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本文格式為Word版,下載可任意編輯——無機及分析化學答案1
第1章物質的聚集狀態(tài)
1-14醫(yī)學上用的葡萄糖(C6H12O6)注射液是血液的等滲溶液,測得其凝固點比純水降低了0.543℃,(1)計算葡萄糖溶液的百分含量;(2)假使血液的溫度為37℃,血液的滲透壓是多少?解:(1)?Tf?Kf(H2O)?b(C6H12O6)
b(C6H12O6)??Tf/Kf(H2O)?0.543℃/1.86K?kg?mol?0.292mol?kg-1-1
w?0.292?180/(0.292?180?1000)?0.0499??c?R?T
(2)?0.292mol?L?1?8.314kPa?L?mol?753kPa?1?K?1?(273.15?37)K
1-15孕甾酮是一種雌性激素,它含有9.5%H、10.2%O和80.3%C,在5.00g苯中含有0.100g的孕甾酮的溶液在5.18℃時凝固,孕甾酮的相對分子質量是多少?分子式是什么?
解:?Tf?Tf?Tf??[278.66?(273.15?5.18)]K?0.33K
?Tf?Kf(苯)?b(孕甾酮)?Kf(苯)?m(孕甾酮)/[M(孕甾酮)?m(苯)]
M(孕甾酮)?Kf(苯)?m(孕甾酮)/[?Tf?m(苯)]?[5.12?10?0.100/(0.33?5.00)]g?mol?310.30g?mol?13?1
C∶H∶O=310.30×80.3%/12.011∶310.30×9.5%/1.008∶310.30×
10.2%/16.00
=21∶29∶2
所以孕甾酮的相對分子質量是310.30,分子式是C21H29O2。1-16海水中含有以下離子,它們的質量摩爾濃度分別為:
b(Cl)?0.57mol?kgb(Na)?0.49mol?kg???1;b(SO42?)?0.029mol?kg?1;b(HCO3?)?0.002mol?kg?1;;b(Mg2??1)?0.055mol?kg?1;b(K?)?0.011mol?kg?1;
b(Ca2?)?0.011mol?kg?1;
試計算海水的近似凝固點和沸點。
?Tf?Kf(H2O)?b解:?[1.86?(0.57?0.029?0.002?0.49?0.055?0.011?0.011)]K
?2.17KTf?273.15K?2.17K?270.98K
?Tb?Kb(H2O)?b?[0.52?(0.57?0.029?0.002?0.49?0.055?0.011?0.011)]K?0.61KTb?373.15K?0.61K?373.76K
1-17取同一種溶膠各20.00mL分別置于三支試管中。欲使該溶膠聚沉,至少在第一支試管參與4.0mol·L-1的KCl溶液0.53mL,在其次支試管中參與0.05mol·L-1的Na2SO4溶液1.25mL,在第三支試管中參與0.0033mol·L-1的Na3PO4溶液0.74mL,試計算每種電解質溶液的聚沉值,并確定該溶膠的電性。解:第一支試管聚沉值:
4.0mol?L?1?0.53mL?1000/(20.00?0.53)mL?1?1.0?10mmol?L2
其次支試管聚沉值:
0.050mol?L?1?1.25mL?1000/(20.00?1.25)mL?2.9mmol?L?1
第三支試管聚沉值:溶膠帶正電。
0.0033mol?L?1?0.74mL?1000/(20.00?0.74)mL?1
?0.12mmol?L其次章化學反應的一般原理
2-1苯和氧按下式反應:
C6H6(l)?152O2(g)?6CO2(g)?3H2O(l)
在25℃100kPa下,0.25mol苯在氧氣中完全燃燒放出817kJ的熱量,求C6H6
?的標準摩爾燃燒焓?cH?m和該燃燒反應的?rUm。
1?nB?(?0.25mol)/(?1)?0.25mol解:????B
?cH?m??rH?m??rH????817kJ0.25mol??3268kJ?mol?1
?rUm??rHm??ngRT??3268kJ?mol??3264kJ?mol-1-1???[(6?15/2)?8.314?10?3?298.15]kJ?mol?1
2-2利用附錄Ⅲ的數(shù)據,計算以下反應的?rH?。m(1)Fe3O4(s)?4H2(g)?3Fe(s)?4H2O(g)(2)2NaOH(s)?CO2(g)?Na2CO3(s)?H2O(l)(3)4NH3(g)?5O2(g)?4NO(g)?6H2O(g)(4)CH3COOH(l)?2O2(g)?2CO2(g)?2H2O(l)
?rHm?4?fHm(H2O,g)??fHm(Fe3O4,s)???解:(1)?[4?(?241.8)?(?1118.4)]kJ?mol?151.2kJ?mol?1?1
(2)
?rHm??fHm(H2O,l)??fHm(Na2CO3,s)?2?fHm(NaOH,s)??fHm(CO2,g)?[(?285.8)?(?1130.68)?2?(?425.609)?(?393.509)]kJ?mol??171.8kJ?mol??1?1?????
