酸碱滴定题型:原创化学练习试卷
使用这份 tutorgum 原创 50 分化学练习试卷,测试你对酸碱滴定题型的理解。试卷提供 60 分钟作答时间,涵盖滴定计算、滴定曲线、指示剂、导电度及实验误差,并附完整详解与详细评分指引。
这份 tutorgum 原创练习试卷依据所提供的《化学》2017 年版课程范围,评量酸碱滴定相关问题。内容涵盖未知浓度、滴定曲线、当量点、指示剂选择、导电度及实验误差。这是一份针对特定主题的评量,而非完整课程考试,也不是官方、经认可的、历届或预测的 NESA 试卷。
01考试指示
- 作答时间: 60 分钟。
- 阅读时间: 5 分钟。
- 总分: 50 分。
- 器材: 科学计算机、直尺及书写用品。无须使用笔记。
- 计算过程: 展示计算步骤、标明单位,并根据数据所支持的精度给出答案。
计算时使用 \(n=cV\),其中 \(n\) 是以莫耳(mol)为单位的物质的量,\(c\) 是以 \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\) 为单位的浓度,而 \(V\) 是以公升为单位的体积。使用此公式前,请先将毫升换算为公升。
除非另有说明,假设所有溶液均为 \(25^\circ\mathrm{C}\) 下的水溶液、溶液体积具有可加性,且强酸与强碱均完全电离。在此温度下,使用 \(pH+pOH=14.00\)。
评量主题
- 利用滴定数据和化学计量关系,求出未知酸或碱的浓度。
- 强酸-强碱、弱酸-强碱及强酸-弱碱滴定曲线。
- 当量点的特性及指示剂选择。
- 滴定过程中的导电度变化及存在的离子。
- 终点、溶液转移及溶液配制所造成的误差。
不包括的范围: 不评量定量的 \(K_a\) 和 \(K_b\) 平衡计算、深入的缓冲溶液计算,以及指定酸碱滴定范围以外的主题。
02题目
第 1 题(8 分)
一名学生正在测定未知二元酸 \(\ce{H2A}\) 的浓度。
学生将 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 的原始酸溶液移取至 \(250.0\ \mathrm{mL}\) 容量瓶中,再以蒸馏水稀释至校准刻度线。
接著,学生移取 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 的稀释后酸溶液,以 \(0.1200\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 的氢氧化钠溶液进行滴定。完全中和的配平反应式如下:
\[ \ce{H2A + 2OH^- -> A^2- + 2H2O} \]
学生先记录一次粗滴定值 \(19.10\ \mathrm{mL}\),接著得到三次相符的滴定值:\(18.55\ \mathrm{mL}\)、\(18.60\ \mathrm{mL}\) 及 \(18.65\ \mathrm{mL}\)。
(a) 计算三次相符滴定值的平均值。(1 分)
(b) 计算稀释后酸溶液的浓度。列出计算过程。(4 分)
(c) 求出原始酸溶液的浓度。(2 分)
(d) 说明为何将氢氧化钠的物质的量换算为被中和的酸的物质的量时,必须使用配平反应式。(1 分)
第 2 题(8 分)
将 \(50.00\ \mathrm{mL}\) 的 \(0.1000\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 盐酸,以 \(0.1000\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 的氢氧化钠溶液进行滴定。
记录以下 pH 数值。
| 加入的 NaOH 体积 (mL) | pH |
|---|---|
| 0.00 | 1.00 |
| 25.00 | 1.48 |
| 45.00 | 2.28 |
| 49.00 | 3.00 |
| 49.90 | 4.00 |
| 50.00 | 7.00 |
| 50.10 | 10.00 |
| 51.00 | 11.00 |
- 以 NaOH 滴定 HCl
(a) 求出氢氧化钠的当量点体积。(1 分)
(b) 说明为何在 \(25^\circ\mathrm{C}\) 下,当量点的 pH 约为 7.00。(2 分)
(c) 现有以下三种指示剂:
| 指示剂 | 变色范围 |
