寒假生活北京师范大学出版社化学宁夏专版
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3. $NH_4NO_3$溶液中,发生电离的水的物质的量之比是( )。
A. $1:10:10^{10}:10^{8}$
B. $1:5:(5\times 10^{9}):(5\times 10^{8})$
C. $1:20:10^{10}:10^{8}$
D. $1:10:10^{4}:10^{8}$
答案:本题可根据$NH_4NO_3$溶液中$NH_4^+$的水解过程分析水的电离情况,进而得出发生电离的水的物质的量之比。
$NH_4NO_3$在溶液中完全电离:$NH_4NO_3 = NH_4^+ + NO_3^-$,$NH_4^+$发生水解:$NH_4^+ + H_2O\rightleftharpoons NH_3\cdot H_2O + H^+$。
设$NH_4NO_3$的物质的量为$1mol$,则$n(NH_4^+)=1mol$。
- **步骤一:计算$NH_4^+$水解时消耗的$H_2O$与生成的$H^+$的物质的量**
$NH_4^+$水解时,每$1mol NH_4^+$水解消耗$1mol H_2O$,生成$1mol H^+$,即消耗$H_2O$的物质的量为$1mol$,生成$H^+$的物质的量为$1mol$。
- **步骤二:计算溶液中由水电离出的$H^+$与$OH^-$的物质的量**
常温下,$K_w = c(H^+)\times c(OH^-)=1.0\times 10^{-14}$。$NH_4^+$水解使溶液呈酸性,溶液中的$H^+$来自$NH_4^+$水解和水的电离,$OH^-$完全由水电离产生。
因为$NH_4^+$水解程度较小,溶液中$c(H^+)\approx 10^{-5}mol/L$,$c(OH^-)=\frac{K_w}{c(H^+)}=\frac{1.0\times 10^{-14}}{10^{-5}} = 10^{-9}mol/L$。
由于溶液体积相同,所以由水电离出的$H^+$与$OH^-$的物质的量之比等于其浓度之比,即$n(H^+)_{水}:n(OH^-)_{水}=10^{-5}:10^{-9}=10^{4}:1$。
- **步骤三:计算发生电离的水的物质的量之比**
$NH_4^+$水解时消耗$1mol H_2O$,生成$1mol H^+$,溶液中由水电离出的$H^+$与$OH^-$的物质的量之比为$10^{4}:1$,所以发生电离的水的物质的量之比为$1:10:10^{4}:10^{8}$。
综上,答案选D。
4. 下列溶液一定呈中性的是( )。
A. $pH = 7$的溶液
B. $c(H^+) = 10^{-7}mol\cdot L^{-1}$的纯水
C. 使石蕊溶液呈紫色的溶液
D. 酸与碱恰好完全反应生成正盐的溶液
答案:本题可根据溶液酸碱性的判断依据,对各选项逐一进行分析。
### 选项A
溶液显酸性、碱性还是中性的实质是溶液中$c(H^+)$与$c(OH^-)$的相对大小,利用$pH$判断溶液酸碱性的前提条件是在常温下。
当温度高于常温时,水的离子积常数$K_w\gt 1.0\times 10^{-14}$,此时$pH = 7$的溶液中$c(H^+)\lt c(OH^-)$,溶液呈碱性;当温度低于常温时,水的离子积常数$K_w\lt 1.0\times 10^{-14}$,此时$pH = 7$的溶液中$c(H^+)\gt c(OH^-)$,溶液呈酸性。所以$pH = 7$的溶液不一定呈中性,A选项**错误**。
### 选项B
在任何温度下,纯水中都存在$c(H^+)=c(OH^-)$,所以$c(H^+) = 10^{-7}mol\cdot L^{-1}$的纯水一定呈中性,B选项**正确**。
### 选项C
石蕊试液的变色范围是$pH=5.0 - 8.0$,使石蕊溶液呈紫色的溶液,其$pH$范围是$5.0 - 8.0$,可能呈酸性、中性或碱性,C选项**错误**。
### 选项D
酸与碱恰好完全反应生成正盐的溶液不一定呈中性。例如,$HCl$与$NaOH$恰好完全反应生成$NaCl$,$NaCl$溶液呈中性;但$CH_3COOH$与$NaOH$恰好完全反应生成$CH_3COONa$,$CH_3COO^-$水解使溶液呈碱性;$HCl$与$NH_3\cdot H_2O$恰好完全反应生成$NH_4Cl$,$NH_4^+$水解使溶液呈酸性。所以酸与碱恰好完全反应生成正盐的溶液不一定呈中性,D选项**错误**。
综上,答案选B。
5. 某温度下,重水$(D_2O)$的离子积常数为$1.6\times 10^{-15}$,若用定义$pH$一样规定$pD = -\lg c(D^+)$,则在该温度下,下列叙述正确的是( )。
A. 纯净的重水中,$c(D^+)\cdot c(OD^-)\gt 1.0\times 10^{-14}$
B. $1L$溶有$0.01mol DCl$的重水溶液,其$pD = 2$
