题目

在水溶液中，下列物质(C=0.1 mol/L)何者不能用NaOH标准溶液直接滴定: A 盐酸苯胺C6H5NH2·HCl (K_(b{C)_6(H)_5(NH)_2} = 4.6 times 10^-10) B ((NH)_4)_2(SO)_4 (K_({b)(NH)_3(H)_2(O)} = 1.8 times 10^-5) C 邻苯二甲酸氢钾 (邻苯二甲酸的(Ka)_2 = 2.9 times 10^-6) D 柠檬酸 ((Ka)_1 = 7.44 times 10^-4 (Ka)_2 = 1.73 times 10^-5)

在水溶液中，下列物质(C=0.1 mol/L)何者不能用NaOH标准溶液直接滴定:

A 盐酸苯胺C6H5NH2·HCl ($K_{b\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2} = 4.6 \times 10^{-10}$)

B $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ ($K_{\text{b}\text{NH}_3\text{H}_2\text{O}} = 1.8 \times 10^{-5}$)

C 邻苯二甲酸氢钾 (邻苯二甲酸的$\text{Ka}_2 = 2.9 \times 10^{-6}$)

D 柠檬酸 ($\text{Ka}_1 = 7.44 \times 10^{-4}$ $\text{Ka}_2 = 1.73 \times 10^{-5}$)

题目解答

答案

要解决这个问题，我们需要了解哪些物质可以用NaOH标准溶液直接滴定。直接滴定的条件是物质必须具有足够的酸性或碱性，使得在滴定过程中可以产生明显的pH变化，从而可以通过指示剂或电位法确定滴定终点。 ### 分析各选项 **A. 盐酸苯胺 $C_6H_5NH_2 \cdot HCl$** - 盐酸苯胺是一种强酸弱碱盐，其中苯胺的碱性较弱，$K_{bC_6H_5NH_2} = 4.6 \times 10^{-10}$。 - 在水溶液中，盐酸苯胺会解离出 $C_6H_5NH_3^+$ 和 $Cl^-$，其中 $C_6H_5NH_3^+$ 是一个弱酸。 - $C_6H_5NH_3^+$ 的酸性可以通过其 $K_a$ 值来表示，$K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{4.6 \times 10^{-10}} \approx 2.2 \times 10^{-5}$。 - 由于 $K_a$ 值较大，盐酸苯胺可以被NaOH标准溶液直接滴定。 **B. $(NH_4)_2SO_4$** - $(NH_4)_2SO_4$ 是一种强酸弱碱盐，其中 $NH_4^+$ 是一个弱酸，$K_{bNH_3H_2O} = 1.8 \times 10^{-5}$。 - $NH_4^+$ 的酸性可以通过其 $K_a$ 值来表示，$K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1.8 \times 10^{-5}} \approx 5.6 \times 10^{-10}$。 - 由于 $K_a$ 值较小，$(NH_4)_2SO_4$ 的酸性较弱，不足以产生明显的pH变化，因此不能被NaOH标准溶液直接滴定。 **C. 邻苯二甲酸氢钾** - 邻苯二甲酸氢钾是一种弱酸盐，其中邻苯二甲酸的 $K_{a2} = 2.9 \times 10^{-6}$。 - 邻苯二甲酸氢钾在水溶液中部分解离，产生 $K^+$ 和 $C_6H_4(COOH)(COO^-)$。 - $C_6H_4(COOH)(COO^-)$ 的酸性可以通过其 $K_a$ 值来表示，$K_a = 2.9 \times 10^{-6}$。 - 由于 $K_a$ 值适中，邻苯二甲酸氢钾可以被NaOH标准溶液直接滴定。 **D. 柠檬酸** - 柠檬酸是一种多原型酸，其 $K_{a1} = 7.44 \times 10^{-4}$，$K_{a2} = 1.73 \times 10^{-5}$。 - 柠檬酸的 $K_{a1}$ 值较大，表明其第一级解离产生的 $H^+$ 离子浓度较高，可以被NaOH标准溶液直接滴定。 ### 结论 根据上述分析，$(NH_4)_2SO_4$ 的酸性较弱，不足以产生明显的pH变化，因此不能被NaOH标准溶液直接滴定。 **答案：B**

解析

直接滴定的条件：物质需具有足够强的酸性或碱性，使滴定过程中产生明显的pH变化，便于指示剂指示终点。

  • 强酸弱碱盐：若阳离子水解产生的酸性足够强（对应酸的$K_a \geq 10^{-3}$或浓度较高时$K_a$稍小也可），可用NaOH滴定。
  • 弱酸：若酸的$K_a$较大（如$K_a \geq 10^{-3}$）或浓度较高（如$C \geq 0.1$ mol/L且$K_a \geq 10^{-5}$），可被NaOH直接滴定。

关键判断点：

  1. 计算阳离子的$K_a$（如盐类水解）；
  2. 比较$K_a$与滴定条件的临界值，判断酸性是否足够。

A. 盐酸苯胺（$C_6H_5NH_2 \cdot HCl$）

  • 苯胺的$K_b = 4.6 \times 10^{-10}$，其共轭酸$C_6H_5NH_3^+$的$K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{4.6 \times 10^{-10}} \approx 2.17 \times 10^{-5}$。
  • $K_a$较大（$2.17 \times 10^{-5}$），且浓度为$0.1$ mol/L，酸性足够，可被NaOH直接滴定。

B. $(NH_4)_2SO_4$

  • $NH_4^+$的$K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1.8 \times 10^{-5}} \approx 5.56 \times 10^{-10}$，酸性极弱。
  • $K_a$过小，即使浓度为$0.1$ mol/L，酸性仍不足以产生明显pH变化，无法直接滴定。

C. 邻苯二甲酸氢钾

  • 邻苯二甲酸的$K_{a2} = 2.9 \times 10^{-6}$，对应酸性较弱但足够。
  • 浓度为$0.1$ mol/L时，酸性可被NaOH直接滴定。

D. 柠檬酸

  • $K_{a1} = 7.44 \times 10^{-4}$，酸性较强，第一解离的$H^+$可被NaOH直接滴定。