基本化學(xué)解析第04

基本化學(xué)答案剖析第04基本化學(xué)答案剖析第0412/12基本化學(xué)答案剖析第04**章后習題解答[TOP]習題1.什么是緩沖溶液？試以血液中的H2CO3-HCO3緩沖系為例，說明緩沖作用的原理及其在醫(yī)學(xué)上的重要意義。答能抵抗少量外來強酸、強堿而保持其pH基本不變的溶液稱為緩沖溶液。血液中溶解的CO2與HCO3組成緩沖系。正常人體[HCO3]/[CO2(aq)]為20/1，pH=7.40。若pH<7.35，發(fā)生酸中毒，pH>7.45，發(fā)生堿中毒。當酸性代謝產(chǎn)物增加時，抗酸成分HCO3與H3O+結(jié)合，增加的H2CO3可經(jīng)過加快呼吸以CO2的形式呼出；耗資的HCO3則由腎減少對其的排泄而得以補充；當堿性代謝產(chǎn)物增加時，[OH-]與H3O+生成H2O，促使抗堿成分H2CO3離解以補充耗資的H3O+。同理，減少的H2CO3及增加的HCO3可經(jīng)過肺和腎來調(diào)控。血液中的H2CO3–HCO3緩沖系與其他緩沖系共同作用，保持pH為7.35~7.45的正常范圍。2.什么是緩沖容量？影響緩沖溶量的主要因素有哪些?總濃度均為0.10mol·L-1的HAc-NaAc和H2CO3-HCO3緩沖系的緩沖容量相同嗎？解緩沖容量是衡量緩沖溶液緩沖能力大小的尺度，表示單位體積緩沖溶液pH發(fā)生必然變化時，所能抵抗的外加一元強酸或一元強堿的物質(zhì)的量。影響緩沖容量的主要因素是緩沖系的總濃度和緩沖比：緩沖比一準時，總濃度越大緩沖容量越大；總濃度一準時，緩沖比越湊近于1緩沖容量越大?？倽舛燃熬彌_比相同的HAc-NaAc和H2CO3-HCO3緩沖系的緩沖容量相同。3.以下化學(xué)組合中，哪些可用來配制緩沖溶液？(1)HCl+NH3·H2O(2)HCl+Tris(3)HCl+NaOH(4)Na2HPO4+Na3PO4(5)H3PO4+NaOH(6)NaCl+NaAc解可用來配制緩沖溶液的是：(1)HCl+NH3·H2O、(2)HCl+Tris、(4)Na2HPO4+Na3PO4和(5)H3PO4+NaOH**4.將

0.30mol

·L-1

吡啶(C5H5N，pKb=8.77)

