Question

某研究小组对一元有机弱酸HA在溶剂苯和水的混合体系中的溶解程度进行研究．在25℃时，弱酸HA在水中部分电离，当HA浓度为3.0×10^-3mol?L^-1时，其电离度为0.20（电离度=已电离的HA分子数/起始HA的总分子数）；在苯中部分发生双聚，生成（HA）₂．该平衡体系中，一元有机弱酸HA在溶剂苯（B）和水（W）中的分配系数为K，K=C（HA）_B/C（HA）_W=1.0，即达到平衡后，以分子形式存在的HA在苯和水两种溶剂中的比例为1：1；其他信息如下：

25℃平衡体系（苯、水HA）	平衡常数	焓变	起始总浓度
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

回答下列问题：
（1）计算25℃时水溶液中HA的电离平衡常数K₁=

 

．
（2）25℃，该水溶液的pH为

 

，（已知：1g2=0.3，lg3=0.5）在苯体系中HA的转化率为

 

．
（3）在苯中，HA发生二聚：2HA?（HA）₂，反应在较低温度下自发进行，则△H₂

 

0．
（4）25℃混合体系中，HA在苯中发生二聚，若测得某时刻溶液中微粒浓度满足

c[(HA)2]

c2(HA)

=130，则反应向

 

方向进行．
（5）在25℃时，用0.1000mol/L氢氧化钠溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L HA水溶液的大致滴定曲线示意图正确的是

 

．

（6）根据你所选定的滴定曲线图，在滴定过程中下列说法正确的是
A．当加入氢氧化钠溶液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．在恰好完全反应的溶液中：c（Na⁺）＞c（A^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
D．滴定过程中可能出现：c（HA）＞c（A^-）＞c（H⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）

Answer 1

考点：弱电解质在水溶液中的电离平衡,pH的简单计算,中和滴定

专题：电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）在25℃时，弱酸HA在水中部分电离，当HA浓度为3.0×10^-3mol?L^-1时，其电离度为0.20，则溶液中c（A^-）=c（H⁺）=6.0×10^-4mol?L^-1，溶液中C（HA）=2.4×10^-3mol?L^-1，根据电离平衡常数公式计算电离平衡常数K；
（2）根据溶液中氢离子浓度计算出溶液的pH；根据K=c（HA）_B/c（HA）_W=1.0及HA在水溶液中的物质的量浓度计算出苯体系中HA的转化率；
（3）由反应来分析△S＜0，再利用△H-T△S＜0来分析有利于该反应自发进行判断反应的焓变；
（4）计算出该温度下苯条件下中的平衡常数，然后

c[(HA)2]

c2(HA)

=130与平衡常数进行比较，若大小平衡常数，说明平衡向着逆反应方向移动，否则向着正反应方向移动；
（5）加入氢氧化钠溶液体积为0时，0.1000mol/L HA的溶液中氢离子浓度为0.02mol/L，计算出此时的pH；当加入氢氧化钠溶液体积为20mL时二者恰好反应，图象中出现突变区间；
（6）根据电荷守恒和物料守恒分析求解．

解答： 解：（1）在25℃时，弱酸HA在水中部分电离，当HA浓度为3.0×10^-3mol?L^-1时，其电离度为0.20，则溶液中c（A^-）=c（H⁺）=6.0×10^-4mol?L^-1，溶液中C（HA）=2.4×10^-3mol?L^-1，电离平衡常数K=

6×10-4×6×10-4

2.4×10-3

=1.5×10^-4，故答案为：1.5×10^-4；
（2）由（1）可知，溶液中氢离子浓度为：c（H⁺）=6.0×10^-4 mol?L^-1，该溶液的pH=-lgc（H⁺）=-lg6.0×10^-4=4-lg6=4-lg2-lg3=4-0.3-0.5=3.2；
水中HA的物质的量浓度为：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在苯和水两种溶剂中的比例为1：1，所以苯体系中HA的浓度为2.4×10^-3mol?L^-1，发生转化的HA的物质的量浓度为：（4.0×10^-3-2.4×10^-3）mol/L=1.6×10^-3mol?L^-1，在苯体系中HA的转化率为：

1.6×10-3mol/L

4.0×10-3mol/L

×100%=40%，
故答案为：3.2；40%；
（3）由反应2HA?（HA）₂可知，2mol反应物参加反应时生成1mol生成物，则△S＜0，再由△H-T△S＜0有利于该反应自发进行，且该反应在较低温度下自发进行，所以△H＜0；
故答案为：＜；
（4）在苯中反应2HA?（HA）₂的平衡常数为：K=

1.6×10-3× 1 2

(2.4×10-3)2

≈138.9，由于

c[(HA)2]

c2(HA)

=130＜K，平衡向着正反应方向移动，故答案为：正；
（5）滴定前溶液中氢离子浓度为：0.1mol/L×0.2=0.02mol/L，溶液的pH为：-lg0.02=2-lg2=1.7，即氢氧化钠溶液体积为0时，图象中的pH大于1.7；二者浓度相同，当滴入氢氧化钠溶液体积在20mL时，图象中会出现pH突变区间，故选A；
（6）A．当加入氢氧化钠溶液10.00mL的溶液，是HA和NaA，根据电荷和物料守恒，可知：c（A^-）+2c（OH^-）=c（HA）+2c（H⁺），故错误；
B．在pH=7的溶液中，由电荷守恒得：c（Na⁺）=c（A^-），故错误；
C．在恰好完全反应的溶液，得到单一的NaA，强碱弱酸盐，离子浓度关系为：c（Na⁺）＞c（A^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故正确；
D．当滴入非少的氢氧化钠，滴定过程中出现了c（HA）＞c（A^-）＞c（H⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-），故正确；
故答案为：CD．

点评：本题考查了化学平衡的计算、反应热和焓变、中和滴定及滴定曲线等知识，题目难度较大，注意掌握根据化学平衡进行的计算方法，明确自发反应条件与焓变和熵变的关系，能够根据题中滴定数据画出滴定曲线．