?rHm?6?fHm(H2O,g)?4?fHm(NO,g)?4?fHm(NH3,g)???(3)?[6?(?241.8)?4?90.25?4?(?46.11)]kJ?mol??905.4kJ?mol???1???1
?rHm?2?fHm(H2O,l)?2?fHm(CO2,g)??fHm(CH3COOH,l)(4)?[2?(?285.8)?2?(?393.509)?(?485.76)]kJ?mol??872.9kJ?mol?1?1
2-5計算以下反應在298.15K的?rH?,?rS?和?rG?,并判斷哪些反應能自發(fā)mmm向右進行。
(1)2CO(g)?O2(g)?2CO2(g)
(2)4NH3(g)?5O2(g)?4NO(g)?6H2O(g)(3)Fe2O3(s)?3CO(g)?2Fe(s)?3CO2(g)
(4)2SO2(g)?O2(g)?2SO3(g)
?rHm?2?fHm(CO2,g)?2?fHm(CO,g)???解:(1)?[2?(?393.509)?2?(?110.525)]kJ?mol??565.968kJ?mol???1???1
?rSm?2Sm(CO2,g)?2Sm(CO,g)?Sm(O2,g)?[2?213.74?2?197.674?205.138]J?mol??173.01J?mol???1?1?K?1
?K?1?rGm?2?fGm(CO2,g)?2?fGm(CO,g)?[2?(?394.359)?2?(?137.168)]kJ?mol??514.382kJ?mol???1
?1?rGm?0,反應能自發(fā)向右進行???。??rHm?4?fHm(NO,g)?6?fHm(H2O,g)?4?fHm(NH3,g)(2)?[4?90.25?6?(?241.818)?4?(?46.11)]kJ?mol??905.47kJ?mol???1????1
?rSm?4Sm(NO,g)?6Sm(H2O,g)?4Sm(NH3,g)?5Sm(O2,g)?[4?210.761?6?188.825?4?192.45?5?205.138]]J?mol?180.50J?mol???1?1?K?1
?K?1?rGm?4?fGm(NO,g)?6?fGm(H2O,g)?4?fGm(NH3,g)?[4?86.55?6?(?228.575)?4?(?16.45)]kJ?mol??959.45kJ?mol????1
?1?rGm?0,反應能自發(fā)向右進行???。??rHm?3?fHm(CO2,g)?3?fHm(CO,g)??fHm(Fe2O3,s)(3)?[3?(?393.509)?3?(?110.525)?(?824.2)]kJ?mol??24.8kJ?mol???1????1
?rSm?3Sm(CO2,g)?2Sm(Fe,s)?3Sm(CO,g)?Sm(Fe2O3,s)?[3?213.74?2?27.28?3?197.674?87.4]J?mol?15.4J?mol???1?1?K?1
?K?1?rGm?3?fGm(CO2,g)?3?fGm(CO,g)??fGm(Fe2O3,s)?[3?(?394.359)?3?(?137.168)?(?742.2)]kJ?mol??29.6kJ?mol????1
?1?rGm?0,反應能自發(fā)向右進行。
?rHm?2?fHm(SO3,g)?2?fHm(SO2,g)???(4)?[2?(?395.72)?2?(?296.830)]kJ?mol??197.78kJ?mol???1???1
?rSm?2Sm(SO3,g)?2Sm(SO2,g)?Sm(O2,g)?[2?256.76?2?248.22?205.138]J?mol??188.06J?mol?K???1?1??1?K?1
?rGm?2?fGm(SO3,g)?2?fGm(SO2,g)?[2?(?371.06)?2?(?300.194)]kJ?mol??141.73kJ?mol??1
?1?rGm?0,反應能自發(fā)向右進行。2-7不用熱力學數(shù)據定性判斷以下反應的?rS?是大于零還是小于零。m(1)Zn(s)?2HCl(aq)?ZnCl2(aq)?H2(g)(2)CaCO3(s)?CaO(s)?CO2(g)(3)NH3(g)?HCl(g)?NH4Cl(s)(4)CuO(s)?H2(g)?Cu(s)?H2O(l)
解:反應(1),(2)均有氣體產生,為氣體分子數(shù)增加的反應,?rS??0;m反應(3),(4)氣體反應后分別生成固體和液體,?rS??0。m?2-8計算25℃,100kPa下反應CaCO3(s)?CaO(s)?CO2(g)的?rH?和,?Smrm并判斷:
(1)上述反應能否自發(fā)進行?
(2)對上述反應,是升高溫度有利?還是降低溫度有利?(3)計算使上述反應自發(fā)進行的最低溫度。
?rHm??fHm(CaO,s)??fHm(CO2,g)??fHm(CaCO????3,s)解:(1)?[?393.509?635.09?1206.92]kJ?mol?178.32kJ?mol????1??1
?rSm?Sm(CaO,s)?Sm(CO2,g)?Sm(CaCO?[39.75?213.74?92.9]J?mol?160.6J?mol?1?13,s)?K?1
?K?1
?rGm??rHm?T?fSm?[178.32?298.15?160.6?10?130.4kJ?mol?1?3???]kJ?mol?1
?0反應不能自發(fā)進行。
??(2)?rH??0,?rSm?0,升高溫度對反應有利,有利于?rGm?0。m(3)反應自發(fā)進行的條件為?rG??0m?rGm??rHm?T?fSm?0?T??rHm?rS?m?????178.32160.6?10?3?1110K
2-10已知以下化學反應在298.15K時的平衡常數(shù),計算反應
CuO(s)?Cu(s)?1/2O2(g)的平衡常數(shù)K。
θ
(1)CuO(s)?H2(g)?Cu(s)?H2O(g)K1??2?1015
22(2)1/2O2(g)?H2(g)?H2O(g)K??5?102解:反應(1)-(2)為所求反應,根據多重平衡規(guī)則:
K??K1K??2?2?105?101522?4?10?8
2-13密閉容器中的反應CO(g)?H2O(g)?CO2(g)?H2(g)在750K時其
K??2.6,求:
(1)當原料氣中H2O(g)和CO(g)的物質的量之比為1∶1時,CO(g)的平衡轉化率為多少?