|---|---|
| 甲基橙 | pH 3.1-4.4 |
| 溴百里酚蓝 | pH 6.0-7.6 |
| 酚酞 | pH 8.2-10.0 |
选出变色范围的中心最接近当量点 pH 的指示剂,并说明理由。(2 分)
(d) 计算加入 \(55.00\ \mathrm{mL}\) 氢氧化钠后的 pH。(3 分)
第 3 题(9 分)
将 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 的未知弱一元酸 \(\ce{HA}\),以 \(0.1000\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 的氢氧化钠溶液进行滴定。
得到以下 pH 数值。
| 加入的 NaOH 体积 (mL) | pH |
|---|---|
| 0.00 | 2.88 |
| 10.00 | 4.58 |
| 12.30 | 4.74 |
| 20.00 | 5.38 |
| 24.00 | 6.34 |
| 24.50 | 7.13 |
| 24.60 | 8.72 |
| 24.70 | 10.30 |
- 以 NaOH 滴定弱酸
(a) 根据数据估算当量点体积。(1 分)
(b) 计算弱酸的初始浓度。(3 分)
(c) 说明为何当量点的 pH 大于 7。请写出相关物质与水反应的化学方程式。(3 分)
(d) 从以下三种指示剂中选出最合适的一种,并根据其变色范围及滴定数据说明理由。(2 分)
| 指示剂 | 变色范围 |
|---|---|
| 甲基橙 | pH 3.1-4.4 |
| 溴百里酚蓝 | pH 6.0-7.6 |
| 酚酞 | pH 8.2-10.0 |
第 4 题(9 分)
将 \(20.00\ \mathrm{mL}\) 的未知浓度氨水 \(\ce{NH3}\),以 \(0.1000\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 的盐酸进行滴定。
随著加入盐酸,记录 pH 值。
| 加入的 HCl 体积 (mL) | pH |
|---|---|
| 0.00 | 11.06 |
| 5.00 | 9.55 |
| 7.50 | 9.25 |
| 12.00 | 8.65 |
| 14.50 | 7.79 |
| 14.90 | 7.08 |
| 15.00 | 5.31 |
| 15.10 | 3.55 |
| 15.50 | 2.85 |
| 20.00 | 1.90 |
- 以 HCl 滴定 NH₃
(a) 求出当量点体积。(1 分)
(b) 计算氨水的初始浓度。(3 分)
(c) 写出铵离子与水反应的方程式,并说明为何当量点的 pH 低于 7。(3 分)
(d) 从下表中选出最合适的指示剂,并说明理由。(2 分)
| 指示剂 | 变色范围 |
|---|---|
| 甲基橙 | pH 3.1-4.4 |
| 甲基红 | pH 4.4-6.2 |
| 溴百里酚蓝 | pH 6.0-7.6 |
| 酚酞 | pH 8.2-10.0 |
第 5 题(8 分)
将 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 的 \(0.1000\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 盐酸,以 \(0.1000\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 的氢氧化钠溶液进行滴定。
学生在滴定过程中测量混合溶液的导电度。以下数值是以任意单位表示的相对导电度;数值越大,代表导电度越高。
| 加入的 NaOH 体积 (mL) | 相对导电度 |
|---|---|
| 0.00 | 100 |
| 5.00 | 85 |
| 10.00 | 70 |
| 15.00 | 55 |
| 20.00 | 40 |
| 24.00 | 28 |
| 25.00 | 25 |
| 26.00 | 27 |
| 30.00 | 33 |
| 35.00 | 42 |
| 40.00 | 50 |
- 以 NaOH 滴定 HCl
(a) 根据数据估算当量点体积。(1 分)
(b) 说出当量点之前不久、当量点时,以及当量点之后不久,溶液中主要存在的溶解离子。(3 分)
