酸碱习题与答案

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C6H5NH3；HS-的共轭碱为S2-；Fe(H2O)63+的共轭碱为Fe(H2O)5(OH)2+；R-NHCH2COOH的共轭碱为R-NHCH2COO。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-，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C2H5OHCu(H2O)2(OH)2的共轭酸为Cu(H2O)2(OH)+；(CH2)6N4的共轭酸为(CH2)6NH+；R—NHCH2COO-的共轭酸为R—NHCHCOOH，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）。答：（1）MBE：[NH4+]+[NH3]=2c;[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=cCBE：[NH4+]+[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]PBE：[H+]+[H2CO3]+[HCO3-]=[NH3]+[OH-]（2）MBE：[NH4+]+[NH3]=c;[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=cCBE：[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-]=c22CBE：[K+]+[H+]=2[P2-]+[OH-]+[HP-]PBE：[H+]+[H2P]=[HP-]+[OH-]（2）MBE：[Na+]=[NH4+]=c[H2PO4-]+[H3PO4]+[HPO42-]+[PO43-]=cCBE：[Na+]+[NH4+]+[H+]=[OH-]+2[HPO42-]+[PO43-]PBE：[H+]+[H2PO4-]+2[H3PO4]=[OH-]+[NH3]+[PO43-]（3）MBE：[NH4+]=c[H3PO4]+[H2PO4-]+[HPO42-]+[PO43-]=cCBE：[NH4+]+[H+]=[H2PO4]+2[HPO42-]+3[PO43-]+[OH-]PBE：[H+]+[H3PO4]=[OH-]+[NH3]+[HPO42-]+2[PO43-]（4）MBE：[NH4+]=c[CN-]+[HCN]=cCBE：[NH4+]+[H+]=[OH-]+[CN-]+[HCN]PBE：[HCN]+[H+]=[NH3]+[OH-]5.（1）讨论两中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][][][][][2121HKHBHKHBHHBHB21][][][21HBHBKHBKHBH(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2211][HBHBHBHBKCKCH(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)5108.13NHK10514106.5108.1/100.1/34NHWNHKKK10108.533BOHK根据公式2211][HBHBHBHBKCKCH得：LmolKCKCHHBHBHBHB/1007.1108.51.0106.51.0][510102211pH=lg1.07×10-5=4.976．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23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=2.95pKa2=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=7.2×10-510-8(2)Ka2=3.9×10-6,CspKa2=0.1×3.9×10-6=3.9×10-710-8(3)Ka2=2.5×10-10,CspKa2=0.1×2.5×10-10=2.5×10-1110-8(4)Ka1=5.7×10-8,Kb2=Kw/Ka1=1.0×10-14/5.7×10-8=1.8×10-7,CspKb1=0.1×1.8×10-7=1.8×10-810-8(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=1.8×10-510-8(6)Kb=1.4×10-9,CspKb=0.1×1.4×10-9=1.4×10-1010-8(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=1.7×10-710-8(8)Kb=4.2×10-4,CspKb=0.1×4.2×10-4=4.2×10-510-8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≥10610．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-=H2OKc=]][[1OHH=WK1=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24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/Ka2105,pKa1-pKa25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=4.19pHsp=14-pcKb1/2)=14+(lg0.1/3-14+4.19)=8.36pKa1-pKa2=2.03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=7.15cKb2=0.4×7.1×10-810-8pHsp=pcKa1/2=(lg0.4/3+14-7.15)/2=2.99故可同时滴定一、二级，甲基黄，由红色变为黄色；（4）NaOH+(CH2)6N4pKb=8.85pHsp=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=5.41pHsp=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=14.12pHsp=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+H3PO4pHsp=[(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pKb=3.25pKb=8.77pHsp=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HAc参与了反应？解：C1=0.10mol•L-1，Ka2=1.8×10-5，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3.1～4.4所以当pH=4.0时为变色转折点pH=pKa+lgHAA254.0=4.74+lg%1.0%xxx%=15%13．今有H2SO4和(NH4)2SO4的混合溶液，浓度均为0.050mol·L-1，欲用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定，试问：（1）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液中(NH4)2SO4的含量？指示剂有时什么？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：OHNHOHNH234NH3+H3BO3==NH4+H2BO3-H++H2BO3-==H3BO3终点的产物是H3BO3和NH4+（混合弱酸），pH