(2)當原料氣中H2O(g)∶CO(g)為4∶1時,CO(g)的平衡轉化率為多少?說明什么問題?
CO(g)?H2O(g)?CO2(g)?H2(g)起始n/mol1100解:(1)V,T不變平衡n/mol1?x1?xxx
?n?2(1?x)?2x?21?x2?平衡分壓K??p總1?x2p總??1x2p總?x2?1p總?[p(H2)/P][p(CO2)/p][p(H2O)/p][p(CO)/p]
?x??1?x?2.6??????2??2?2?2?x?0.62
?(CO)?62%
CO(g)?H2O(g)?CO2(g)?H2(g)起始n/mol1400(2)V,T不變平衡n/mol1?x4?xxx
?n?1?x?4?x?2x?5平衡分壓K??1?x5p總?4?x5p總?x5?1p總x5p總??1?[p(H2)/P][p(CO2)/p][p(H2O)/p][p(CO)/p]
?x??1?x??4?x?2.6????????5??5??5??(CO)?90%2?1?1?x?0.90
H2O(g)的濃度增大,CO(g)的平衡轉化率增大,利用廉價的H2O(g),使CO(g)盡量反應完全。
2-15已知尿素CO(NH2)2的?fG???197.15kJ?molm298.15K時的?rG?和Kθ。m2NH3(g)?CO2(g)?H2O(g)?CO(NH2)2(s)
?1,求以下尿素的合成反應在
解
?rGm??fGm(H2O,g)??fGm(CO(NH2)2,s)?2?fGm(NH3,g)??fGm(CO2,g)?(?228.575?197.15?2?16.45?394.359)kJ?mol?1.53kJ?m?1?1?????:
olgK????rGm2.303RT???1.53?1032.303?8.314?298.15??0.268,K=0.540
θ
2-18已知反應2SO2(g)?O2(g)?2SO3(g)在427℃和527℃時的Kθ值分別為1.0×105和1.1×102,求該反應的?rH?。m解:lnK1????rHm?11???????R?T1T2??K2
ln1.0?101.1?10?52???rHm8.314?102??311?????
427?273.15527?273.15???rHm??3.2?10kJ?mol?1
第3章定量分析基礎
3-1在標定NaOH時,要求消耗0.1mol·L-1NaOH溶液體積為20~30mL,問:(1)應稱取鄰苯二甲酸氫鉀基準物質(KHC8H4O4)多少克?(2)假使改用草酸(H2C2O4·2H2O)作基準物質,又該稱取多少克?
(3)若分析天平的稱量誤差為±0.0002g,試計算以上兩種試劑稱量的相對誤差。(4)計算結果說明白什么問題?
解:(1)NaOH?KHC8H4O4?KNaC8H4O4?H2O
滴定時消耗0.1mol·L-1NaOH溶液體積為20mL,所需稱取的KHC8H4O4量為:m1?0.1mol?L?1?20mL?10?3?204g?mol?1?0.41g
滴定時消耗0.1mol·L-1NaOH溶液體積為30mL,所需稱取的KHC8H4O4量為:m1?0.1mol?L?1?30mL?10?3?204g?mol?1?0.61g
因此,應稱取KHC8H4O4基準物質0.41~0.61g。(2)2NaOH?H2C2O4?Na2C2O4?2H2O
滴定時消耗0.1mol·L-1NaOH溶液體積為20mL和30mL,則所需稱取的草酸基準物質的質量分別量為:
m1?m2?1212?0.1mol?L?1?20mL?10?30mL?10?3?126g?mol?126g?mol?1?0.13g?0.19g
?0.1mol?L?1?3?1因此,應稱取草酸基準物質0.13~0.19g。
(3)若分析天平的稱量誤差為±0.0002g,則用鄰苯二甲酸氫鉀作基準物質時,其稱量的相對誤差為:
Er1??0.00020.41?100%??0.049%,Er2??0.00020.61?100%??0.033%
用草酸作基準物質時,其稱量的相對誤差為:
Er1??0.00020.13?100%??0.15%,Er2??0.00020.19?100%??0.1%
(4)通過以上計算可知,為減少稱量時的相對誤差,應選擇摩爾質量較大的物質作為基準物質。
3-3某試劑經分析測得含錳質量分數(shù)為41.24%,41.27%,41.23%和41.26%。求分析結果的平均偏差、相對平均偏差、標準偏差和相對標準偏差。解:x?41.24?41.27?41.23?41.264%?41.25%
d??x1?x?x2?x?x3?x?x4?x40.01?0.02?0.02?0.014%?0.015%
dr?dx?100%?0.015A.25"?100%?0.036%
22s?d1?d2?d3?d44?122?0.01?0.0222?0.02?0.014?1?0.018%
CV?sx?100%?0.018A.25%?100%?0.044%
3-4分析血清中鉀含量,5次測定結果分別為0.160mg·mL-1,0.152mg·mL-1,0.154mg·mL-1,0.156mg·mL-1,0.153mg·mL-1。計算置信度為95%時平均值的置信區(qū)間。解:x?0.160?0.152?0.154?0.156?0.1535?0.155mg?mL2?1
?1s?0.0052?0.0032?0.0015?12?0.0012?0.002?0.0032mg?mL
置信度為95%時,t95%=2.78,則:
