大学化学习题课.doc
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1、第三章习题1. 指出下列各酸的共轭碱:H2O、H3O+、H2CO3、CH2COO-、H2S、HS-。酸H2OH3O+H2CO3CH2COO-H2SHS-共轭碱OH-H2ONH3NH2CH2COO-HS-S2-2. 指出下列各碱的共轭酸:H2O、NH3、Al(H2O)5OH2+、CH2COO-。碱H2ONH3Al(H2O)5OH2+CH2COO-共轭酸H3O+NH3Al(H2O)63+CH2COOH3. 说明(1)H3PO4溶液中存在着哪几种离子?请按各种离子浓度的大小排出顺序。其中H3O+浓度是否为浓度的3倍?(2)NaHCO3和NaH2PO4均为两性物质,但前者的水溶液呈弱碱性而后者的水溶液
2、呈弱酸性,为什么?答 (1) 在H3PO4溶液中存在下列质子转移平衡:H3PO4 (aq) + H2O(l)(aq) + H3O+(aq)(aq) + H2O(l)(aq) + H3O+(aq)(aq) + H2O(l)(aq) + H3O+(aq)H2O(l) + H2O(l)H3O+(aq) + OH-(aq)=Ka2Ka3= OH-=由于Ka1Ka2Ka3,各离子浓度由大到小为:H3O+OH- 。其中H3O+浓度并不是浓度的3倍。 (2) NaHCO3在水溶液中存在下列质子转移平衡:(aq) + H2O(l)(aq)+ H3O+(aq)Ka()=Ka2(H2CO3)=4.710-11(a
3、q) + H2O(l)H2CO3(aq) + OH-(aq)Kb()=Kw/Ka1(H2CO3)=1.010-14/(4.510-7)=2.210-8由于Kb()Ka(),结合质子的能力大于其给出质子的能力,因此NaHCO3水溶液呈弱碱性。NaH2PO4在水溶液中存在下列质子转移平衡:(aq) + H2O(l)(aq)+ H3O+(aq)Ka()=Ka2(H3PO4)=6.110-8(aq) + H2O(l)H3PO4(aq) + OH-(aq)Kb()=Kw/Ka1(H3PO4)=1.010-14/(6.910-3)=1.410-12由于Ka()Kb(),H2PO4-给出质子的能力大于其接受
4、质子的能力,因此NaH2PO4水溶液呈弱酸性。4. 解释BaSO4在生理盐水中的溶解度大于在纯水中的,而AgCl的溶解度在生理盐水中却小于在纯水中的。答 生理盐水中含有Na+离子和Cl-离子对BaSO4起到盐效应作用使溶解度增大,但Cl-离子对AgCl却起到同离子效应作用而使溶解度降低。5. 在含有固体AgCl的饱和溶液中,加入下列物质,对AgCl的溶解度有什么影响?并解释之。(1) 盐酸(2) AgNO3 (3) KNO3 (4) 氨水答 (1)盐酸和(2)AgNO3,由于同离子效应,将使AgCl的溶解度降低;但若加入HCl浓度较大的话,Ag+与Cl-可以生成配合物AgCl2-,此时AgCl
5、的溶解度反而会增大。(3)KNO3则由于盐效应,将使AgCl的溶解度稍有增加;(4)氨水,由于NH3与Ag+形成了配离子将使游离的Ag明显地减少,AgCl的溶解度大大地增加。6. 计算0.10 molL-1 H2S 溶液中H3O+、HS-及S2-。已知Ka1=8.910-8,Ka2=1.210-13。解 H2S(aq) + H2O(l)HS-(aq) + H3O+(aq)初始浓度/(molL-1) 0.10平衡浓度/(molL-1) 0.10-x0.10() x x molL-1=9.410-5 molL-1,以第一级解离为主HS-H3O+9.410-5 molL-1 HS-(aq) + H2
6、O(l)S2-(aq) + H3O+(aq)=1.210-13由于HS-H3O+,因此S2- Ka2, 即S2-=1.210-13 molL-17. 解痛药吗啡(C17H19NO3)是一种弱碱,主要由未成熟的罂粟籽提取得到,其Kb=7.910-7。试计算0.015 molL-1吗啡水溶液的pH值。解 c/Kb=0.015/7.910-7500,且cKb20KwOH-=1.110-4 molL-1, pOH=3.96, pH=10.048. 水杨酸(邻羟基苯甲酸,C7H6O3)是二元酸,Ka1=1.0610-3,Ka2=3.610-14,它是一种消毒防腐剂,有时可用作止痛药而代替阿司匹林,但它有
7、较强的酸性,能引起胃出血。计算0.065 molL-1的C7H6O3溶液的pH值及平衡时各物种的浓度。解 Ka2很小,可忽略第二级H3O+的解离。但c/Ka1500 C7H6O3(aq) + H2O(l)(aq) + H3O+(aq)初始浓度/(molL-1) 0.065平衡浓度/(molL-1) 0.065-x x xx=7.810-3,H3O+=7.810-3 molL-1,pH=2.11Ka2,即=3.610-14 molL-19. 计算下列酸碱质子传递平衡常数,并判断反应偏向何方?(1) HNO2(aq) + CN-(aq) = HCN(aq) +(aq)(2)(aq) +(aq) =
