解离平衡

第第 4 4 章章 解离平衡解离平衡 【4-1】指出下列碱的共轭酸： SO42-， S2-， H2PO4-，HSO4-，NH3；指出下列酸的共轭碱： NH4+， HCl， HClO4，HCN，H2O2。 解：SO42-， S2-， H2PO4-，HSO4-， NH3的共轭酸分别是： HSO4-，HS-，H3PO4， H2SO4，NH4+； NH4+， HCl， HClO4，HCN， H2O2的共轭碱分别是：NH3，Cl-， ClO4-， CN-， HO2-。 【4-2】氨基酸是重要的生物化学物质，最简单的为甘氨酸 NH2CH2COOH。每个甘氨酸中有一个弱 酸基 –COOH 和一个弱碱基 –NH2，且 Ka和 Kb几乎相等。试用酸碱质子理论判断在强酸性溶液中 甘氨酸将变成哪种离子？在强碱性溶液中它将变成什么离子？在纯水溶液中将存在怎样的两性离 子？ 解：在强酸性溶液中甘氨酸将变成H3N+-CH2COOH； 在强碱性溶液中甘氨酸将变成NH2-CH2COO-； 在纯水溶液中甘氨酸将以H3N+-CH2COO-的形式存在。 【4-3】氨基酸遇水可发生如下反应：NaNH2(s)+H2O(l)===Na+(aq)+OH-(aq)+NH3(aq)。试比较氨 基 NH2-和 OH-何者碱性较强？ 解： 氨基碱性较强。 氨基可以结合氢离子生成盐:-NH2+H+=-NH3+,显碱性。 【4-4】0.010 mol/L HAc溶液的离解度为 0.042，求 HAc 的离解常数和该溶液中的[H+]。 (0.0100.042)2 1.8105，[H+] = 0.0100.042 = 4.210-4 (mol/L)解：K a  0.010(1 0.042) 【4-5】求算 0.050 mol/L HClO溶液中的[ClO-], [H+]及离解度。 解：HClO = H+ + ClO- 查附录三，得 HClO 的 Ka = 2.9510-8, 并设达到平衡时，溶液中[H+] = x mol/L [H+][ClO-]x2 K a  ,x = 3.810-5 (mol/L) = [ClO-] [HClO]0.050 x 3.8105 离解度  7.6104 0.076% 0.050 【4-6】奶油腐败后的分解产物之一为丁酸(C3H7COOH)，有恶臭。今有一含 0.20 mol 丁酸的 0.40 L 溶液，pH 为 2.50，求丁酸的 Ka。 解：C3H7COOH = C3H7COO- + H+ K a  (102.50)2 0.20 0.40 102.50  2.0105 【4-7】 维生素 C 每片含抗坏血酸 （H2C6H6O6） 500mg。 现将一片维生素 C 溶于水并稀释至 200mL， 试求该溶液的 pH（抗坏血酸 Kθa1=7.9×10-5，Kθa2=1.6×10-6） 。 解：抗坏血酸的 Ka=6.46×10^-5 c(抗坏血酸)=0.5/176/0.2=0.0142 c(H+)=Kac(抗坏血酸)=6.461050.0142=9.58×10-4 pH=-lg(9.58×10-4)=3.02 【4-8】对于下列溶液：0.1 mol/L HCl, 0.01 mol/L HCl, 0.1 mol/L HF, 0.01 mol/L HF,问 （1）哪一种具有最高的[H+]？ （2）哪一种具有最低的[H+]？ （3）哪一种具有最低的离解度？ （4）哪两种具有相似的离解度？ 答： （1） 0.1 mol/L HCl溶液具有最高的[H+]。 （2）0.01 mol/L HF溶液具有最低的[H+]。 （3）0.1 mol/L HF溶液具有最低的离解度。 （4）0.1 mol/L HCl和 0.01 mol/L HCl具有相似的离解度。 【4-9】用 0.1 mol/L NaOH 溶液中和 pH 为 2 的 HCl 和 HAc 各 20 mL，所消耗 NaOH 溶液体积是否 相同？为什么？若用此NaOH 溶液中和 0.1 mol/L HCl 和 HAc 各 20 mL，所消耗的 NaOH 溶液体积 是否相同？为什么？ 解：用 0.1 mol/L NaOH溶液中和 pH 为 2 的 HCl 和 HAc 各 20 mL，所消耗 NaOH 溶液体积不相同。 因为盐酸是强酸，pH 为 2 的 HCl 溶液其浓度为 0.01 mol/L；而醋酸为弱酸，pH 为 2 的醋酸，其浓 度约为 5.5 mol/L，同样体积的醋酸会消耗掉较多的碱。用0.1 mol/L NaOH 溶液中和 0.1 mol/L HCl 和 HAc 各 20 mL，所消耗的 NaOH 溶液体积是相同。因为二者所含的酸的量是相同。 【4-10】已知 0.30 mol/L NaB溶液的 pH 为 9.50，计算弱酸 HB 的 Ka。 解：NaB = Na+ + B-,B- + H2O = HB + OH-， 达到平衡时，pH = 9.5,[H+] = 10-9.50,[OH-] = [HB] = 10-4.50。 [B-] = 0.30 – [HB] = 0.30 – 10-4.50 0.31 (mol/L) [H][B]109.500.31 K a  3.1106 4.50[HB]10  【4-11】已知 0.10 mol/L HB溶液的 pH=3.00。试计算 0.10mol·L-1NaB 溶液的 pH。 解：∵已知K ac  20Kw ，且 c  500 K a1 [H]2106 1.0105 ∴[H ] cK a ，Ka= c0.1  ∵B-的 Kb=Kw/Ka=1.0×10-9 c B=0.10molL -1c BKb  20K w c B K b 500 ∴[OH]cK b 1.0105molL1 [H]1.0109molL1 pH=9.0 【4-12】计算 0.10 mol/L H2C2O4溶液的[H+]、[HC2O4-]和[C2O42-]。 解：由附录三查得 H2C2O4的K a1 5.9102, K a2 6.4105 由于草酸的二级酸离解常数比其一级酸离解常数小三个数量级，所以计算溶液的 [H+]时可以忽 略草酸的二级酸离解。 5.9102 [H]2 ，[H+]2 + 0.059[H+] – 5.910-3 = 0,[H+] = 0.053 mol/L  0.10 [H ] pH = 1.28 [HC 2O4 ] 0.10[H]K a1 [H ] [H ]K a1  K a1 K a2 2  0.051mol/L [C 2O ]  2 4 0.10 K a1 K a2 [H ] [H ]K a1  K a1 K a2 2  5.4105mol/L 草酸溶液中，忽略水的离解，氢离子的总浓度应为草酸一级离解产生的氢离子和二级离解产生 的氢离子之和，从计算结果看，由于草酸氢根的浓度约为草酸根浓度的103倍，所以计算溶液的[H+] 时忽略草