C. $1L$溶有$0.01mol NaOD$的重水溶液,其$pD = 12$
D. 纯净的重水中,$pD = 7$
答案:本题可根据重水的离子积常数以及$pD$的定义,对各选项逐一进行分析。
### 选项A
已知某温度下重水$(D_2O)$的离子积常数为$1.6\times 10^{-15}$,即纯净的重水中$c(D^+)\cdot c(OD^-)= 1.6\times 10^{-15}\lt 1.0\times 10^{-14}$,A选项**错误**。
### 选项B
$1L$溶有$0.01mol DCl$的重水溶液中,$DCl$完全电离:$DCl = D^+ + Cl^-$,则$c(D^+)=0.01mol/L$。
根据$pD = -\lg c(D^+)$,可得$pD = -\lg 0.01 = 2$,B选项**正确**。
### 选项C
$1L$溶有$0.01mol NaOD$的重水溶液中,$NaOD$完全电离:$NaOD = Na^+ + OD^-$,则$c(OD^-)=0.01mol/L$。
由重水的离子积常数$K_{w(D_2O)} = c(D^+)\cdot c(OD^-)= 1.6\times 10^{-15}$,可得$c(D^+)=\frac{K_{w(D_2O)}}{c(OD^-)}=\frac{1.6\times 10^{-15}}{0.01}=1.6\times 10^{-13}mol/L$。
再根据$pD = -\lg c(D^+)$,可得$pD = -\lg(1.6\times 10^{-13})=13 - \lg 1.6\neq 12$,C选项**错误**。
### 选项D
纯净的重水中$c(D^+)=c(OD^-)$,由$K_{w(D_2O)} = c(D^+)\cdot c(OD^-)= 1.6\times 10^{-15}$,可得$c(D^+)=\sqrt{1.6\times 10^{-15}}mol/L$,则$pD = -\lg\sqrt{1.6\times 10^{-15}}\neq 7$,D选项**错误**。
综上,答案选B。
6. 求下列常温条件下溶液的$pH$(已知$\lg 1.3\approx 0.1$,$\lg 2\approx 0.3$,混合溶液忽略体积的变化)。
(1)$0.005mol\cdot L^{-1}$的$H_2SO_4$溶液,$pH =$______。
(2)$0.1mol\cdot L^{-1}$的$CH_3COOH$溶液(已知$CH_3COOH$的电离常数$K_a = 1.8\times 10^{-5}$),$pH$约为______。
(3)$0.1mol\cdot L^{-1}NH_3\cdot H_2O$溶液($NH_3\cdot H_2O$的电离度为$\alpha = 1\%$,电离度$=\frac{已电离的物质的量}{起始时的物质的量}\times 100\%$),$pH =$______。
(4)将$pH = 8$的$NaOH$溶液与$pH = 10$的$NaOH$溶液等体积混合,$pH$约为______。
(5)常温下,将$pH = 5$的盐酸与$pH = 9$的$NaOH$溶液以体积比$11:9$混合,$pH =$______。
(6)取$10mL pH = 2$的盐酸加水稀释到$1000mL$,$pH =$______。
答案:本题可根据不同溶液的特点,结合相关公式计算溶液的$pH$。
### (1)$0.005mol\cdot L^{-1}$的$H_2SO_4$溶液
$H_2SO_4$是二元强酸,在溶液中完全电离,则$c(H^+)=2\times 0.005mol/L = 0.01mol/L$。
根据$pH = -\lg c(H^+)$,可得$pH = -\lg 0.01 = 2$。
### (2)$0.1mol\cdot L^{-1}$的$CH_3COOH$溶液
$CH_3COOH$是弱酸,在溶液中部分电离,设$c(H^+)=xmol/L$,则$CH_3COOH\rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$,起始浓度$(mol/L)$:$0.1$ $0$ $0$,平衡浓度$(mol/L)$:$0.1 - x$ $x$ $x$。
因为$K_a = 1.8\times 10^{-5}$较小,$0.1 - x\approx 0.1$,根据$K_a=\frac{c(CH_3COO^-)\cdot c(H^+)}{c(CH_3COOH)}$,可得$1.8\times 10^{-5}=\frac{x\cdot x}{0.1}$,解得$x=\sqrt{1.8\times 10^{-6}}\approx 1.3\times 10^{-3}mol/L$。
再根据$pH = -\lg c(H^+)$,可得$pH = -\lg(1.3\times 10^{-3}) = 3 - \lg 1.3\approx 2.9$。
