Question

某研究小組對一元有機弱酸HA在溶劑苯和水的混合體系中的溶解程度進行研究．在25℃時，弱酸HA在水中部分電離，當HA濃度為3.0×10^-3mol?L^-1時，其電離度為0.20（電離度=已電離的HA分子數(shù)/起始HA的總分子數(shù)）；在苯中部分發(fā)生雙聚，生成（HA）₂．該平衡體系中，一元有機弱酸HA在溶劑苯（B）和水（W）中的分配系數(shù)為K，K=C（HA）_B/C（HA）_W=1.0，即達到平衡后，以分子形式存在的HA在苯和水兩種溶劑中的比例為1：1；其他信息如下：

25℃平衡體系（苯、水HA）	平衡常數(shù)	焓變	起始總濃度
在水中，HA?H++A-	K1	△H1	3.0×10-3mol?L-1
在苯中，2HA?（HA）2	K2	△H2	4.0×10-3mol?L-1

回答下列問題：
（1）計算25℃時水溶液中HA的電離平衡常數(shù)K₁=

 

．
（2）25℃，該水溶液的pH為

 

，（已知：1g2=0.3，lg3=0.5）在苯體系中HA的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（3）在苯中，HA發(fā)生二聚：2HA?（HA）₂，反應在較低溫度下自發(fā)進行，則△H₂

 

0．
（4）25℃混合體系中，HA在苯中發(fā)生二聚，若測得某時刻溶液中微粒濃度滿足

c[(HA)2]

c2(HA)

=130，則反應向

 

方向進行．
（5）在25℃時，用0.1000mol/L氫氧化鈉溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L HA水溶液的大致滴定曲線示意圖正確的是

 

．

（6）根據(jù)你所選定的滴定曲線圖，在滴定過程中下列說法正確的是
A．當加入氫氧化鈉溶液10.00mL的溶液中：c（A^-）+c（OH^-）=c（HA）+c（H⁺）
B．在pH=7的溶液中：c（Na⁺）=c（HA）+c（A^-）
C．在恰好完全反應的溶液中：c（Na⁺）＞c（A^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
D．滴定過程中可能出現(xiàn)：c（HA）＞c（A^-）＞c（H⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）

Answer 1

考點：弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡,pH的簡單計算,中和滴定

專題：電離平衡與溶液的pH專題

分析：（1）在25℃時，弱酸HA在水中部分電離，當HA濃度為3.0×10^-3mol?L^-1時，其電離度為0.20，則溶液中c（A^-）=c（H⁺）=6.0×10^-4mol?L^-1，溶液中C（HA）=2.4×10^-3mol?L^-1，根據(jù)電離平衡常數(shù)公式計算電離平衡常數(shù)K；
（2）根據(jù)溶液中氫離子濃度計算出溶液的pH；根據(jù)K=c（HA）_B/c（HA）_W=1.0及HA在水溶液中的物質(zhì)的量濃度計算出苯體系中HA的轉(zhuǎn)化率；
（3）由反應來分析△S＜0，再利用△H-T△S＜0來分析有利于該反應自發(fā)進行判斷反應的焓變；
（4）計算出該溫度下苯條件下中的平衡常數(shù)，然后

c[(HA)2]

c2(HA)

=130與平衡常數(shù)進行比較，若大小平衡常數(shù)，說明平衡向著逆反應方向移動，否則向著正反應方向移動；
（5）加入氫氧化鈉溶液體積為0時，0.1000mol/L HA的溶液中氫離子濃度為0.02mol/L，計算出此時的pH；當加入氫氧化鈉溶液體積為20mL時二者恰好反應，圖象中出現(xiàn)突變區(qū)間；
（6）根據(jù)電荷守恒和物料守恒分析求解．

解答： 解：（1）在25℃時，弱酸HA在水中部分電離，當HA濃度為3.0×10^-3mol?L^-1時，其電離度為0.20，則溶液中c（A^-）=c（H⁺）=6.0×10^-4mol?L^-1，溶液中C（HA）=2.4×10^-3mol?L^-1，電離平衡常數(shù)K=

6×10-4×6×10-4

2.4×10-3

=1.5×10^-4，故答案為：1.5×10^-4；
（2）由（1）可知，溶液中氫離子濃度為：c（H⁺）=6.0×10^-4 mol?L^-1，該溶液的pH=-lgc（H⁺）=-lg6.0×10^-4=4-lg6=4-lg2-lg3=4-0.3-0.5=3.2；
水中HA的物質(zhì)的量濃度為：3.0×10^-3mol?L^-1×0.8=2.4×10^-3mol?L^-1，由于以分子形式存在的HA在苯和水兩種溶劑中的比例為1：1，所以苯體系中HA的濃度為2.4×10^-3mol?L^-1，發(fā)生轉(zhuǎn)化的HA的物質(zhì)的量濃度為：（4.0×10^-3-2.4×10^-3）mol/L=1.6×10^-3mol?L^-1，在苯體系中HA的轉(zhuǎn)化率為：

1.6×10-3mol/L

4.0×10-3mol/L

×100%=40%，
故答案為：3.2；40%；
（3）由反應2HA?（HA）₂可知，2mol反應物參加反應時生成1mol生成物，則△S＜0，再由△H-T△S＜0有利于該反應自發(fā)進行，且該反應在較低溫度下自發(fā)進行，所以△H＜0；
故答案為：＜；
（4）在苯中反應2HA?（HA）₂的平衡常數(shù)為：K=

1.6×10-3× 1 2

(2.4×10-3)2

≈138.9，由于

c[(HA)2]

c2(HA)

=130＜K，平衡向著正反應方向移動，故答案為：正；
（5）滴定前溶液中氫離子濃度為：0.1mol/L×0.2=0.02mol/L，溶液的pH為：-lg0.02=2-lg2=1.7，即氫氧化鈉溶液體積為0時，圖象中的pH大于1.7；二者濃度相同，當?shù)稳霘溲趸�鈉溶液體積在20mL時，圖象中會出現(xiàn)pH突變區(qū)間，故選A；
（6）A．當加入氫氧化鈉溶液10.00mL的溶液，是HA和NaA，根據(jù)電荷和物料守恒，可知：c（A^-）+2c（OH^-）=c（HA）+2c（H⁺），故錯誤；
B．在pH=7的溶液中，由電荷守恒得：c（Na⁺）=c（A^-），故錯誤；
C．在恰好完全反應的溶液，得到單一的NaA，強堿弱酸鹽，離子濃度關系為：c（Na⁺）＞c（A^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故正確；
D．當?shù)稳敕巧俚臍溲趸�鈉，滴定過程中出現(xiàn)了c（HA）＞c（A^-）＞c（H⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-），故正確；
故答案為：CD．

點評：本題考查了化學平衡的計算、反應熱和焓變、中和滴定及滴定曲線等知識，題目難度較大，注意掌握根據(jù)化學平衡進行的計算方法，明確自發(fā)反應條件與焓變和熵變的關系，能夠根據(jù)題中滴定數(shù)據(jù)畫出滴定曲線．