(c) 说明为何当量点之前导电度会下降,而当量点之后导电度会上升。(2 分)
(d) 一名学生声称,当量点时导电度必须为零,因为酸和碱已互相中和。请参考溶液中存在的离子,评估此说法。(2 分)
第 6 题(8 分)
一名学生透过滴定 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 的氢氧化钠分取液,以 \(0.1000\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\) 的盐酸测定氢氧化钠溶液的浓度。
反应如下:
\[ \ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O} \]
学生使用以下公式计算氢氧化钠的浓度:
\[ c(\ce{NaOH})= \frac{c(\ce{HCl})V(\ce{HCl})} {V(\ce{NaOH})} \]
针对以下每一项独立误差,指出计算所得的氢氧化钠浓度或报告的原始酸浓度会偏高、偏低,还是不变,并说明理由。
(a) 将 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 的氢氧化钠分取液移入锥形瓶后,学生在开始滴定前用蒸馏水冲洗锥形瓶。(2 分)
(b) 移取氢氧化钠溶液前,学生先用蒸馏水冲洗移液管,却没有再用氢氧化钠溶液润洗移液管。(2 分)
(c) 在另一项酸溶液稀释实验中,学生将 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 的原液酸移入 \(250.0\ \mathrm{mL}\) 容量瓶中进行稀释。学生将凹液面的最低点调至高于校准刻度线的位置,但仍使用 10.00 的稀释倍数计算原始酸浓度。(2 分)
(d) 进行氢氧化钠滴定时,学生因加入过量盐酸而超过指示剂终点。(2 分)
03详解与评分指引
各步骤或概念按指定分数给分。其他等效且正确的方法亦可接受。如果后续计算正确地沿用先前的数值错误,但计算方法仍然有效,则应酌情给予后续步骤分数。
第 1 题详解
(a) 平均滴定值(1 分)
使用三次相符的滴定值计算平均值,排除粗滴定值。
\[ \begin{aligned} V_{\text{平均值}} &=\frac{18.55+18.60+18.65}{3}\\ &=18.60\ \mathrm{mL} \end{aligned} \]
评分: 正确计算出平均值 \(18.60\ \mathrm{mL}\),得 1 分。
(b) 稀释后酸溶液的浓度(4 分)
首先,计算加入的氢氧根离子的物质的量。
\[ \begin{aligned} n(\mathrm{OH}^{-}) &=cV\\ &=0.1200\times0.01860\\ &=2.232\times10^{-3}\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
配平反应式显示,2 mol 的 \(\mathrm{OH}^{-}\) 会与 1 mol 的 \(\ce{H2A}\) 反应。
\[ \begin{aligned} n(\ce{H2A}) &=\frac{2.232\times10^{-3}}{2}\\ &=1.116\times10^{-3}\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
分取液的体积为 \(25.00\ \mathrm{mL}=0.02500\ \mathrm{L}\)。
\[ \begin{aligned} c_{\text{稀释后}} &=\frac{n(\ce{H2A})}{V}\\ &=\frac{1.116\times10^{-3}}{0.02500}\\ &=0.04464\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \end{aligned} \]
稀释后酸溶液的浓度为 \(0.04464\ \mathrm{mol\,L^{-1}}\)。
评分:
- 计算出 \(\mathrm{OH}^{-}\) 的物质的量,得 1 分。
- 正确使用氢氧根离子与酸的 2:1 莫耳比,得 1 分。
- 计算出 \(\ce{H2A}\) 的物质的量,得 1 分。
