Question

已知0.1mol/L H₂SO₄在水中的第一步电离是完全的，第二步电离并不完全。常温下有0.1mol/L的以下几种溶液的电离度（即已经电离的分子数占原来分子总数的百分数）如下表，回答下列问题：

①H2SO4溶液中的HSO4–	②NaHSO4溶液中的HSO4–	③CH3COOH	④HCl溶液
10％	29％	1.33％	100％

（1）写出H₂SO₄在水中的电离方程式　　　　　　　　　　 　　　　　　　 　 　。
（2）常温下，题设条件下的①溶液中c(H⁺)＝　　　　　    　。
（3）常温下，pH相同的上述几种溶液，其物质的量浓度由大到小的顺序是（填序号）　 。
（4）若将10mL题设条件下的NaHSO₄溶液与0.1mol/LNaOH溶液等体积混合，则混合后溶液中离子浓度由大到小顺序为                                              。
（5）根据题设条件计算CH₃COOH的电离常数K_a＝         。若常温下，将b mol·L^–1的CH₃COONa液与0.01 mol·L^–1的盐酸等体积混合，反应达平衡时，测得溶液的pH＝7，用含b的代数式表示CH₃COOH的电离常数K_a＝                   。

Answer 1

（1）H₂SO₄＝HSO₄^–+H⁺     HSO₄^–H⁺+ SO₄^2–  （2分） （2）0.11 mol·L^–1（2分）
（3）③②④①或③＞②＞④＞①   （2分）
（4）c(Na⁺)＞c(SO₄^2–)＞c(OH^–)＞c(HSO₄^–)＞c(H⁺)     （2分）
（5）1.77×10^–5或1.8×10^–5 （2分）或（b－0.01）×10^－5（2分）

试题分析：（1）已知0.1mol/L H₂SO₄在水中的第一步电离是完全的，第二步电离并不完全，所以硫酸在水中的电离方程式为H₂SO₄＝HSO₄^–+H⁺     HSO₄^–H⁺+ SO₄^2–。
（2）H₂SO₄  ＝   HSO₄^–  +   H⁺
0.1mol/L    0.1mol/L   0.1mol/L
HSO₄^–           H⁺+ SO₄^2–
0.1mol/L×10%   0.1mol/L×10%
所以溶液中氢离子浓度＝0.1mol/L＋0.1mol/L×10%＝0.11mol/L
（3）硫酸是二元酸，第一步完全电离，第二步部分电离。盐酸是一元酸，完全电离。硫酸氢钠中HSO₄^－的电离程度强于醋酸的电离程度，所以常温下，pH相同的上述几种溶液，其物质的量浓度由大到小的顺序是③＞②＞④＞①。
（4）将10mL题设条件下的NaHSO₄溶液与0.1mol/LNaOH溶液等体积混合，二者恰好反应生成硫酸钠，但由于SO₄^2－水解SO₄^2－＋H₂OHSO₄^－＋OH^－，因此溶液显碱性。又因为水还电离出OH^－，所以溶液中离子浓度大小顺序是c(Na⁺)＞c(SO₄^2–)＞c(OH^–)＞c(HSO₄^–)＞c(H⁺)。
（5）醋酸的电离度是1.33%，则
CH₃COOHCH₃COO^－         ＋    H^＋
起始浓度（mol/L）   0.1         0                0
转化浓度（mol/L） 0.1×1.33%  0.1×1.33%    0.1×1.33%
平衡浓度（mol/L）0.1－0.00133  0.00133       0.00133
所以该温度下醋酸的电离常数＝＝＝1.77×10^–5
反应达平衡时，测得溶液的pH＝7，则根据电荷守恒可知c(CH₃COO^－)＋c(Cl^－)＋c(OH^–)＝c(Na^＋)＋c(H⁺)，因此c(OH^–)＝c(H⁺)＝10^－7mol/L、c(CH₃COO^－)＋c(Cl^－)＝c(Na^＋)＝0.5bmol/L，所以c(CH₃COO^－)＝c(Na^＋)－c(Cl^－)＝0.5bmol/L－0.005mol/L。根据物料守恒可知溶液醋酸的浓度是0.5bmol/L－(0.5bmol/L－0.005mol/L)＝0.005mol/L，所以该温度下醋酸的电离常数＝＝＝（b－0.01）×10^－5