第六章酸碱平衡及其在分析中的应用

1第六章酸碱平衡及其在分析中的应用6.1写出下列各物质的共轭酸或共轭碱的形式，并给出对应的Ka、Kb值。（1）HCN，Ka＝6.2×l0—10（2）NH3，Kb＝2.0×l0—5（3）HCOOH,Ka＝1.8×l0—4（4）苯酚，Ka＝1.1×l0—10（5）H2S，Ka1＝1.3×l0—7Ka2＝7.1×l0—15（6）NO2—，Kb＝2.2×l0—11解：（1）HCN=H+CN—∴HCN的共轭碱为CN—，51014141061.1102.61010abKK（2）NH3+H+=NH4+∴NH3的共轭酸为NH4+，1051414100.5100.21010baKK（3）HCOOH=HCOO—+H+∴HCOOH的共轭碱为HCOO—，11414141056.5108.11010abKK（4）C6H5OH=C6H5O—+H+∴C6H5OH的共轭碱为C6H5O—，51014141009.9101.11010abKK（5）H2S=HS—+H+∴H2S的共轭碱为HS—，871411421069.7103.11010abKK（6）NO2—+H+=HNO2∴NO2—的共轭酸为HNO2，41114141055.4102.21010baKK6.2虽然HCO3—能给出质子H+，但它的水溶液却是碱性的，为什么？解：∵HCO3—是一种两性物质，由于HCO3—存在下列平衡：作为酸HCO3—H++CO32—作为碱；HCO3—+H2OOH—+H2CO3因为Ka2·Kb1=10—14Ka1·Kb2=10—14又查表得：Ka1＝4.3×10—7Ka2＝5.61×10—11所以Kb1＝1.78×10—4Kb2＝2.3×10—82作为酸Ka2＝5.61×10—11，作为碱Kb2＝2.3×10—8，Kb2＞Ka2表明其得H+的能力远强于给H+的能力，所以它的水溶液是碱性的。6.3计算下列各的pH（1）0.10mol·L—1的HAc溶液(2)0.01mol·L—1的NH4Cl溶液（3）0.10mol·L—1的KH2PO4溶液（1）解：9514aW106.51.0108.110][KKHA＜0.05可以用近似式[H+]=][HAKa又因为35a106.5108.11.0Kc(HA)＞400所以又可进一步用近似式[H+]=)(HAcKa[H+]=mol35103.11.0108.1·L—1pH=—lg[H+]=2.87（2）解：31014aW10201.0100.510][KKHA＜0.05可以用近似式[H+]=][HAKa又因为710a102100.501.0Kc(HA)＞400所以又可进一步用近似式[H+]=)(HAcKa[H+]=mol610102.201.0105·L—1pH=—lg[H+]=5.65(3)解Ka1=7.6×10—3，Ka2=6.3×10—8。解：][2HAKKaW=68141059.11.0103.610＜0.05所以可忽略水的离解，Ka2[HA—]+KW可近似为Ka2[HA—]∵[HA—]=0.1，20Ka1=20×7.6×10—3=1.52×10—1，[HA—]＜20Ka1∴[H+]=5383-a1a2a11067.61.0106.71.0103.6107.6][K][KKHAHAmol·L—1所以pH=18.41067.6lg536.4写出下列各物质的共轭酸、碱，并指出哪些物质是两性物质。HAc、NH3、HCOOH、H2O、HCO3—、NH4+、[Fe(H2O)6]3+、H2PO4—、HS—。解：HAcNH3HCOOHH2OHCO3—NH4+[Fe(H2O)6]3+H2PO4—HS—共轭酸NH4+H3O+H2CO3H3PO4H2S共轭碱Ac—HCOO—OH—CO32—NH3[Fe(H2O)5OH]2+HPO42—S2—两性两性两性两性6.5将pH为1.00和4.00的两种HCl溶液等体积混合，求混合液pH。解：混合后溶液中[H+]浓度为[H+]=200.400.1100.521010mol·L—1∴pH=—lg[H+]=1.306.6将pH为9.00和13.00的两种NaOH溶液按体积比为2︰1混合，求混合液pH。解：混合后溶液中[OH—]浓度为：[OH—]=200.100.51033.310311032mol·L—1pOH=—lg[OH—]=1.47∴pH=14—pOH=12.536.7HAc的Ka=1.8×10—5，0.1mol·L—1的HAc溶液和与pH=2.0的溶液等体积混合，求混合液中Ac—的浓度。解：由于是等体积混合，所以05.021.0HAccmol·L—1[H+]=32100.5210mol·L—1由于HAc电离出H+很少，所以[H+]≈5.0×10－3[Ac—]=45351079.1108.1100.5108.105.0][aaHAcKHKcmol·L—16.8已知ZnS的溶度积KSP，ZnS=23102.1，设锌的总浓度为0.10mol·L—1，[H2S]+[HS—]+[S2—]之和也为0.10mol·L—1，在下列pH下，ZnS能否沉淀。（1）pH=1（2）pH=3（3）pH=4（4）pH=6解：查表得Ka1=1.32×10—7，Ka2=7.10×10—1521122122][][][aaaaaKKHKHKcKcS∵（1）当pH=1时，[H+]=10—14∴21157172115721037.91010.71032.1101032.1)10(1010.71032.110.0][S23222122102.11037.91037.910.0]][[SZn,ZnS能沉淀。