.045mol12+0.500L0.045mol12)=0.09 molL-1 0.1 molL-1 当Z=0,I=0.10 时,校正因数 11.0)HB()B(lg pH=pKa67.4)11.0(78.4Pr)
9、H()(PrlgPr)H()(Prlgnn 10.某医学研究中,制作动物组织切片时需 pH 约为 7.0 的磷酸盐 缓 冲 液 作 为 固 定 液。该 固 定 液 的 配 方 是:将29 g Na2HPO412H2O 和 2.6 g NaH2PO42H2O 分别溶解后稀释至 1 L。若校正因数 lg)POH()HPO(-4224=-0.53,计算该缓冲溶液的精确 pH。-解 c(Na2HPO4)=1Lmol358.0g29g1=0.081 molL-1 c(NaH2PO4)=1Lmol156g2.6g1=0.017 molL-1 pH=pKa2+)POH()HPO(-4224+lg)POH()
10、(HPO4224cc=7.21+(-.0.53)+lg11L0.017molL0.081mol=7.36 11.将 0.10 molL-1HAc 溶液和 0.10 molL-1NaOH 溶液以 3:1的体积比混合,求此缓冲溶液的 pH 及缓冲容量。解 HAc 溶液和 NaOH 溶液的体积分别为 3V和V,c(HAc)=(0.103V-0.10 V)molL-1/(3V+V)=0.050 molL-1 c(Ac-)=0.10 molL-1 V/(3V+V)=0.025 molL-1 4.45L0.050molL0.025mollg4.75pH1-1 11-1-1Lmol038.0L0.025)m
11、ol(0.050L0.025molL0.050mol303.2 12.某生物化学实验中需用巴比妥缓冲溶液,巴比妥(C8H12N2O3)为二元有机酸(用 H2Bar 表示,pKa17.43)。今称取巴比妥 18.4 g,先加蒸馏水配成 100 mL 溶液,在 pH 计监控下,加入 6.00 molL-1NaOH 溶液 4.17 mL,并使溶液最后体积为 1000 mL。求此缓冲溶液的 pH 和缓冲容量。(已知巴比妥的 Mr=184 gmol-1)解 H2Bar与NaOH的反应为-H2Bar(aq)+NaOH(aq)NaHBar(aq)+H2O(l)反应生成的NaHBar的物质的量n(NaHBar
12、)c(NaOH)V(NaOH)6.0 molL-14.17 mL25 mmol,剩余H2Bar的物质的量为 n余(H2Bar)n(H2Bar)-n(NaOH)1-mol1844.18gg1000-25 mmol75 mmol pHpKa+lgBar)(H)(HBar2nn7.43+lg75mmolmmol256.95 2.30300mL)25)mmol/10(7500mL)(25mmol/1000mL)(75mmol/100.043 molL-1 13.分别加 NaOH 溶液或 HCl 溶液于柠檬酸氢钠(缩写Na2HCit)溶液中。写出可能配制的缓冲溶液的抗酸成分、抗碱成分和各缓冲系的理论有效
13、缓冲范围。如果上述三种溶液的物质的量浓度相同,它们以何种体积比混合,才能使所配制的缓冲溶液有最大缓冲容量?(已知 H3Cit 的 pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40)解.溶液组成 缓 冲 系 抗酸成分 抗碱成分 有效缓冲范围 最大时体积-比 Na2HCit+HCl H2Cit-HCit2-HCit2-H2Cit-3.765.76 2:1 Na2HCit+HCl H3Cit-H2Cit-H2Cit-H3Cit 2.134.13 2:3 Na2HCit+NaOH HCit2-Cit3-Cit3-HCit2-5.407.40 2:1 14.现有(1)0.10 molL-1Na
14、OH 溶液,(2)0.10 molL-1NH3溶液,(3)0.10 molL-1Na2HPO4 溶液各 50 mL,欲配制 pH=7.00 的溶液,问需分别加入 0.10 molL-1 HCl 溶液多少 mL?配成的三种溶液有无缓冲作用?哪一种缓冲能力最好?解 HCl 与 NaOH 完全反应需 HCl 溶液 50 mL。HCl(aq)+NH3H2O(aq)=NH4Cl(aq)+H2O(l)NH4+的 pKa=14.00-4.75=9.25,(HCl)L.10mol0(HCl)L.10mol00mL5L.10mol0lg25.900.7111VV 解得 V(HCl)=50 mL HCl(aq)+
15、Na2HPO4(aq)=NaH2PO4(aq)+NaCl(aq)H3PO4的 pKa2=7.21,-(HCl)L.10mol0(HCl)L.10mol00mL5L.10mol0lg21.700.7111VV 解得 V(HCl)=31 mL 第一种混合溶液无缓冲作用;第二种 pHpKa-1,无缓冲能力;第三种缓冲作用较强。15.用固体 NH4Cl 和 NaOH 溶液来配制 1 L 总浓度为 0.125 molL-1,pH=9.00 的缓冲溶液,问需 NH4Cl 多少克?求需 1.00 molL-1的 NaOH 溶液的体积(mL)。解 设需 NH4Cl 的质量为 xg pKa(NH4+)=14.0
16、0-4.75=9.25(NaOH)Lmol00.1mol/53.5g(NaOH)Lmol00.1lg25.900.911-1VxV 得 1.00 molL-1 V(NaOH)=0.562x/53.5 gmol-1-1.00 molL-1 V(NaOH)又 1.00 molL-1 VNaOH)+0.562(x/53.5gmol-1-1.00 molL-1 V(NaOH)/1L=0.125 molL-1 解得 x=6.69,V(NaOH)=0.045 L 即:需 NH4Cl 6.69 g,NaOH 溶液 0.045 L。16.用 0.020 molL-1H3PO4溶液和 0.020 molL-1N
