题目

4. 如果以 .1000molcdot (L)^-1NaOH 标准溶液滴定 .1000molcdot (L)^-1 顺丁烯二酸-|||-(H2A),判断两个化学计量点附近有无突跃?第一和第二化学计量点的pH分别为多少?可选用-|||-何种指示剂指示终点?已知顺丁烯二酸的 _({a)_(1)}=1.8times (10)^-2 _({a)_(2)}=1.5times (10)^-6-|||-5. 用酸碱滴定法测定 +(H)_(3)B(O)_(3) 混合溶液中各自的含量。用简单流程表明主要步-|||-骤、滴定剂、指示剂及质量分数的计算公式。-|||-6. 配制 =0.64 的缓冲溶液,称取纯三氯乙酸(CCl3COOH)16.3g,溶于水-|||-后,加入2.0g固体NaOH,溶解后,以水稀释至1L。试问:-|||-(1)实际上所配缓冲溶液的pH为多少?-|||-(2)若要配制 =0.64 的三氯乙酸缓冲溶液,需加入多少摩尔强酸或强碱?

题目解答

答案

解析

本题主要考查酸碱滴定相关知识，包括滴定突跃判断、化学计量点pH计算、指示剂选择以及缓冲溶液pH计算和配制等内容。

第4题

  1. 判断滴定突跃：
    • 对于多元酸能否准确滴定，可根据判断条件$cK_{a}\gt10^{-8}$。
    • 第一化学计量点前，$H_{2}A$被滴定为$HA^{-}$，此时$c_{1}=0.1000mol\cdot L^{-1}$，$K_{a_{1}} = 1.8\times10^{-2}$，则$c_{1}K_{a_{1}}=0.1000\times1.8\times10^{-2}=1.8\times10^{-3}\gt10^{-8}$。
    • 第一化学计量点后，$HA^{-}$被滴定为$A^{2 - }$，此时$c_{2}=0.0500mol\cdot L^{-1}$，$K_{a_{2}} = 1.5\times10^{-6}$，则$c_{2}K_{a_{2}}=0.0500\times1.5\times10^{-6}=7.5\times10^{-8}\gt10^{-8}$。
    • 所以第一和第二化学计量点附近都有滴定突跃，可以准确滴定。
  2. 计算第一化学计量点pH：
    • 滴定到第一化学计量点时，产物为$HA^{-}$，$HA^{-}$为两性物质，其溶液$pH$计算公式为$pH_{sp}=\frac{pK_{a_{1}} + pK_{a_{2}}}{2}$。
    • 已知$K_{a_{1}} = 1.8\times10^{-2}$，则$pK_{a_{1}}=-\lg(1.8\times10^{-2})\approx1.74$；$K_{a_{2}} = 1.5\times10^{-6}$，则$pK_{a_{2}}=-\lg(1.5\times10^{-6})\approx5.82$。
    • 所以$pH_{sp}=\frac{1.74 + 5.82}{2}=3.78$。
  3. 计算第二化学计量点pH：
    • 滴定到第二化学计量点时，产物为$A^{2 - }$，$A^{2 - }$会发生水解，$K_{b_{1}}=\frac{K_{w}}{K_{a_{2}}}$，其中$K_{w}=1.0\times10^{-14}$，则$K_{b_{1}}=\frac{1.0\times10^{-14}}{1.5\times10^{-6}}\approx6.67\times10^{-9}$。
    • 此时$c = 0.0333mol\cdot L^{-1}$（$0.1000mol\cdot L^{-1}$的$H_{2}A$与$NaOH$反应到第二计量点，总体积变为原来的3倍），$pc=-\lg0.0333\approx1.48$。
    • 对于$A^{2 - }$的水解，$pOH_{sp}=\frac{pc + pK_{b_{1}}}{2}$，$pK_{b_{1}}=-\lg(6.67\times10^{-9})\approx8.18$，则$pOH_{sp}=\frac{1.48 + 8.18}{2}=4.74$。
    • 因为$pH + pOH = 14$，所以$pH_{sp}=14 - 4.74 = 9.26$。
  4. 选择指示剂：
    • 根据滴定终点时$pH$的大小，第一化学计量点$pH = 3.78$，选择甲基橙（变色范围$3.1 - 4.4$）为指示剂；第二化学计量点$pH = 9.26$，选择酚酞（变色范围$8.2 - 10.0$）为指示剂。