??x?tsn?0.155?2.78?0.00325?(0.155?0.004)mg?mL?1
即平均值的置信區(qū)間為0.151~0.159mg·mL-1。
3-5某銅合金中銅的質量分數(shù)測定結果為20.37%,20.40%,20.36%。計算標準偏差s及置信度為90%時的置信區(qū)間。解:x?20.37?20.40?20.363%?20.38%
s?0.00012?0.00023?12?0.00022?0.0002
置信度為90%時,t90%=2.92,則:
??x?tsn?0.2038?2.92?0.00023?(0.2038?0.0003)
即置信區(qū)間為0.2035~0.2041。
3-7標定NaOH溶液時,得以下數(shù)據:0.1014mol·L-1,0.1012mol·L-1,0.1011mol·L-1,0.1019mol·L-1。用Q檢驗法進行檢驗,0.1019是否應當舍棄(置信度為90%)?解:Q?0.1019?0.10140.1019?0.1011?0.62
當n=4,Q(90%)=0.76>0.62,因此,該數(shù)據不能舍棄。3-8按有效數(shù)字運算規(guī)則,計算以下各式:(1)2.187?0.854?9.6?10?2?0.0326?0.00814;(2)(3)
0.01012?(25.44?10.21)?26.9621.0045?10009.82?50.620.005164?136.6;
;
(4)pH=4.03,計算H+濃度。
解:(1)①首位大于8的數(shù),多算一位有效數(shù)字:
原式?2.187?0.854?0.096?0.0326?0.00814?1.868?0.096?0.000265?1.964
②首位大于8的數(shù),不多算一位有效數(shù)字:
原式?2.187?0.854?0.096?0.0326?0.00814?2.19?0.854?0.096?0.000265?1.87?0.096?0.000265?1.97原式?0.01012?15.23?26.9621.004?10004.1551004?0.004138?0.01012?15.23?26.961004
(2)
?
(3)①首位大于8的數(shù),多算一位有效數(shù)字:
原式?497.10.7054?704.7
②首位大于8的數(shù),不多算一位有效數(shù)字:
原式?9.82?50.60.7054?4970.7054?4970.705?705
(4)pH=4.03,則[H+]=9.3×10-5mol·L-1。
第4章酸堿平衡與酸堿滴定
4-4已知以下各種弱酸的Ka?,求它們的共軛堿的Kb?,并比較各共軛堿的相對強弱。
?10?4(1)K?(2)K?(HCN)?6.2?10(HCOOH)?1.8?10aa?5??10(3)K?(C6H5COOH苯甲酸)?6.2?10(4)Ka(C6H5OH苯酚)?1.1?10a??5?2?10(HAsO2)?6.0?10(5)K?(6)K?(H2C2O4)?5.4?10,Ka?6.4?10aa12解:(1)K??bKwK?a??1.0?106.2?101.0?101.8?101.0?106.2?101.0?101.1?101.0?106.0?10?14?10?1.6?10?5
(2)K??bKwK?a??14?4??5.6?10?11
(3)K??bKwK?a??14?5??1.6?10?10
(4)K??bKwKa????14?10??9.1?10?5
(5)K??bKwK?a?14?10??1.7?10?5
KwK?a1?(6)K?b1?KwK?a2??1.0?106.4?10?14?5?1.5?10?10K?b2??1.0?105.9?102??14?2?1.7?10?13
?堿性強弱:C6H5O??AsO?2?CN??C6H5COO??C2O4?HCOO??HC2O4
4-5用質子理論判斷以下物質哪些是酸?并寫出它的共軛堿。哪些是堿?寫出它的共軛酸。其中哪些既是酸又是堿?
H2PO4,CO?2?3,NH3,NO3,H2O,HSO??4,HS,HCl?
解:酸
共軛堿堿共軛酸既是酸又是堿
H2PONH3?4HPO2?4H2PONH3?4H3PONH?44H2PONH3?4NH?2?H2OHSO?4OH?H2OHSO?4H3OH2OHSO?4SO2?4H2SO4H2SHSHCl?S2?HSCO?HS?3?Cl-2?3HCONO?3HNO34-6寫出以下化合物水溶液的PBE:
(1)H3PO4(2)Na2HPO4(3)Na2S(4)NH4H2PO4(5)Na2CO3(6)NH4Ac(7)HCl+HAc(8)NaOH+NH3
解:(1)H3PO4:c(H?)?c(H2PO?)?2c(HPO42?4)?3c(PO3?4)?c(OH)
?3??)?2c(H3PO4)?c(PO4)?c(OH)(2)Na2HPO4:c(H?)?c(H2PO?4(3)Na2S:c(H?)?c(HS?)?2c(H2S)?c(OH?)(4)NH4H2PO4:c(H?)?c(H3PO4)?c(NH3)?c(HPO2?4)?2c(PO3?4)?c(OH)
???)?2c(H2CO3)?c(OH)(5)Na2CO3:c(H?)?c(HCO3(6)NH4Ac:c(H?)?c(HAc)?c(NH3)?c(OH?)(7)HCl+HAc:c(H?)?c(Ac?)?c(Cl?)?c(OH?)