∵（2）当pH=3时，[H+]=10—3∴17157372315721037.91010.71032.1101032.1)10(1010.71032.110.0][S23181722102.11037.91037.910.0]][[SZn,ZnS能沉淀。∵（3）当pH=4，[H+]=10—4∴15157472415721037.91010.71032.1101032.1)10(1010.71032.110.0][S23161522102.11037.91037.910.0]][[SZn,ZnS能沉淀。∵（4）当pH=6时，[H+]=10—6∴11157672615721028.81010.71032.1101032.1)10(1010.71032.110.0][S23121122102.11028.81028.810.0]][[SZn,ZnS能沉淀。6.9计算浓度均为0.15mol·L—1的下列各溶液的pH。(1)苯酚（Ka=1.3×10—10）（2）CH2=CHCOOH（Ka=5.6×10—5）（3）氯丁铵（C4H9NH3Cl，Ka=4.1×10—10（4）吡啶硝酸盐（C5H5NHNO3，Ka=5.6×10—6）（1）解：41014aW1013.515.0103.110][KKHA＜0.05又因为910a1015.1103.115.0Kc(HA)＞400所以[H+]=)(HAcKa[H+]=mol6101042.451.0103.1·L—1pH=—lg[H+]=5.35（2）解：9514aW1019.115.0106.510][KKHA＜0.05又因为35a1068.2106.515.0Kc(HA)＞4005所以[H+]=)(HAcKa[H+]=mol351090.215.0106.5·L—1pH=—lg[H+]=2.54（3）解：Ka=4.1×10—10,51044.2aWbKKK9514bW1073.215.01044.210KKc＜0.05又因为75b1015.61044.215.0Kc＞400所以[OH—]=cKb=mol351091.115.01044.2·L—1pOH=—lg[OH—]=2.72pH=11.28（4）解：8614aW1019.115.0106.510][KKHA＜0.05又因为46a1068.2106.515.0Kc(HA)＞400所以[H+]=)(HAcKa[H+]=mol46101.915.0106.5·L—1pH=—lg[H+]=3.046.10计算下列各溶液的电离度和pH。（1）0.10mol·L—1的HAc溶液(2)0.1mol·L—1的HCOOH溶液（3）0.20mol·L—1的HAc溶液(4)0.2mol·L—1的HCOOH溶液解：CcαcαcKaCKaKacKa24122[H+]=cα（1）Ka=1.8×10－5α=0.013[H+]=cα=0.013×0.10=0.0013pH=2.88（2）Ka=1.77×10－4α=0.041[H+]=cα=0.041×0.10=0.0041pH=2.39（3）Ka=1.8×10－5HAH++A－6α=0.0094[H+]=cα=0.0094×0.20=0.0019pH=2.72（4）Ka=1.77×10－4α=0.029[H+]=cα=0.041×0.20=0.0058pH=2.236.11计算下列各缓冲溶液的pH。(1)6mol·L—1的HAc34mL，50gNaAc·3H2O配制成500mL水溶液；解：MNaAc·3H2O=136molca41.0500346·L—1，molcb74.05.013650·L—1由于ac、bc均较大，所以pH=01.541.074.0lg75.4lglgabaccK（2）0.1mol·L—1乳酸和0.1mol·L—1的乳酸钠（Kb=2.6×10—4）等体积混合；解：∵Kb=2.6×10—4，∴Ka=3.85×10—11由于是等体积混合，所以05.0acmol·L—1，05.0bcmol·L—1由于ac、bc均较大，所以pOH=58.305.005.0lg58.3lglgbabccKpH=14—pOH=10.42（3）0.1mol·L—1邻硝基酚（Ka=1.6×10—7）和0.1mol·L—1的邻硝基酚钠等体积混合；解：由于是等体积混合，所以05.0acmol·L—1，05.0bcmol·L—1由于ac、bc均较大，所以pH=80.605.005.0lg80.6lglgabaccK(4)15mol·L—1的氨水65mL，30gNH4Cl配制成500mL水溶液；解：查表得：Kb=1.8×10—5,∴Ka=5.6×10—10MNH4Cl=53.5molcb95.15001565·L—1，molca12.15.05.5330·L—1由于ac、bc均较大，所以pH=50.912.195.1lg26.9lglgabaccK（5）0.05mol·L—1KH2PO4和0.05mol·L—1的Na2HPO4等体积混合；解：查表得：Ka2=6.3×10—8由于ac、bc均较大，所以pH=20.7025.0025.0lg20.7lglgabaccK（6）0.05mol·L—1NaHCO3溶液50mL，加入0.10mol·L—1的NaOH溶液16.5mL后，稀释到100mL。解：NaHCO3+