第5题

  1. 测定$HCl$含量：
    • 以甲基橙作为指示剂，因为甲基橙变色范围在酸性区间，$HCl$是强酸，用$NaOH$标准溶液滴定$HCl$，发生反应$HCl + NaOH = NaCl + H_{2}O$，消耗$NaOH$溶液的体积为$V_{1}mL$。
    • 根据$n = cV$，$HCl$的物质的量$n_{HCl}=c_{NaOH}V_{1}\times10^{-3}mol$，$HCl$的质量$m_{HCl}=c_{NaOH}V_{1}\times10^{-3}\times M_{HCl}$，则$HCl$的质量分数$w_{HCl}=\frac{c_{NaOH}V_{1}\times10^{-3}\times M_{HCl}}{m_{总}}\times100\%$。
  2. 测定$H_{3}BO_{3}$含量：
    • 在$NaOH$滴定$HCl$后的溶液中，加入甘露醇强化$H_{3}BO_{3}$，因为$H_{3}BO_{3}$是极弱酸，直接滴定误差大，加入甘露醇后与$H_{3}BO_{3}$形成络合酸，酸性增强。
    • 加入酚酞作为指示剂，用$NaOH$继续滴定，消耗$NaOH$溶液的体积为$V_{2}mL$，发生反应$H_{3}BO_{3}+NaOH = NaH_{2}BO_{3}+H_{2}O$。
    • $H_{3}BO_{3}$的物质的量$n_{H_{3}BO_{3}}=c_{NaOH}V_{2}\times10^{-3}mol$，$H_{3}BO_{3}$的质量$m_{H_{3}BO_{3}}=c_{NaOH}V_{2}\times10^{-3}\times M_{H_{3}BO_{3}}$，则$H_{3}BO_{3}$的质量分数$w_{H_{3}BO_{3}}=\frac{c_{NaOH}V_{2}\times10^{-3}\times M_{H_{3}BO_{3}}}{m_{总}}\times100\%$。

第6题

  1. 计算实际所配缓冲溶液的pH：
    • 已知$m_{CCl_{3}COOH}=16.3g$，$M_{CCl_{3}COOH}=163.4g/mol$，则$n_{CCl_{3}COOH}=\frac{16.3g}{163.4g/mol}=0.1mol$，$V = 1L$，所以$c_{CCl_{3}COOH}=0.10mol\cdot L^{-1}$。
    • $m_{NaOH}=2.0g$，$M_{NaOH}=40g/mol$，则$n_{NaOH}=\frac{2.0g}{40g/mol}=0.05mol$，$c_{NaOH}=0.050mol\cdot L^{-1}$。
    • 三氯乙酸$CCl_{3}COOH$（用$HA$表示）与$NaOH$反应$HA + NaOH = NaA + H_{2}O$，反应后$c_{HA}=0.10 - 0.05 = 0.05mol\cdot L^{-1}$，$c_{A^{-}}=0.05mol\cdot L^{-1}$。
    • 质子平衡式为$[H^{+}]=[A^{-}]+K_{a}\frac{[HA]}{[A^{-}]}-K_{w}$，由于$K_{w}$很小可忽略，且$c_{HA}=c_{A^{-}}$，则$[H^{+}]=K_{a}$。
    • 已知$K_{a}=0.23$，所以$[H^{+}]=0.036mol\cdot L^{-1}$，$pH = -\lg[H^{+}]=-\lg0.036\approx1.44$。
  2. 计算需加入强酸或强碱的物质的量：
    • 设加入$HCl$的浓度为$c_{HCl}$，缓冲溶液$pH = 0.64$，则$[H^{+}]=10^{-0.64}mol\cdot L^{-1}$。
    • 根据缓冲溶液$[H^{+}]=\frac{K_{a}[HA]}{[A^{-}]}$，加入$HCl$后$[HA]=0.1 + c_{HCl}$，$[A^{-}]=0.05 - c_{HCl}$。
    • 则$10^{-0.64}=\frac{0.23\times(0.1 + c_{HCl})}{0.05 - c_{HCl}}$，解方程可得$c_{HCl}=0.18mol\cdot L^{-1}$。
    • 加入$HCl$的物质的量$n_{HCl}=c_{HCl}V = 0.18\times1 = 0.18mol$。