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溶解程度进行研究．在25℃时，弱酸HA在水中部分电离，HA的电离度为0.20；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；已知：lg2≈0.3，lg3≈0.5．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	3.0×10-3 mol?L-1
在苯中，2HA?（HA）2	K2	△H2	4.0×10-3 mol?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

 

，在苯体系中HA的转化率为

 

．
（3）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．（填“正反应”、“逆反应”或“不移动”）
（4）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（填“＞”、“＜”或“=”）．已知该二聚反应的反应热数值约为活化能的

5

9

．下列能量关系图最合理的是

 

．

（5）下列有关该混合体系说法不正确的是

 

．
A．用分液漏斗分离得到水溶液和苯溶液，若水溶液中加入少量水，苯溶液中加少量苯，则上述平衡均正移，且c（HA）均减小
B．升高温度，HA的电离平衡常数K₁和2HA?（HA）₂的平衡常数K₂均变大
C．若用酸碱中和滴定的分析方法，可以测出HA的起始总浓度
D．在25℃时，若再加入一定量的HA固体，则水和苯中HA的起始总浓度之比仍为3：4
（6）在25℃时，用0.1000mol/L氢氧化钠溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L HA水溶液，请在下图中画出滴定曲线示意图．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,反应热和焓变,中和滴定

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）根据HA的电离度及初始浓度计算出25℃时溶液中c（A^-）、c（H⁺）及c（HA），再根据电离平衡常数表达式计算出HA的电离平衡常数；
（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）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；
（4）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；根据焓变及活化能与反应热数值判断图象正误；
（5）A、水溶液中促进了电离，平衡向着正向移动，苯体系中平衡向着分子数增大的方向移动；
B、弱电解质的电离为吸热反应，而在苯中HA发生二聚反应2HA?（HA）₂为放热方向，温度对平衡常数影响不同；
C、用酸碱中和滴定的方法，可以测出HA的起始总浓度；
D、在饱和溶液中水和苯中HA的起始总浓度之比为3：4，否则不是；
（6）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，据此画出滴定曲线示意图．

解答： （1）在25℃时，弱酸HA在水中部分电离，HA的电离度为0.20，则溶液中电离的HA的物质的量浓度为：3.0×10^-3 mol?L^-1×0.2=6.0×10^-4 mol?L^-1，电离的c（A^-）=c（H⁺）=6.0×10^-4 mol?L^-1，没有电离的HA的物质的量浓度为：3.0×10^-3 mol?L^-1×（1-0.2）=2.4×10^-3 mol?L^-1，25℃时水溶液中HA的电离平衡常数K₁=

6.0×10-4×(6.0×10-4)

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）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：正反应；
（4）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：＜；B；
（5）A、用分液漏斗分离得到水溶液和苯溶液，若水溶液中加入少量水，浓度越小，电离程度越大，则上述平衡正移，且c（HA）减小；而苯溶液中加少量苯，稀释过程，平衡将向分子数增大方向移动，但c（HA）会减小，故A错误；
B、升高温度，HA的电离是吸热，平衡常数K₁变大；2HA=（HA）₂放热反应，其平衡常数K₂变小，故B错误；
C、若用酸碱中和滴定的分析方法，可以测出HA的起始总浓度，完全反应生成弱酸钠盐，虽然不是中性，但可用接近的指示剂变色判断，故C正确；
D、在25℃时，若再加入一定量的HA固体，饱和溶液则水和苯中HA的起始总浓度之比仍为3：4，不饱和溶液浓度会变大，所以无法判断，故D错误；
故答案为：ABD；
（6）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为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，所以该滴定曲线示意图为：，
故答案为：
．

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．