- 正确计算稀释后酸溶液的浓度,并标明单位,得 1 分。
(c) 原始酸溶液的浓度(2 分)
稀释倍数为:
\[ \frac{250.0}{25.00}=10.00 \]
稀释会改变浓度,但不会改变转移至容量瓶中的酸的物质的量。
因此,
\[ \begin{aligned} c_{\text{原始}} &=10.00\times0.04464\\ &=0.4464\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \end{aligned} \]
评分:
- 指出稀释倍数为 10.00,得 1 分。
- 正确求出原始酸溶液的浓度,并标明单位,得 1 分。
(d) 配平反应式的重要性(1 分)
配平反应式确立了各物质之间的莫耳比。每 1 mol 的 \(\ce{H2A}\) 需要 2 mol 的 \(\mathrm{OH}^{-}\) 才能完全中和,因此不能直接假设酸与氢氧根离子的莫耳比为 1:1,并据此计算酸的物质的量。
评分: 指出酸与氢氧根离子所需的莫耳比为 1:2,得 1 分。
第 2 题详解
(a) 当量点体积(1 分)
加入 \(50.00\ \mathrm{mL}\) 的氢氧化钠时达到当量点。
评分: 答出 \(50.00\ \mathrm{mL}\),得 1 分。
(b) 当量点的 pH(2 分)
盐酸和氢氧化钠都是强电解质,在水中几乎完全电离。到达当量点时,水合氢离子与氢氧根离子已按照所需的化学计量比例互相反应。
净离子反应式为:
\[ \ce{H3O+ + OH^- -> 2H2O} \]
溶液中剩余的溶解离子主要是 \(\mathrm{Na}^{+}\) 和 \(\mathrm{Cl}^{-}\)。这些离子不会与水发生足以显著改变 pH 的反应,因此在 \(25^\circ\mathrm{C}\) 下,溶液近乎中性。
因此,\(pH\approx7.00\)。
评分:
- 说明水合氢离子与氢氧根离子发生中和反应,得 1 分。
- 说明剩余的盐类离子不会显著影响 pH,得 1 分。
(c) 指示剂选择(2 分)
在三种选项中,溴百里酚蓝是最佳选择。其变色范围为 pH 6.0-7.6,中心最接近 7.00 的当量点 pH。
此外,当量点附近的滴定曲线具有陡峭的 pH 变化,因此只需加入少量滴定剂,就能引起明显的指示剂颜色变化。
评分:
- 选出溴百里酚蓝,得 1 分。
- 说明其变色范围与当量点 pH 的关系,得 1 分。
(d) 加入 \(55.00\ \mathrm{mL}\) 氢氧化钠后的 pH(3 分)
首先,计算酸和碱的物质的量。
\[ \begin{aligned} n(\ce{HCl}) &=0.1000\times0.05000\\ &=0.005000\ \mathrm{mol}\\[4pt] n(\ce{NaOH}) &=0.1000\times0.05500\\ &=0.005500\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
氢氧化钠过量。
\[ n_{\text{过量 }\mathrm{OH}^{-}} =0.005500-0.005000 =0.000500\ \mathrm{mol} \]
总体积为:
\[ V_{\text{总}} =0.05000+0.05500 =0.10500\ \mathrm{L} \]
因此,
\[ \begin{aligned} [\mathrm{OH}^{-}] &=\frac{0.000500}{0.10500}\\ &=0.004762\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \end{aligned} \]
先计算 pOH,再计算 pH。
\[ \begin{aligned} pOH&=-\log_{10}(0.004762)\\ &=2.322\\ pH&=14.00-2.322\\ &=11.68 \end{aligned} \]
pH 为 \(11.68\)。
评分:
- 计算出过量氢氧根离子的物质的量,得 1 分。
- 使用总体积计算氢氧根离子的浓度,得 1 分。
- 正确求出 pOH 和 pH,得 1 分。
第 3 题详解
(a) 当量点体积(1 分)
在约 \(24.60\ \mathrm{mL}\) 处,pH 出现急剧变化。