和

0.10mol

·L-1HCl

溶液等體積混雜

,混雜液可否為緩沖溶液？求此混雜溶液的pH。解C5H5N與HCl反應(yīng)生成C5H5NH+Cl-(吡啶鹽酸鹽)，混雜溶液為0.10mol·L-1C5H5N和0.050mol·L-1C5H5NH+Cl-緩沖溶液，pKa=14.00-8.77=5.23pHpKac(C5H5N)5.23lg0.105.33lg)c(C5H5NH0.055.將10.0gNa2CO3和10.0gNaHCO3溶于水制備250mL緩沖溶液，求溶液的pH。解n(HCO3)10.0g0.119mol84.0gmol1n(CO32)10.0g10.094mol106gmolpHpKan(CO32)1033lg0.094mollg10.23n(HCO3)0.119mol6.求pH=3.90，總濃度為0.400mol-1的HCOOH(甲酸)–HCOONa(甲酸鈉)緩沖溶液中，甲酸·L和甲酸鈉的物質(zhì)的量濃度(HCOOH的pKa=3.75)解設(shè)c(HCOONa)=xmol·L-1,則c(HCOOH)=0.400mol·L-1–xmol·L-1pH3.75xmolL13.90lgx)molL1(0.400解得c(HCOO-)=xmol·L-1=0.234mol·L-1c(HCOOH)=(0.400-0.234)mol·L-1=0.166mol·L-17.向100mL某緩沖溶液中加入0.20gNaOH固體，所得緩沖溶液的pH為5.60.。已知原緩沖溶液共軛酸HB的pKa=5.30，c(HB)=0.25mol·L-1，求原緩沖溶液的pH。解0.20g/40gmol11000mL-1n(NaOH)=100mL1L=0.050mol·L加入NaOH后，-1[B]0.050molLpH5.30lg(0.25-0.050)molL-15.60**解得[B-]=0.35mol·L-1原溶液pH5.30lg0.35molL15.450.25molL1阿司匹林(乙酰水楊酸、以HAsp表示)以游離酸(未解離的)形式從胃中吸取，若病人服用解酸藥，調(diào)整胃容物的pH為2.95，爾后口服阿司匹林0.65g。假設(shè)阿司匹林馬上溶解，且胃容物的pH不變，問病人可以從胃中馬上吸取的阿司匹林為多少克(乙酰水楊酸的Mr=180.2、pK=3.48)？apHpKalgn(Asp)n(Asp)2.95解3.48lgn(HAsp)n(HAsp)n(Asp)0.295n(HAsp)依題意n(Asp)n(HAsp)0.65g0.0036mol-1180gmol解得n(HAsp)=0.0028mol可吸取阿司匹林的質(zhì)量=0.0028mol×180.2g·mol-1=0.50g9.在500mL0.20mol·L-1C2H5COOH（丙酸，用HPr表示）溶液中加入NaOH1.8g，求所得溶液的近似pH和校正后的精確pH。已知C2H5COOH的pKa=4.87，忽略加入NaOH引起的體積變化。解⑴求近似pHpH=palgn(Pr-)4.87lg1.8g/40gmol-14.78Kn(HPr)0.500L0.20molL-11.8g/40gmol-1⑵求精確pH，丙酸鈉是強電解質(zhì)I=1∑cizi2=1(0.045mol×12+0.045mol×12)=0.09mol·L-1≈0.1mol·L-1220.500L0.500L當Z=0，I=0.10時，校正因數(shù)(B)0.11lg(HB)pH=pKalgn(Pr)lg(Pr)4.78(0.11)4.67n(HPr)(HPr)10.某醫(yī)學(xué)研究中，制作動物組織切片晌需pH約為7.0的磷酸鹽緩沖液作為固定液。該固定液的配方是：將29gNa2HPO4·12H2O和2.6gNaH2PO4·2H2O分別溶解后稀釋至1L。若校正因數(shù)**lg(HPO42)=-0.53，計算該緩沖溶液的精確pH。(H2PO4-)解c(Na2HPO4)=29g=0.081mol·L-1358.0gmol11Lc(NaH2PO4)=2.6g=0.017mol·L-1156gmol11LpH=pK+(HPO42)+lgc(HPO42)=7.21+(-.0.53)+lg0.081molL1a2(H2PO4-)c(H2PO4)0.017molL1=7.3611.將0.10mol·L-1HAc溶液和0.10mol·L-1NaOH溶液以3:1的體積比混雜，求此緩沖溶液的pH及緩沖容量。解HAc溶液和NaOH溶液的體積分別為3V和V，c(HAc)=(0.10×3V-0.10×V)mol·L-1/(3V+V)=0.050mol·L-1c(Ac-)=0.10mol·L-1×V/(3V+V)=0.025mol·L-1pH4.75lg0.025molL-14.450.050molL-12.3030.050molL-10.025molL-10.038molL1(0.0500.025)molL-112.某生物化學(xué)實驗中需用巴比妥緩沖溶液，巴比妥(C8H12N2O3)為二元有機酸（用H2Bar表示，pKa1＝7.43)。今稱取巴比妥18.4g，先加蒸餾水配成100mL溶液，在pH計監(jiān)控下，加入6.00mol·L-1NaOH溶液4.17mL，并使溶液最后體積為1000mL。求此緩沖溶液的pH和緩沖容量。（已知巴比妥的Mr=184g·mol-1）解H2Bar與NaOH的反應(yīng)為H2Bar(aq)+NaOH(aq)＝NaHBar(aq)+H2O(l)反應(yīng)生成的NaHBar的物質(zhì)的量n(NaHBar)＝c(NaOH)V(NaOH)＝6.0mol·L-1×4.17mL＝25mmol，節(jié)余H2Bar的物質(zhì)的量為n余(HBar)＝n(HBar)-n(NaOH)＝18.4g×1000-25mmol＝75mmol22**pH＝pKa+lgn(HBar)＝7.43+lg25mmol＝6.95n(H2Bar)75mmolβ＝2.303×(75mmol/1000mL)(25mmol/1000mL)＝0.043mol·L-1(7525)mmol/1000mL)13.分別加NaOH溶液或HCl溶液于檸檬酸氫鈉（縮寫Na2HCit）溶液中。寫出可能配制的緩沖溶液的抗酸成分、抗堿成分和各緩沖系的理論有效緩沖范圍。若是上述三種溶液的物質(zhì)的量濃度相同，它們以何種體積比混雜，才能使所配制的緩沖溶液有最大緩沖容量?（已知H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40）`解.有效緩沖β最大時體溶液組成緩沖系抗酸成分抗堿成分范圍積比Na2HCit+HH2Cit--HCit3.76~5.7HCit2-H2Cit-2:1Cl2-6Na2HCit+HH3Cit-H2Cit2.13~4.1H2Cit-H3Cit2:3Cl-3Na2HCit+N5.40~7.4HCit2--Cit3-Cit3-HCit2-2:1aOH014.