8、 HNO2(aq) +(aq)(3)(aq) + Ac-(aq) = NH3(aq) + HAc(aq)(4)(aq) + H2O(l) =(aq) + OH-(aq)解 (1) K=,反应正向进行;(2) K=,反应正向进行;(3)K=,反应逆向进行;(4) K=,反应逆向进行。10. 叠氮钠(NaN3)加入水中可起杀菌作用。计算0.010 molL-1NaN3溶液的各种物种的浓度。已知叠氮酸(HN3)的Ka=1.910-5。解 设溶液中OH-= x molL-1 (aq) + H2O(l)HN3(aq) + OH-(aq)初始浓度/(molL-1) 0.010平衡浓度/(molL-1) 0
9、.010-x x xx=2.310-6OH-=HN3=2.310-6 molL-1=Na+=0.010 molL-1H3O+=Kw/OH-=1.0010-14/(2.310-6)=4.310-9 molL-113. 液氨也像水那样可以发生质子自递反应:。请写出乙酸在液氨中的质子传递反应,并说明乙酸在液氨中的酸性与在水中的酸性相比,是更强还是更弱?由于NH3比H2O结合H+的能力更强,因此乙酸在液氨中的酸性更强。14. 在剧烈运动时,肌肉组织中会积累一些乳酸(CH3CHOHCOOH),使人产生疼痛或疲劳的感觉。已知乳酸的Ka=1.410-4,测得某样品的PH为2.45.计算该样品中乳酸的浓度。解
10、:PH=2.45,H3O+=10-2.4515. 正常成人胃液的pH值为1.4,婴儿胃液pH值为5.0。问成人胃液中的H3O+浓度是婴儿胃液的多少倍?解 成人胃液的pH值为1.4,则H3O+成人=0.040 molL-1 婴儿胃液pH值为5.0,则H3O+婴儿=1.010-5 molL-1H3O+成人/H3O+婴儿=0.040 molL-1/(1.010-5 molL-1)=400017. 现有0.20 molL-1HCl溶液,问:(1) 如使pH=4.0,应该加入HAc还是NaAc?(2)如果加入等体积的2.0 molL-1NaAc溶液,则混合溶液的pH值是多少?(3) 如果加入等体积的2.
11、0 molL-1NaOH溶液,则混合溶液的pH值又是多少?解 (1)由于10-40.2所以应该加入碱性的NaAc。(2)加入等体积的NaAc后,由于NaAc过量,生成的HAc浓度为:HAc= 0.20 molL-1/2= 0.10 molL-1溶液中的NaAc浓度为:NaAc=2.010-6 molL-1,pH=5.70(3)NaOH过量, OH-=pOH = 0.046,pH=13.9518. 喹啉(C20H24N2O2,摩尔质量324.4 gmol-1)是主要来源于金鸡纳树皮的重要生物碱,它是一种抗疟药。已知1 g喹啉能溶在1.90 L水中,计算该饱和溶液的pH值。已知pKb1=5.1,p
12、Kb2=9.7。解 cb=1.0 g/(1.90L324.4 gmol-1)=1.610-3 molL-1pKb1=5.1, Kb1=7.910-6; pKb2=9.7,Kb2=2.010-10 , 忽略二级解离。c/Kb12.94时,将有超过99的Fe3+沉淀。而在生理条件(37,pH=7.40)下,仅有2.010-20 molL-1的Fe3+离子游离存在于血液中,说明血液中的Fe3+是以结合态形式(如形成铁蛋白)稳定存在。22. 计算下列溶液的pH值:(1) 0.20 molL-1H3PO4溶液与0.20 molL-1 Na3PO4等体积混合;(2) 0.20 molL-1Na2CO3溶液
13、与0.10 molL-1HCl溶液等体积混合。解 (1) H3PO4(aq) + Na3PO4(aq) = NaH2PO4(aq) + Na2HPO4(aq)初始时:V0.20 molL-1 V0.20 molL-1反应后: V0.20 molL-1 V0.20 molL-1溶液中Na2HPO4 =NaH2PO4 = (V/2V)0.20 molL-1= 0.10 molL-1Ka2 =, H3O+ = 6.110-8 molL-1, pH=7.21(2) HCl(aq) + Na2CO3(aq) = NaHCO3(aq)初始时:V0.10 molL-1 V0.20 molL-1反应后: V0