当量点体积为 \(24.60\ \mathrm{mL}\)。
评分: 答出正确体积,得 1 分。
(b) 酸的初始浓度(3 分)
一元酸的中和反应式为:
\[ \ce{HA + OH^- -> A^- + H2O} \]
酸与氢氧根离子的莫耳比为 1:1。在当量点时,初始酸的物质的量等于加入的氢氧化钠的物质的量。
\[ \begin{aligned} n(\ce{NaOH}) &=cV\\ &=0.1000\times0.02460\\ &=0.002460\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
因此,初始的 \(\ce{HA}\) 物质的量同样为 \(0.002460\ \mathrm{mol}\)。
\[ \begin{aligned} c(\ce{HA}) &=\frac{0.002460}{0.02500}\\ &=0.09840\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \end{aligned} \]
评分:
- 计算出当量点时氢氧化钠的物质的量,得 1 分。
- 正确使用 1:1 莫耳比,得 1 分。
- 正确计算酸的浓度,并标明单位,得 1 分。
(c) 当量点 pH 为何大于 7(3 分)
在当量点时,原本的弱酸已被中和,溶液中留下其共轭碱 \(\mathrm{A}^{-}\)。
共轭碱会与水反应:
\[ \ce{A^- + H2O <=> HA + OH^-} \]
此反应会产生氢氧根离子。这些离子的存在使溶液呈碱性,因此当量点的 pH 大于 7。
评分:
- 指出在当量点时,酸衍生物种中主要存在的是共轭碱,得 1 分。
- 写出正确的平衡反应式,得 1 分。
- 说明氢氧根离子的生成会使 pH 大于 7,得 1 分。
(d) 指示剂选择(2 分)
酚酞是最合适的选择。其变色范围为 pH 8.2-10.0,位于当量点附近 pH 急剧变化的区域内。
测得的 pH 从 \(24.50\ \mathrm{mL}\) 时的 7.13,上升至 \(24.70\ \mathrm{mL}\) 时的 10.30。因此,指示剂应在当量点附近的一小段体积范围内变色。
评分:
- 选出酚酞并指出其变色范围,得 1 分。
- 说明其变色范围与曲线陡峭区段的关系,得 1 分。
第 4 题详解
(a) 当量点体积(1 分)
加入 \(15.00\ \mathrm{mL}\) 的盐酸时达到当量点。
评分: 答出 \(15.00\ \mathrm{mL}\),得 1 分。
(b) 氨水的初始浓度(3 分)
氨与盐酸按照 1:1 的莫耳比反应:
\[ \ce{NH3 + HCl -> NH4Cl} \]
在当量点时,加入的盐酸物质的量等于氨的初始物质的量。
\[ \begin{aligned} n(\ce{HCl}) &=0.1000\times0.01500\\ &=0.001500\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]
因此,
\[ \begin{aligned} c(\ce{NH3}) &=\frac{0.001500}{0.02000}\\ &=0.07500\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \end{aligned} \]
评分:
- 计算出当量点时盐酸的物质的量,得 1 分。
- 正确使用 1:1 莫耳比,得 1 分。
- 正确计算氨的浓度,并标明单位,得 1 分。
(c) 当量点 pH 为何低于 7(3 分)
氨是一种弱碱。在当量点时,氨已与盐酸反应,溶液中留下铵离子。
铵离子与水的反应如下:
\[ \ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+} \]
此反应会产生水合氢离子,使溶液呈酸性。因此,当量点的 pH 低于 7。
评分:
- 指出当量点时相关的物种为 \(\ce{NH4+}\),得 1 分。
- 写出正确的平衡反应式,得 1 分。
- 说明水合氢离子的生成会使 pH 降至 7 以下,得 1 分。
(d) 指示剂选择(2 分)
甲基红是最合适的选择。其变色范围为 pH 4.4-6.2,涵盖当量点 pH 5.31。