### (3)$0.1mol\cdot L^{-1}NH_3\cdot H_2O$溶液
$NH_3\cdot H_2O$的电离度为$\alpha = 1\%$,则$c(OH^-)=0.1mol/L\times 1\% = 0.001mol/L$。
根据$K_w = c(H^+)\cdot c(OH^-)=1.0\times 10^{-14}$,可得$c(H^+)=\frac{K_w}{c(OH^-)}=\frac{1.0\times 10^{-14}}{0.001}=1.0\times 10^{-11}mol/L$。
最后根据$pH = -\lg c(H^+)$,可得$pH = -\lg(1.0\times 10^{-11}) = 11$。
### (4)将$pH = 8$的$NaOH$溶液与$pH = 10$的$NaOH$溶液等体积混合
$pH = 8$的$NaOH$溶液中$c(OH^-)=1.0\times 10^{-6}mol/L$,$pH = 10$的$NaOH$溶液中$c(OH^-)=1.0\times 10^{-4}mol/L$。
等体积混合后,$c(OH^-)_{混}=\frac{1.0\times 10^{-6} + 1.0\times 10^{-4}}{2}\approx 5\times 10^{-5}mol/L$。
根据$K_w = c(H^+)\cdot c(OH^-)=1.0\times 10^{-14}$,可得$c(H^+)_{混}=\frac{K_w}{c(OH^-)_{混}}=\frac{1.0\times 10^{-14}}{5\times 10^{-5}} = 2\times 10^{-10}mol/L$。
再根据$pH = -\lg c(H^+)$,可得$pH = -\lg(2\times 10^{-10}) = 10 - \lg 2\approx 9.7$。
### (5)常温下,将$pH = 5$的盐酸与$pH = 9$的$NaOH$溶液以体积比$11:9$混合
$pH = 5$的盐酸中$c(H^+)=1.0\times 10^{-5}mol/L$,$pH = 9$的$NaOH$溶液中$c(OH^-)=1.0\times 10^{-5}mol/L$。
设盐酸体积为$11V$,$NaOH$溶液体积为$9V$,则$n(H^+)=1.0\times 10^{-5}\times 11Vmol$,$n(OH^-)=1.0\times 10^{-5}\times 9Vmol$。
$H^+$过量,$n(H^+)_{过量}=1.0\times 10^{-5}\times 11V - 1.0\times 10^{-5}\times 9V = 2\times 10^{-5}Vmol$。
混合后$c(H^+)_{混}=\frac{2\times 10^{-5}V}{11V + 9V}=1.0\times 10^{-6}mol/L$。
根据$pH = -\lg c(H^+)$,可得$pH = -\lg(1.0\times 10^{-6}) = 6$。
### (6)取$10mL pH = 2$的盐酸加水稀释到$1000mL$$pH = 2$的盐酸中$c(H^+)=0.01mol/L$,稀释后$c(H^+)=\frac{0.01mol/L\times 10\times 10^{-3}L}{1000\times 10^{-3}L}=1.0\times 10^{-4}mol/L$。
根据$pH = -\lg c(H^+)$,可得$pH = -\lg(1.0\times 10^{-4}) = 4$。
综上,答案依次为:(1)$2$;(2)$2.9$;(3)$11$;(4)$9.7$;(5)$6$;(6)$4$。
7. 下列有关滴定的说法正确的是( )。
A. 用$KOH$标准溶液滴定未知浓度的盐酸,配制标准溶液的$KOH$固体中混有$NaOH$杂质,则结果偏小
答案:本题可根据$c(待)=\frac{c(标)V(标)}{V(待)}$,结合$KOH$固体中混有$NaOH$杂质时对$c(标)$的影响,进而分析对滴定结果的影响。
设$KOH$固体中混有的$NaOH$的物质的量为$n_1$,$KOH$的物质的量为$n_2$。
$NaOH$的摩尔质量$M(NaOH)=40g/mol$,$KOH$的摩尔质量$M(KOH)=56g/mol$。
若没有杂质,$KOH$的物质的量为$n = n_1 + n_2$,则$KOH$标准溶液的实际浓度$c(标)=\frac{n}{V}$($V$为溶液体积)。
由于$M(NaOH)\lt M(KOH)$,当$n_1 + n_2$一定时,混有$NaOH$杂质会使实际的$m$(总质量)偏小,根据$n=\frac{m}{M}$,则实际的$n$偏大,即$c(标)$偏大。
根据$c(待)=\frac{c(标)V(标)}{V(待)}$,$V(待)$不变,$c(标)$偏大,则$V(标)$偏小,所以$c(待)$偏小。
所以用$KOH$标准溶液滴定未知浓度的盐酸,配制标准溶液的$KOH$固体中混有$NaOH$杂质,则结果偏小,A选项**正确**。
综上,答案选A。