現(xiàn)有(1)0.10mol·L-1NaOH溶液，(2)0.10mol·L-1NH3溶液，(3)0.10mol·L-1Na2HPO4溶液各50mL，欲配制pH=7.00的溶液，問需分別加入0.10mol·L-1HCl溶液多少mL？配成的三種溶液有無緩沖作用？哪一種緩沖能力最好？解⑴HCl與NaOH完好反應(yīng)需HCl溶液50mL。⑵HCl(aq)+NH3·H2O(aq)=NH4Cl(aq)+H2O(l)NH4+的pKa=14.00-4.75=9.25，**7.009.25lg0.10molL150mL0.10molL1V(HCl)0.10molL1V(HCl)解得V(HCl)=50mL⑶HCl(aq)+Na2HPO4(aq)=NaH2PO4(aq)+NaCl(aq)H3PO4的pKa2=7.21，7.007.21lg0.10molL150mL0.10molL1V(HCl)0.10molL1V(HCl)解得V(HCl)=31mL第一種混雜溶液無緩沖作用；第二種pH<pKa-1，無緩沖能力；第三種緩沖作用較強。15.用固體NH4Cl和NaOH溶液來配制1L總濃度為0.125mol·L-1，pH=9.00的緩沖溶液，問需NH4Cl多少克？求需1.00mol·L-1的NaOH溶液的體積（mL）。解設(shè)需NH4Cl的質(zhì)量為xgpKa(NH4+)=14.00-4.75=9.259.009.25lg1.00molL1V(NaOH)1.00molL1V(NaOH)x/53.5gmol-1得1.00mol·L-1×V(NaOH)=0.562[x/53.5g·mol-1-1.00mol·L-1×V(NaOH)]又[1.00mol·L-1×VNaOH)+0.562(x/53.5g·mol-1-1.00mol·L-1×V(NaOH))]/1L=0.125mol·L-1解得x=6.69,V(NaOH)=0.045L即：需NH4Cl6.69g，NaOH溶液0.045L。16.用0.020mol·L-1H3PO4溶液和0.020mol·L-1NaOH溶液配制100mLpH=7.40的生理緩沖溶液，求需H3PO4溶液和NaOH溶液的體積（mL）。解設(shè)第一步反應(yīng)需H3PO4和NaOH溶液體積各為xmL⑴H3PO4(aq)+NaOH(aq)=NaH2PO4(aq)+H2O(l)**xmLH3PO4與xmLNaOH完好反應(yīng)，生成NaH2PO40.020mol·L-1×xmL=0.020xmmol⑵第二步反應(yīng)：設(shè)生成的NaH2PO4再部分與NaOHymL反應(yīng)，生成Na2HPO4，其與節(jié)余NaH2PO4組成緩沖溶液NaH2PO4(aq)+NaOH(aq)=Na2HPO4(aq)+H2O(l)初步量mmol+0.020x+0.020y變化量mmol-0.020y-0.020y+0.020y平衡量mmol0.020(x-y)0+0.020y7.407.210.020ymmollgy)mmol0.020(xy=1.55xy依題意又有2x+y=100解得x=38.4，y=23.2即需H3PO4溶液38.4mL，NaOH溶液(38.4+23.2)mL=61.6mL。17.今欲配制37℃時，近似pH為7.40的生理緩沖溶液，計算在Tris和Tris·HCl濃度均為0.050mol·L-1的溶液l00mL中，需加入0.050mol·L-1HCl溶液的體積（mL）。在此溶液中需加入固體NaCl多少克，才能配成與血漿等滲的溶液？（已知Tris·HCl在37℃時的pKa＝7.85，忽略離子強度的影響。）解⑴n(Tris)7.407.85lgn(TrisHCl)-1-10.0500molL100mL-0.0500molLV(HCl)7.85lg-1-10.0500molL100mL0.0500molLV(HCl)0.355100V(HCl)100V(HCl)V(HCl)=47.6mL⑵設(shè)加入NaClxg，血漿浸透濃度為300mmol·L-1**c(Tris)0.050molL1100mL0.050molL147.6mL=0.018mol·L-1147.6mLc(TrisHCl)0.050molL1100mL0.050molL147.6mL=0.050mol·L-1147.6mL（0.018+2×0.050）mol·L-1+2xg1000mLL1·L-1mol10.300mol58.5g147.6mLx=0.79，即需加入NaCl0.79g18.正常人體血漿中，[HCO3]＝24.0mmol·L-1、[CO2(aq)]＝1.20mmol·L-1。若某人因腹瀉使血漿中[HCO3]減少到為原來的90%，試求此人血漿的pH，并判斷可否會引起酸中毒。已知H2CO3的pKa1ˊ=6.10。解[HCO3]24mmolL10.907.36pH=pKa1′lg6.10lg1.2mmolL1[CO2(aq)]pH雖湊近7.35，但由于血液中還有其他緩沖系的共同作用，不會引起酸中毒。ExercisesHowdotheacidandbasecomponentsofabufferfunction?Whyaretheytypicallyaconjugateacid-basepair?SolutionAbuffersolutionconsistsofaconjugateacid-basepair.Theconjugatebasecanconsumetheaddedstrongacid,andtheconjugateacidcanconsumetheaddedstrongbase,tomaintainpH。Theconjugateacid-basepairsofweakelectrolytespresentinthesamesolutionatequilibrium.2.WhenH3O+isaddedtoabuffer，doesthepHremainconstantordoesitchangeslightly？Explain.SolutionThepHofabufferdependsonthepKaoftheconjugateacidandthebuffercomponentratio.WhenH3O+isaddedtoabuffer，thebuffercomponentratiochangesslightly，sothepHchangesslightly.**3.AcertainsolutioncontainsdissolvedHClandNaCl.Whycan’tthissolutionactasabuffer?SolutionThissolutioncan’tactasabuffer.HClisnotpresentinsolutioninmolecularform.Therefore,thereisnoreservoirofmoleculesthatcanreactwithaddedOH