17、aOH 溶液配制 100 mL pH=7.40 的生理缓冲溶液,求需 H3PO4溶液和 NaOH溶液的体积(mL)。解 设第一步反应需 H3PO4和 NaOH 溶液体积各为x mL -H3PO4(aq)+NaOH(aq)=NaH2PO4(aq)+H2O(l)x mLH3PO4与x mLNaOH 完全反应,生成 NaH2PO4 0.020 molL-1 x mL=0.020 x mmol 第二步反应:设生成的 NaH2PO4再部分与 NaOH y mL 反应,生成 Na2HPO4,其与剩余 NaH2PO4组成缓冲溶液 NaH2PO4(aq)+NaOH(aq)=Na2HPO4(aq)+H2O(l)
18、起始量 mmol +0.020 x +0.020y 变化量 mmol -0.020y -0.020y +0.020y 平衡量 mmol 0.020(x-y)0 +0.020y mmol)(.0200mmol.0200lg21.740.7yxy yxy=1.55 依题意又有 2x+y=100 解得 x=38.4,y=23.2 即需 H3PO4溶液 38.4 mL,NaOH 溶液(38.4+23.2)mL=61.6 mL。17.今欲配制 37时,近似 pH 为 7.40 的生理缓冲溶液,计算在 Tris 和 TrisHCl 浓度均为 0.050 molL-1的溶液 l00 mL 中,需加入 0.0
19、50 molL-1HCl 溶液的体积(mL)。在此溶液中需加入固体NaCl 多少克,才能配成与血浆等渗的溶液?(已知 TrisHCl 在37时的 pKa7.85,忽略离子强度的影响。)解 -)HCl(L0.0500mol100mLLmol0500.0)HCl(L0.0500mol-100mLLmol0500.0lg85.7HCl)(Tris(Tris)lg7.857.401-1-1-1-VVnn)HCl(100)HCl(100355.0VV V(HCl)=47.6 mL 设加入 NaCl x g,血浆渗透浓度为 300 mmolL-1 mL6.147mL6.47Lmol050.0mL100Lm
20、ol050.0)Tris(11c=0.018 molL-1 mL6.147mL6.47Lmol050.0mL100Lmol050.0)HClTris(11c=0.050 molL-1(0.018+20.050)molL-1+mL6.147molg5.58LmL1000g211x0.300 molL-1 x=0.79,即需加入 NaCl 0.79 g 18.正常人体血浆中,3HCO24.0 mmolL-1、CO2(aq)1.20 mmolL-1。若某人因腹泻使血浆中3HCO减少到为原来的 90%,试求此人血浆的 pH,并判断是否会引起酸中毒。已知 H2CO3的pKa1=6.10。解 pH=pKa
21、17.36L1.2mmol0.90L24mmollg6.10(aq)COHCOlg1123 pH 虽接近 7.35,但由于血液中还有其他缓冲系的协同作用,不会引起酸中毒。Exercises 1.How do the acid and base components of a buffer function?Why are they typically a conjugate acid-base pair?-Solution A buffer solution consists of a conjugate acid-base pair.The conjugate base can consum
22、e the added strong acid,and the conjugate acid can consume the added strong base,to maintain pH。The conjugate acid-base pairs of weak electrolytes present in the same solution at equilibrium.2.When H3O+is added to a buffer,does the pH remain constant or does it change slightly?Explain.Solution The p
23、H of a buffer depends on the pKa of the conjugate acid and the buffer component ratio.When H3O+is added to a buffer,the buffer component ratio changes slightly,so the pH changes slightly.3.A certain solution contains dissolved HCl and NaCl.Why cant this solution act as a buffer?Solution This solutio
24、n cant act as a buffer.HCl is not present in solution in molecular form.Therefore,there is no reservoir of molecules that can react with added OH-ions.Likewise the Cl-does not exhibit base behavior in water,so it cannot react with any H3O+added to the solution.4.What is the relationship between buff
25、er range and buffer-component ratio?Solution The pH of a buffer depends on the buffer component ratio.When B-/HB=1,pH=pKa,the buffer is-most effective.The further the buffer-component ratio is from 1,the less effective the buffering action is.Practically,if the B-/HB ratio is greater than 10 or less
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