?)?c(OH)?c(NaOH)(8)NaOH+NH3:c(H?)?c(NH?4?2?1.2?10,計算0.404-8H2SO4第一級可以認為完全解離,其次級解離常數(shù)K?a2mol·L-1H2SO4溶液中各種離子的平衡濃度。
HSO?4?H??SO2?4解:起始濃度/mol?L?10.400.400
平衡濃度/mol?L0.40?x0.40?xx1.2?10?2-1?x(0.40?x)/(0.40?x)
x?0.011mol?Lc(H)?(0.40?0.011)mol?L???1
?1?1?0.41mol?L?14
?1c(OH)?Kwc(H)???1.0?100.41?14?2.44?10mol?L
c(HSO?4)?(0.40?0.011)mol?Lc(SO2?4?1?0.39mol?L?1?1
)?0.011mol?L
4-10計算濃度為0.12mol·L-1的以下物質水溶液的pH(括號內為pK?值):a(1)苯酚(9.89)(2)丙烯酸(4.25)(3)氯化丁基胺(C4H9NH3Cl)(9.39)(4)吡啶的硝酸鹽(C5H5NHNO3)(5.25)解:(1)c(H?)?(2)c(H?)?(3)c(H?)?(4)c(H?)?caKa?caKa?caKa?caKa?????0.12?100.12?100.12?100.12?10?9.89?3.9?10?2.6?10?7.0?10?8.2?10?6pH?5.41pH?2.59pH?5.15pH?3.09
?4.25?3?9.39?6?5.25?44-13現(xiàn)有一份HCl溶液,其濃度為0.20mol·L-1.
(1)欲改變其酸度到pH=4.0應參與HAc還是NaAc?為什么?
(2)假使向該溶液中參與等體積的2.0mol·L-1NaAc溶液,溶液的pH是多少?(3)假使向該溶液中參與等體積的2.0mol·L-1HAc溶液,溶液的pH是多少?(4)假使向該溶液中參與等體積的2.0mol·L-1NaOH溶液,溶液的pH是多少?解:(1)應參與堿NaAc。
(2)參與等體積的2.0mol·L-1NaAc溶液后,發(fā)生反應,生成0.1mol·L-1HAc,剩余(2.0-0.20)/2=0.90mol·L-1NaAc。
pH=pKa-lgca/cb=-lg(1.74×10-5)-lg(0.10/0.90)=5.71
(3)參與等體積的2.0mol·L-1HAc溶液后,c(HAc)=1.0mol·L-1,則:
HAc?H??Ac?
1.0?x0.1?xx1.74?10?5?(0.10?x)x/1.0?x
x?1.74?10??4mol?L?4?1
?1c(H)?0.10?1.74?10?0.10mol?L
pH?1
(4)參與等體積的2.0mol·L-1NaOH溶液后,發(fā)生化學反應,反應剩余0.9mol·L-1NaOH,則:
pOH??lg0.9?0.05
pH?14.00?0.05?13.95
?34-14人體中的CO2在血液中以H2CO3和HCO液中H2CO3,HCO1存在,若血液的pH為7.4,求血
?3的分布分數(shù)。
?a2?7???11解:H2CO3的K??4.2?10(pK?6.38);K?5.6?10(pKaaa12?10.25)
pH?pK?a?lgca/cb?)7.4?6.38?lgc(H2CO3)/c(HCO3c(H2CO3)c(HCO?3)?n(H2CO3)n(HCO?3)?0.095n(H2CO3)?0.095n(HCO3)
?x(H2CO3)?n(H2CO3)n(H2CO3)?n(HCOx(HCO?3?3)?0.095n(HCO0.095n(HCO?3?3)?3)?n(HCO)?0.087
)?1?x(H2CO3)?1?0.087?0.913
4-29稱取工業(yè)純堿(混合堿)試樣0.8983g,加酚酞指示劑,用0.2896mol·L-1HCl溶液滴定至終點,耗去HCl溶液31.45mL。再加甲基橙指示劑,滴定至終點,又耗去HCl24.10mL。求試樣中各組分的質量分數(shù)。
解:用酚酞做指示劑耗去31.45mLHCl,再用甲基橙做指示劑耗去24.10mLHCl,可知試樣由NaOH和Na2CO3組成。
w(Na2CO3)?24.10?10?3?0.2896?105.99/0.8983?0.8235?3
w(NaOH)?[(31.45?24.10)?10?0.2896?40.01/0.8983?0.09481第5章沉淀溶解平衡與沉淀滴定法
5-1寫出以下難溶電解質的溶度積常數(shù)表達式。AgBr,Ag2S,Ca3(PO4)2,MgNH4AsO4
???解:Ksp(AgBr)?c(Ag)?c(Br)
Ksp(Ag2S)?c(Ag)?c(SKsp(Ca3(PO4)2)?c(CaKsp(MgNH?4?3?2?2?)
23?42?)?c(PO2?)
3?4AsO4)?c(Mg)?c(NH4)?c(AsO?)