-ions.

LikewisetheCl-

doesnotexhibitbasebehaviorinwater,soitcannotreactwithanyH

3O+

addedtothesolution.4.Whatistherelationshipbetweenbufferrangeandbuffer-componentratio?Solution

ThepHofabufferdependsonthebuffercomponentratio.When[B

-]/[HB]=1,pH=p

Ka,thebufferismosteffective.Thefurtherthebuffer-componentratioisfrom1

，thelesseffectivethebufferingactionis.Practically,ifthe[B

-]/[HB]ratioisgreaterthan10orlessthan0.1,thebufferispoor.ThebufferhasaeffectiverangeofpH=pKa±1.5.Choosespecificacid-baseconjugatepairsofsuitableforpreparethefollowingbeffers（UseTable4-1for

Ka

ofacidor

Kb

ofbase

）：a）pH≈4.0；（b）pH≈7.0；（c）[H3O+]≈1.0×10-9mol·L-1；Solution（a）HAcandAc-（b）H2PO4andHPO24（c）NH4andNH3Choosethefactorsthatdeterminethecapacityofabufferfromamongthefollowingandexplainyourchoices.(a)Conjugateacid-basepair(b)pHofthebuffer(c)Bufferranger(d)Concentrationofbuffer-componentreservoirs(e)Buffer-componentratio

(f)p

Ka

oftheacidcomponentSolutionChoose(d)and(e).Buffercapacitydependsonboththeconcentration

ofthereservoirsandthebuffer-componentratio.Themoreconcentratedthecomponentsofabuffer,**thegreaterthebuffercapacity.Whenthecomponentratioisclosetoone,abufferismosteffective.WouldthepHincreaseordecrease,andwoulditdosotoalargerorsmallextent,ineachofthefollowingcases:(a)Add5dropsof0.1mol-1NaOHto100mLof0.5mol-1acetatebuffer·L·L(b)Add5dropsof0.1mol·L-1HClto100mLof0.5mol·L-1acetatebuffer(c)Add5dropsof0.1mol-1NaOHto100mLof0.5mol-1HCl·L·L(d)Add5dropsof0.1mol·L-1NaOHtodistilledwaterSolution（a）ThepHincreasestoasmallextent;（b）ThepHdecreasestoasmallextent;（c）ThepHincreasestoasmallextent;（d）ThepHincreasestoalargerextent.8.Whichofthefollowingsolutionswillshowbufferproperties?(a)100mLof0.25mol·L-1NaC3H5O3+150mLof0.25mol·L-1HCl(b)100mLof0.25mol-1NaC3H5O3+50mLof0.25mol-1HCl·L·L(c)100mLof0.25mol·L-1NaC3H5O3+50mLof0.25mol·L-1NaOH(d)100mLof0.25mol-1C3H5O3H+50mLof0.25mol-1NaOH·L·LSolution(b)and(d)9.AchemistneedsapH10.5buffer.ShouldsheuseCH3NH2andHClorNH3andHCltoprepareit?Why?Whatisthedisadvantageofchoosingtheotherbase?SolutionThepKofCH3NHHClis10.65.ThepKaofNH4is9.25.ThepKaoftheformerisa2·morecloseto10.5.AbufferismoreeffectivewhenthepHisclosetopKa.SheshouldchooseCH3NH2.Theotherisnotagoodchoice.10.Anartificialfruitcontains11.0goftartaricacidH2C4H4O6，and20.0gitssalt，**potassiumhydrogentartrate，perliter.WhatisthepHofthebeverage？Ka1=1.0×10-320.0gSolutionpHpKa1n(