此外,其变色范围也位于当量点附近 pH 快速变化的区域,因此适合用来判定终点。
评分:
- 选出甲基红并指出其变色范围,得 1 分。
- 说明其变色范围与当量点 pH 及曲线陡峭区段的关系,得 1 分。
- 强酸-强碱 (pH ≈ 7)
- 弱酸-强碱 (pH > 7)
- 强酸-弱碱 (pH < 7)
关键的比较在于,当量点的 pH 取决于参与反应的酸和碱。中和反应并不会自动产生 pH 为 7 的溶液。
第 5 题详解
(a) 当量点体积(1 分)
导电度在约 \(25.00\ \mathrm{mL}\) 时达到最低值。
当量点体积为 \(25.00\ \mathrm{mL}\)。
评分: 答出正确体积,得 1 分。
(b) 各阶段的主要离子(3 分)
- 当量点之前不久: \(\ce{H3O+}\)、\(\mathrm{Na}^{+}\) 和 \(\mathrm{Cl}^{-}\)。此时盐酸仍有剩余。
- 当量点时: \(\mathrm{Na}^{+}\) 和 \(\mathrm{Cl}^{-}\)。溶液中含有已溶解的氯化钠。
- 当量点之后不久: \(\mathrm{Na}^{+}\)、\(\mathrm{Cl}^{-}\) 及过量的 \(\mathrm{OH}^{-}\)。此时氢氧化钠过量。
评分:
- 正确指出当量点之前的主要离子,得 1 分。
- 正确指出当量点时的主要离子,得 1 分。
- 正确指出当量点之后的主要离子,得 1 分。
(c) 导电度为何先下降再上升(2 分)
在当量点之前,加入的氢氧根离子会中和具有高离子迁移率的水合氢离子。这些水合氢离子逐渐被离子迁移率较低的钠离子取代,因此导电度下降。
在当量点之后,额外加入的氢氧化钠会带入过量的氢氧根离子及更多钠离子。这些可移动的离子使导电度上升。
评分:
- 说明导电度下降是由于高迁移率的水合氢离子被移除,得 1 分。
- 说明导电度上升是由于存在过量的氢氧根离子及额外的钠离子,得 1 分。
(d) 当量点时的导电度(2 分)
此说法不正确。中和反应会移除过量的水合氢离子和氢氧根离子,但不会将钠离子和氯离子从溶液中移除。
这些离子仍然可以在溶液中移动并传递电荷,因此导电度会降至最低值,而不是变成零。
评分:
- 指出当量点时导电度不会为零,得 1 分。
- 指出溶液中仍有可移动的 \(\mathrm{Na}^{+}\) 和 \(\mathrm{Cl}^{-}\) 离子,得 1 分。
第 6 题详解
(a) 向锥形瓶加入蒸馏水(2 分)
计算所得的氢氧化钠浓度不变。
移取的分取液原本已含有固定物质的量的氢氧化钠。加入蒸馏水会增加锥形瓶内的总体积,并降低溶液的浓度,但不会改变必须参与反应的氢氧化钠莫耳数。
因此,当量点的滴定体积不变。
评分:
- 指出计算所得的浓度不变,得 1 分。
- 说明分取液中的氢氧化钠物质的量保持不变,得 1 分。
(b) 移液管未以氢氧化钠溶液润洗(2 分)
计算所得的氢氧化钠浓度偏低。
残留的水会稀释经移液管转移的氢氧化钠溶液。因此,名义上移取的分取液所含氢氧化钠莫耳数少于预期,达到当量点所需的盐酸也会较少。
使用这个较小的滴定体积进行计算,会低估氢氧化钠的浓度。
评分:
- 指出计算所得的浓度偏低,得 1 分。
- 说明残留的水会使转移的氢氧化钠莫耳数减少,并导致滴定体积较小,得 1 分。
(c) 容量瓶中的液面高于校准刻度线(2 分)
报告的原始酸浓度偏低。
实际最终体积超过 \(250.0\ \mathrm{mL}\),因此配制出的酸溶液比预期更稀。其浓度低于预期十倍稀释所得到的浓度。
因此,将测得的稀释后酸浓度乘以名义稀释倍数 10.00,会低估原始酸的浓度。
评分:
- 指出报告的原始酸浓度偏低,得 1 分。
- 说明最终体积较大及名义稀释倍数不正确的影响,得 1 分。
(d) 超过滴定终点(2 分)
计算所得的氢氧化钠浓度偏高。
超过终点表示记录的盐酸体积大于达到化学计量当量点所需的体积。计算时,会将这些过量的盐酸视为已与氢氧化钠反应,因而高估分取液中氢氧化钠的物质的量。
由于分取液的体积固定,计算所得的浓度便会偏高。
评分:
- 指出计算所得的浓度偏高,得 1 分。
- 说明过量的滴定体积会导致氢氧化钠物质的量被高估,得 1 分。
试卷结束
分数摘要: 第 1 题:8 分;第 2 题:8 分;第 3 题:9 分;第 4 题:9 分;第 5 题:8 分;第 6 题:8 分。总分:50 分。