5-5已知Zn(OH)2的溶度積為1.2×10-17(25℃),求其溶解度(mol·L-1)。解:設溶解度為xmol·L-1,則:
Ksp(Zn(OH)2)?c(Zn?2?)?c(OH)?4x
2?3所以s?x?(1.2?10?17/4)1/3?1.4?10?6mol?L?1
5-610mL0.10mol·L-1MgCl2和10mL0.010mol·L-1氨水混合時,是否有Mg(OH)2沉淀產生?解
:
Ksp(Mg(OH)2)?1.8?10?1??11,
c(Mg2?)?0.050mol?L?1,
c(NH3)?0.0050mol?L
?5c(OH)??cbKb?2?2?0.0050?1.74?10??2.9?10?42?4mol?L
?9?1Qi?c(Mg)?c(OH)?0.050?(2.9?10)?4.4?10?Ksp
?所以有Mg(OH)2沉淀產生。
5-7在20mL0.50mol·L-1MgCl2溶液中參與等體積的0.10mol·L-1NH3·H2O溶液,有無Mg(OH)2沉淀生成?為了不使Mg(OH)2沉淀析出,至少應參與多少克NH4Cl固體(設參與NH4Cl固體后,溶液的體積不變)?解:c(Mg2?)?0.50mol?L?1/2?0.25mol?L?1
c(NH3)?0.10mol?L?1/2?0.050mol?L?1?5?4?1?0.050?1.74?10?9.3?10mol?L則:c(OH?)?cbK?bQi?c(Mg2?)?c(OH)?0.25?(9.3?102??4)?2.2?102?7?Ksp
?所以有Mg(OH)2沉淀產生。為不生成沉淀,則:
c(OH)??Ksp/c(Mg?2?)?1.8?10?11/0.25?8.5?10?6mol?L?1
參與NH4Cl固體后,形成緩沖溶液
c(OH)?K??bc(NH3?H2O)?c(NH4)?5?c(NH?4)?Kbc(NH?3?H2O)?c(OH)?1
?1.74?10?0.050?68.5?10?0.10mol?Lm(NH4Cl)?0.10?40?10?3?53.5?0.21g
5-9稱取氯化物試樣0.1350g,參與30.00mL0.1120mol·L-1的硝酸銀溶液,然后用0.1230mol·L-1的硫氰酸銨溶液滴定過量的硝酸銀,用去10.00mL。計算試樣中Cl-的質量分數(shù)。解:w?(0.1120?30.00?0.1230?10.00)?100.1350?3?35.45?0.5593
第六章
習題解答
基此題:
6-1.求以下物質中元素的氧化值。
(1)CrO42?中的Cr(2)MnO42?中的Mn
(3)Na2O2中的O(4)H2C2O4?2H2O中的C
解:(1)Cr:+6;(2)Mn:+6;(3)O:?1;(4)C:+3
6-2.以下反應中,哪些元素的氧化值發(fā)生了變化?并標出氧化值的變化狀況。(1)Cl2+H2O=HClO+HCl(2)Cl2+H2O2=2HCl+O2
(3)Cu+2H2SO4(濃)=CuSO4+SO2+2H2O
(4)K2Cr2O7+6KI+14HCl=2CrCl3+3I2+7H2O+8KCl解:(1)Cl:從0?+1和?1;
(2)Cl:從0??1;O:從?1?0;(3)Cu:從0?+2;S:從+6?+4;(4)Cr:從+6?+3;I:從?1?0。6-3.用離子電子法配平以下在堿性介質中的反應式。(1)Br2+OH→BrO3+Br(2)Zn+ClO?→Zn(OH)42?+Cl?(3)MnO4+SO3→MnO4+SO4(4)H2O2+Cr(OH)4→CrO4+H2O
解:(1)Br2+12OH?=2BrO3?+6H2O+10e?
(2e?+Br2=2Br?)×5
6Br2+12OH?=2BrO3?+6H2O+10Br?
?
2?
?
2?
2?
2?
?
?
?
(2)Zn+4OH?=Zn(OH)42?+2e?
H2O+ClO+2e=2OH+Cl
Zn+H2O+2OH?+ClO?=Zn(OH)42?+Cl?
??2?
(3)(MnO4+e=MnO4)×2
2OH?+SO32?=H2O+SO42?+2e?
2MnO4?+2OH?+SO32?=2MnO42?+H2O+SO42?(4)(H2O2+2e=2OH)×3
(4OH?+Cr(OH)4?=CrO42?+4H2O+3e?)×2
3H2O2+2OH?+2Cr(OH)4?=2CrO42?+8H2O
6-4.用離子電子法配平以下在酸性介質中的反應式。(1)S2O8+Mn→MnO4+SO4(2)PbO2+HCl→PbCl2+Cl2+H2O(3)Cr2O7+Fe→Cr+Fe(4)I2+H2S→I?+S
解:(1)(S2O82?+2e?=2SO42?)×5
(4H2O+Mn2+=MnO4?+8H++5e?)×2
5S2O82?+8H2O+2Mn2+=2MnO4?+16H++10SO42?(2)PbO2+4H++2e?=Pb2++2H2O
??2Cl=Cl2+2e
PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2+2H2O(3)Cr2O7+14H+6e=2Cr+7H2O
(Fe=Fe+e)×6
Cr2O72?+14H++6Fe2+=2Cr3++7H2O+6Fe3+(4)I2+2e?=2I?
H2S=S+2H++2e?I2+H2S=2I?+S+2H+
6-5.Diagramgalvaniccellsthathavethefollowingnetreactions.(1)Fe+Cu2+=Fe2++Cu(2)Ni+Pb2+=Ni2++Pb
+2++2+
(3)Cu+2Ag=Cu+2Ag(4)Sn+2H=Sn+H2解:(1)(?)Fe|Fe2+‖Cu2+|Cu(+)(2)(?)Ni|Ni‖Pb|Pb(+)(3)(?)Cu|Cu2+‖Ag+|Ag(+)
(4)(?)Sn|Sn2+‖H+|H2|Pd(+)
6-6.以下物質在一定條件下都可以作為氧化劑:KMnO4,K2Cr2O7,CuCl2,F(xiàn)eCl3,H2O2,I2,Br2,F(xiàn)2,PbO2。試根據標準電極電勢的數(shù)據,把它們按氧化能力的大小順序排列,并寫出它們在酸性介質中的還原產物。
解:氧化能力由大到小排列如下:
F2>H2O2>KMnO4>PbO2>K2Cr2O7>Br2>FeCl3>I2>CuCl2
在酸性介質中的還原產物依次為:
F,H2O,Mn,Pb,Cr,Br,F(xiàn)e,I,Cu
6-7.Calculatethepotentialofacellmadewithastandardbromineelectrodeastheanodeandastandardchlorineelectrodeasthecathode.
