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化学
题目

计算下列各溶液的pH。-|||-a..050molcdot (L)^-1NaAC 溶液。 b..050molcdot (L)^-1N(H)_(4)N(O)_(3) 溶液。-|||-c. .10molcdot (L)^-1N(H)_(4)CN 溶液。 .050molcdot (L)^-1(K)_(2)HP(O)_(4) 溶液。-|||-e. .050molcdot (L)^-1 氨基乙酸溶液。 f..10molcdot (L)^-1(Na)_(2)S 溶液。-|||-g. .010molcdot (L)^-1(H)_(2)(O)_(2) 溶液。-|||-h. .050molcdot (L)^-1C(H)_(3)C(H)_(2)N(H)_(3)Cl 和 .050molcdot (L)^-1N(H)_(4)CL 的混合溶液。-|||-.060molcdot (L)^-1HCl 和 .050molcdot (L)^-1 氯乙酸钠(ClCH2 COONa)的混合溶液。

题目解答

答案

解析

本题主要考察不同类型溶液pH的计算,涉及一元弱碱、一元弱酸、弱酸弱碱盐、两性物质、氨基酸、二元弱碱、弱酸、混合酸等多种体系,需根据各物质的解离常数及浓度,选择合适的公式进行近似计算。

a. 0.050mol·L⁻¹NaAc溶液(一元弱碱)

NaAc为强碱弱酸盐,Ac⁻水解显碱性,$K_b=\frac{K_w}{K_a(HAc)}=\frac{1.0×10^{-14}}{1.76×10^{-5}}≈5.$6×10^{-10}$。

  • $cK_b=0.050×5.6×10^{-10}=2.8×10^{-11}}>10K_w$,$c/K_b>100$,可用最简式:$[OH⁻]=$\sqrt{cK_b}$。
  • [OH⁻]=$\sqrt{0.050×5.6×10^{-10}}≈5.29×10^{-6}$mol·L⁻¹,pOH=4.288,pH=14-4.28=8.72。

b. 0.050mol·L⁻¹NH₄NO₃溶液(一元弱酸)

NH₄⁺为弱酸,$K_a=\frac{K_w}{K_b(NH₃)}=\frac{1.0×10^{-14}}{1.76×10^{-5}}≈5.6×10^{-10}$。

  • $cK_a=0.050×5.6×10^{-10}=2.8×10^{-11}>10K_w$,$c/K_a>100$,最简式:[H⁺]=$\sqrt{cK_a}$。
  • [H⁺]=$\sqrt{0.050×5.6×10^{-10}}≈5.29×10^{-6}$mol·L⁻¹,pH=-lg(5.29×10⁻⁶)=5.28。

c. 0.10mol·L⁻¹NH₄CN溶液(弱酸弱碱盐)

NH₄⁺($K_a=5.6×10^{-10}$)与CN⁻($K_b=\frac{K_w}{K_a(HCN)}=\frac{1.0×10^{-14}}{6.2×10^{-10}}≈1.6×10^{-5}$)。

  • 因$cK_a>10K_w$且$c>10K_a$,最简式:pH=0.5(p$K_a$+p$K_b$)。
  • pH=0.5(9.25+9.21)=9.23。

d. 0.10mol·L⁻¹K₂HPO₄溶液(两性物质)

HPO₄²⁻为两性离子,$K_{a2}(H₃PO₄)=6.3×10^{-8}$,$K_{a3}=4.×10^{-13}$。

  • $cK_{a3}=0.10×4.4×10^{-<<10K_w,$c>20K{a2}$,公式:[H⁺]=$\sqrt{\frac{K{a2}(cK_{a3}+K_w)}{c}}$。
  • [H⁺]≈$\sqrt{\frac{6.3×10^{-8}(0.10×4.4×10^{-13}+1.0×10^{-14})}{0.10}}$≈2.0×10⁻¹⁰mol·L⁻¹,pH=9.70。

e.0.050mol·L⁻¹氨基乙酸溶液(两性氨基酸)

氨基乙酸含羧基($K_{a1}=4.5×10^{-3}$)和氨基($K_{a2}=2.5×10^{-10}$)。

  • $c/K_{a2}>100$且$c>10K_{a1}$,最简式:[H⁺]=$\sqrt{K_{a1}K_{a2}}$。
  • [H⁺]=$\sqrt{4.5×10^{-3}×2.5×10^{-10}}≈1.06×10^{-6}$mol·L�,pH=-lg(1.06×10⁻⁶)=5.97。

f.0.10mol·L⁻¹Na₂S溶液(二元弱碱)

S²⁻为二元弱碱,$K_{b1}=\frac\frac{K_w}{K_{a2}(H₂S)}=\frac{1.0×10^{-14}}{1.3×××1.4×10^{-13}$,$K_{b2}=\frac{K_w}{K_{a1}}=\frac{1.0^{-14}}{1.0×10^{-7}}=1.0×10^{-7}$。

  • $2K_{b2}/\sqrt{K_{b1}c}<0.05$,按一元弱碱处理;$cK_{b1}>10K_w$但$c/K_{b1}<100$,用近似式:[OH⁻]=$\frac{-K_{b1}+\sqrt{K_{b1}^2+4K_{b1}c}}{2}$。
  • [OH⁻]≈0.094mol·L⁻¹,pOH=1.03,pH=14-1.03=12.97。

g.0.010mol·L⁻¹H₂O₂溶液(弱酸)

H₂O₂为弱酸,$K_a=1.8×10^{-12}$。

  • $cK_a=0.010×1.8×10^{-12}=1.8×10^{-14}<10K_w$,$c/K_a>10$,需考虑水的解离:[H⁺]=$\sqrt{\frac{K_a c+K_w}{2}}$。
  • [H⁺]≈$\sqrt{\frac{1.8×10^{-14}+1.0×10^{-14}}{2}}≈1.67×10^{-7}$mol·L⁻¹,pH≈6.78。

h.0.050mol·L⁻¹CH₃CH₂NH₃Cl和0.050mol·L⁻¹NH₄Cl混合溶液(两种弱酸)

CH₃CH₂NH₃⁺($K_a=1.78×10^{-11}$)和NH₄⁺($K_a=5.6×10^{-10}$),浓度均为0.050mol·L⁻¹。

  • 因$K_a$相差不大,[H⁺]≈$\sqrt{K_{a1}c_1+K_{a2}c_2$。
  • [H⁺]≈$\sqrt{1.78×10^{-11}×0.050+5.6×10^{-10}×0.050}≈5.37×10^{-6}$mol·L⁻¹,pH=5.27。

i.0.060mol·L⁻¹HCl和0.050mol·L⁻¹氯乙酸钠混合溶液(强酸+弱酸)

反应后生成0.050mol·L⁻¹氯乙酸(ClCH₂COOH,$K_a=1.4×10^{-3}$)和0.010mol·L⁻¹HCl。

  • 设氯乙酸解离x,则:$\frac{(0.010+x)x}{0.050-x}=1.4×10^{-3}$,解得x≈4.4×10⁻³。
  • [H⁺]=0.010+4.4×10⁻³=0.0144mol·L⁻¹,pH=-lg(0.0144)=1.84。

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