14、.10 molL-1 V0.10 molL-1 溶液中Na2CO3= NaHCO3 =(V/2V)0.10 molL-1= 0.050 molL-1Ka2 =,H3O+ = 4.710-11 molL-1, pH=10.3224. 假设溶于水中的Mn(OH)2完全解离,试计算:(1) Mn(OH)2在水中的溶解度(molL-1); (2) Mn(OH) 2饱和溶液中的Mn2+和OH-;(3) Mn(OH) 2在0.10 molL-1 NaOH溶液中的溶解度假如Mn(OH) 2在NaOH溶液中不发生其它变化;(4) Mn(OH) 2在 0.20 molL-1MnCl2溶液中的溶解度。已知KspM
15、n(OH)2=2.0610-13。解 Mn(OH)2(s) = Mn2+(aq) + 2OH-(aq) Mn2+OH-2=Ksp(1) S(2S)2=Ksp, S=molL-1= 3.7210-5 molL-1(2) Mn2+ = S =3 .7210-5 molL-1, OH- =2S = 7.4410-5 molL-1(3) OH-= 0.10 molL-1S=Mn2+ =molL-1=2.110-11 molL-1(4) Mn2+ = 0.20 molL-1S=OH-=molL-1 =5.110-7 molL-125. 在1.0 L 0.10 molL-1 H3PO4溶液中,加入6.0
16、g NaOH固体,完全溶解后,设溶液体积不变,求(1) 溶液的pH值;(2) 37时溶液的渗透压;(3) 在溶液中加入18 g葡萄糖,其溶液的渗透浓度为多少?是否与血液等渗(300 mmolL-1)?M(NaOH)=40.0,M(C6H12O6)=180.2解 (1) 反应前,溶液中n(H3PO4)=0.10 molL-11.0 L=0.10 mol,n(NaOH)=6.0 g/(40 gmol-1)=0.15 mol,n(NaOH)-n(H3PO4)=0.15 mol-0.10 mol=0.05 mol反应 H3PO4(aq) + NaOH(aq) = NaH2PO4(aq) + H2O(l
17、)初始时/mol 0.10 0.15平衡时/mol 0.15-0.10=0.05 0.10继续反应 NaH2PO4(aq) + NaOH(aq) = Na2HPO4(aq) + H2O(l)初始时/mol 0.10 0.05平衡时/mol 0.10-0.05 =0.05 0.05所以平衡时Na2HPO4=NaH2PO4 = 0.050 molL-1由Ka2 =,得 H3O+= 6.110-8 molL-1, pH=7.21(2) =icRT =c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(Na+)RT=(0.050+0.050+30.050) molL-18.314 Jmol-1K-1(273+
18、37) K=644 kPa(3) 溶液的渗透浓度为18 gL-1/(180 g mol-1) + (0.050+0.050+30.050) molL-1=0.35 molL-1,与血液相比,为高渗溶液。26. 将500 ml c(MgCl2)=0.20 molL-1和500 ml c(NH3H2O) =0.20 molL-1混合。求:(1)混合后溶液是否有沉淀生成?请通过计算加以说明。(2)若有沉淀要加入多少克NH4Cl,才能使溶液无Mg(OH)2沉淀产生?(忽略加入NH4Cl固体引起的体积变化)已知KspMg(OH)2=5.61 10-12,Kb(NH3)=1.810-5,Mr(NH4Cl)
19、=53.5。解 (1)混合后溶液中,c(MgCl2)=0.10 molL-1,c(NH3H2O) =0.10 molL-1 cKb20Kw, c/Kb500OH- = IP=Mg2+OH-2=0.10(1.310-3)2=1.810-7KspMg(OH)2,有沉淀生成(2)要使沉淀溶解,设需加入x g NH4Cl,则:OH-=7.510-6 molL- NH4+=0.24 molL-1x=0.24 molL-1(0.50L+0.50L)53.5g mol-1=12.8 g第四章习题1. 什么是缓冲溶液? 试以血液中的H2CO3-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
20、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与组成缓冲系。正常人体/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离解以补充消耗的H3O+。同理,减少的H2CO3及增加的可通过肺和肾来调控。血液中的H2CO3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
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