Solution:E?(Cl2/Cl?)=1.358V,E?(Br2(l)/Br?)=1.065V
thepotentialofacell:
?
2+
2+
3+
?
2+
?
2+
2+
2+
3+
?
2?
+
?
3+
2?
2+
3+
3+
2?
2+
?
2?
?
?
?
?
?
?
E?=E?(+)?E?(?)=1.358V?1.065V=0.293V
6-8.Calculatethepotentialofacellbasedonthefollowingreactionsatstandardconditions.(1)2H2S+H2SO3→3S+3H2O
?3+2+
(2)2Br+2Fe→Br2+2Fe(3)Zn+Fe2+→Fe+Zn2+(4)2MnO4?+5H2O2+6HCl→2MnCl2+2KCl+8H2O+5O2Solution:(1)0.308V;(2)?0.294V;(3)0.323V;(4)0.828V.
?+2+
6-9.已知MnO4+8H+5e=Mn+4H2OE?=1.51V
Fe3++e=Fe2+E?=0.771V
(1)判斷以下反應的方向
MnO4?+5Fe2++8H+→Mn2++4H2O+5Fe3+
(2)將這兩個半電池組成原電池,用電池符號表示該原電池的組成,標明電池的正、負極,并計算其標準電動勢。(3)當氫離子濃度為10mol?L?1,其它各離子濃度均為1mol?L?1時,計算該電池的電動勢。解:(1)MnO4?+5Fe2++8H+→Mn2++4H2O+5Fe3+
E?+>E??反應正向進行(2)(?)Pt|Fe3+(c1),F(xiàn)e2+(c2)‖MnO4?(c3),Mn2+(c4)|Pt(+)
E?=1.51?0.771=0.739V
c(氧化型)(3)E=E+?E?=E?++0.0592Vlg?E??
nc(還原型)=1.51V+
80.0592Vlg10?0.771V5=0.83V
6-10.已知以下電池Zn|Zn2+(xmol?L?1)‖Ag+(0.10mol?L?1)|Ag的電動勢E=1.51V,求Zn2+離子的濃度。
解:E=E+?E?=1.51V
[E?(Ag+/Ag)+0.0592Vlgc(Ag+)]?[E?(Zn2+/Zn)+0.0592Vlgc(Zn2+)]=1.51V
2[0.799V+0.0592Vlg0.10]?[?0.763V+0.0592Vlgc(Zn2+)]=1.51V
2c(Zn2+)=0.57(mol?L?1)
6-11.為了測定的溶度積,設計了以下原電池
(?)Pb|PbSO4|SO42?(1.0mol?L?1)‖Sn2+(1.0mol?L?1)|Sn(+)
在25?C時測得電池電動勢E?=0.22V,求PbSO4溶度積常數(shù)K?sp。解:查表E?(Sn2+/Sn)=?0.136VE?(Pb2+/Pb)=?0.126V
E?=E?+?E??0.22V=?0.136?E??
E??=E?(PbSO4/Pb)=?0.356V
E?(PbSO4/Pb)=E(Pb/Pb)=E?(Pb/Pb)+
?0.356V=?0.126V+
0.059220.059222+
2+
2?0.0592lgc(Pb)2lgc(Pb)
lgK?sp(PbSO4)/c(SO4)
2?
2+
?0.356V=?0.126V+
lgK?sp(PbSO4)=?7.77K?sp=1.7?10
?8
6-12.根據標準電極電勢計算298K時以下電池的電動勢及電池反應的平衡常數(shù)。(1)(?)Pb|Pb2+(0.1mol?L?1)‖Cu2+(0.5mol?L?1)|Cu(+)
2+?1+?15
(2)(?)Sn|Sn(0.05mol?L)‖H(1.0mol?L)|H2(10Pa)|Pt(+)(3)(?)Pt|H2(105Pa)|H+(1mol?L?1)‖Sn4+(0.5mol?L?1),Sn2+(0.1mol?L?1)|Pt(+)(4)(?)Pt|H2(105Pa)|H+(0.01mol?L?1)‖H+(1.0mol?L?1)|H2(105Pa)|Pt(+)解:(1)E+=0.337V+0.0592Vlg0.5=0.33V
2E?=?0.126V+0.0592Vlg0.1=?0.16V
2E=E+?E?=0.33V?(?0.16V)=0.49V
lgK?=
2?(0.337?0.126)nE?=15.64K?=4.4×1015?0.0592V0.0592(2)E+=E?(H+/H2)=0
E?=?0.136V+0.0592Vlg0.05=?0.17V
2E=E+?E?=0.17V
lgK?=
2?(0?0.136)4nE??4.59K?=3.9×=10
0.05920.0592V2(3)E+=0.151V+0.0592Vlg0.5=0.17V
0.1E?=E?(H/H2)=0
E=E+?E?=0V?0.17V=0.17V
lgK?=
nE?2?0.151==5.10K?=1.3×105
0.0592V0.0592+
(4)E+=E?(H+/H2)=0
E?=0V+
0.05922Vlg0.01=?0.12V
12E=E+?E?=0V+0.12V=0.12V
lgK?=
nE?2?0??0K?=1
0.0592V0.05926-13.試根據以下元素電勢圖回復Cu+,Ag+,Au+,F(xiàn)e2+等離子哪些能發(fā)生歧化反應。
E?A/VCuAg2?????Cu???Ag1.980.153?????Cu????Ag
0.7990.5212??AuFe2????Au????Fe0.7711.40?????Au????Fe
?0.4401.6913?2?解:Cu+,Au+能發(fā)生歧化。
6-14.計算在1mol?L?1HCl溶液中用Fe3+滴定Sn2+的電勢突躍范圍。在此滴定中應選用
什么指示劑?若用所選指示劑,滴定終點是否和化學計量點符合?
解:已知E??(Sn4+/Sn2+)=0.14VE??(Fe3+/Fe2+)=0.70V
突躍范圍:(0.14V+3×0.0592V)=0.23V~(0.70V?3×0.0592V)=0.52V
21選亞甲基藍;E??In=0.36V,與化學計量點Esp=1?0.70?2?0.14=0.33V符合。
36-15.將含有BaCl2的試樣溶解后參與K2CrO4使之生成BaCrO4沉淀,過濾洗滌后將沉淀溶于HCl溶液,再參與過量的KI并用Na2S2O3溶液滴定析出的I2。若試樣為0.4392g,滴定時耗去29.61mL0.1007mol?L?1Na2S2O3標準溶液。計算試樣中BaCl2的質量分數(shù)。
解:有關反應Ba+CrO4=BaCrO4
2CrO42?+6I?+16H+=2Cr3++8H2O+3I2
I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaIn(Ba2+)=n(CrO42?)=2n(I2)=1n(S2O32?)
332?1n(S2O3)M(BaClm(BaCl2)n(BaCl2)M(BaCl2)3w(BaCl2)???msmsms22+2?
)1?0.1007?29.61?103?0.4392?0.4714?3?208.3
6-16.用30.00mLKMnO4溶液恰能氧化一定質量的KHC2O4?H2O,同樣質量的KHC2O4?H2O又恰能被25.20mL0.2000mol?LKOH溶液中和。計算KMnO4溶液的濃度。
解:有關反應2MnO4?+5C2O42?+16H+?2Mn2++10CO2+8H2O
HC2O4+OH?C2O4+H2O
n(MnO4?)=2n(C2O42?)/5n(KHC2O4?H2O)=n(KOH)
c(MnO?4?1
??2?
)??n(MnOV(MnO?4?4))?2n(C2O45V(MnO2??4))?2n(KOH)5V(MnO?4)?12?0.2000?25.20mol?L5?30.00?1
?0.06720mol?L6-17.用KMnO4法測定硅酸鹽樣品中的Ca含量。稱取試樣0.5863g,在一定條件下,將鈣沉淀為CaC2O4,過濾、洗滌沉淀。將洗凈的CaC2O4溶解于稀H2SO4中,用0.05052mol?L?1KMnO4標準溶液滴定,消耗25.64mL。計算硅酸鹽中Ca的質量分數(shù)。
解:n(Ca)=n(C2O42?)=5n(MnO4?)/2
?5n(MnO4)M(Ca)m(Ca)w(Ca)??2msms?35?0.05052?254?10?40.078?20.58632+
?0.22146-18.大橋鋼梁的襯漆用紅丹(Pb3O4)作填料,稱取0.1000g紅丹加HCl處理成溶液后再參與K2CrO4,使定量沉淀為PbCrO4:
Pb+CrO4=PbCrO4?
將沉淀過濾、洗滌后溶于酸并參與過量的KI,析出I2以淀粉作指示劑用0.1000mol?L?1Na2S2O3溶液滴定用去12.00mL,求試樣中Pb3O4的質量分數(shù)。解:2CrO42?+6I?+16H+=2Cr3++8H2O+3I2
2+
2?
I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI
n(Pb3O4)=n(Pb)/3=n(CrO4)/3=2n(I2)/9=n(S2O3)/9
2?1n(S2O3)M(Pb3O4)m(Pb3O4)n(Pb3O4)M(Pb3O4)9w(Pb3O4)???msms9ms?31?0.1000?12.00?10?685.69?0.10002?2?
?0.91416-19.抗壞血酸(摩爾質量為176.1g?mol)是一個還原劑,它的半反應為
C6H6O6+2H++2e?===C6H8O6
?1
它能被I2氧化。假使10.00mL檸檬水果汁樣品用HAc酸化,并參與20.00mL0.02500mol?LI2溶液,待反應完全后,過量的I2用10.00mL0.0100mol?LNa2S2O3滴定,計算每毫升檸檬水果汁中抗壞血酸的質量。
解:I2+C6H8O6=2I?+C6H6O6+2H+
n(C6H8O6)=n(I2)=n(Na2S2O3)/2
?(C6H8O6)?m(C6H8O6)Vs?n(C6H8O6)M(C6H8O6)Vs?31?0.0100?10.00)?10?176.1g210.00mL?1
?1
(0.02500?20.00???0.007925g?mL?1
提高題:
6-20.已知Hg2Cl2(s)+2e?=2Hg(l)+2Cl?E?=0.28VHg22++2e?=2Hg(l)E?=0.80V
2+?
求K?sp(Hg2Cl2)。(提醒:Hg2Cl2(s)Hg2+2Cl)解:Hg2Cl2(s)+2e?=2Hg(l)+2Cl?E?=0.28VHg22++2e?=2Hg(l)E?=0.80V將上述兩電極反應組成原電池:
?2+
(?)Pt|Hg(l)|Hg2Cl2(s)|Cl‖Hg2|Hg(l)|Pt(+)
電池反應為:Hg22++2Cl?=Hg2Cl2(s)
E?=0.80V?0.28V=0.52V
反應的平衡常數(shù)lgK?=
n?E?2?0.52V?=17.56
0.0592V0.0592V
K?=1017.5
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