《水分析化学》课后习题答案.docx

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《水分析化学》课后习题答案

水分析化学平时作业整理

第一章

1.简述水分析化学课程的性质及任务。

性质：

水分析化学是研究水及其杂质、污染物的组成、性质、含量和它们的分析方法的一门

学科。

任务：

通过水分析化学学习，掌握水分析化学的四大滴定方法（酸碱滴定法、络和滴定法、

沉淀滴定法和氧化还原滴定法）和主要仪器分析法（如吸收光谱法、色谱法和原子光谱法等）

的基本原理、基本理论、基本知识、基本概念和基本技能，掌握水质分析的基本操作，注重

培养学生严谨的科学态度，培养独立分析问题和解决实际问题的能力。

2.介绍水质指标分几类，具体包括哪些指标？

（1）物理指标1）水温2）臭味和臭阈值3）颜色和色度4）浊度5）残渣6）电导率

7）紫外吸光度值8）氧化还原电位

（2）微生物指标1）细菌总数2）总大肠菌群3）游离性余氯4）二氧化氯

（3）化学指标1）pH值2）酸度和碱度3）硬度4）总含盐量5）有机污染物综合指

标6）放射性指标

第二章

1.简述水样分析前保存的要点是什么？

水样保存希望做到：

减慢化学反应速度，防止组分的分解和沉淀产生；减慢化合物或络合

物的水解和氧化还原作用；减少组分的挥发溶解和物理吸附；减慢生物化学作用。

水样的保存方法主要有加入保存试剂，抑制氧化还原反应和生化作用；控制pH值和冷藏

冷冻等方法，降低化学反应速度和细菌活性。

2.测定某废水中的COD，十次测定结果分别为50.0,49.2,51.2,48.9,50.5,49.7,51.2,48.8,49.7和

49.5mgO2/L，问测量结果的相对平均偏差和相对标准偏差（以CV表示）各多少？

解：

X=

n

1

n

i1

xi=49.87di=Xi-X

n

d

i

n

=

1.130.671.330.97

1.630.171.331.070.17

10

0.37

i1

d=

=0.684

d（%）=

d

X

×100=

0.684

49.87

×100=1.37%

n

d

i

2

Sr=

i

1

n

1

=

2

0.13

2

0.67

2

1.33

2

0.97

2

0.63

9

2

0.17

2

1.33

2

1.7

0.17

2

2

0.37

=

2227

3000

2227

CV（%）=

Sr

X

×100=

3000

3.

=1.73%

第三章

3.已知下列各物质的Ka或Kb，比较它们的相对强弱，计算它们的Kb或Ka，并写出它们的

共轭酸（或碱）的化学式。

+H2C2O4

（1）HCNNH4

－10－10－2

（Ka）5.6×10（Ka）5.9×10（Ka1）

49.6×10

－5

（Ka2）

2.×10

－

（2）NH2OHCH3NH2AC

－9－4－10

（Kb）4.2×10（Kb）5.90×10（Kb）

2.×10

+

解：

（1）酸性强弱：

H2C2O4>NH4

>HCN

HCN：

14

Kw1.010

5

Kb2.0310共轭碱为CN

10

Ka4.9310

－

14

Kw1.010

+：

5NH4

Kb1.7910共轭碱为NH3

10

Ka5.610

H2C2O4：

14

Kw1.010

10－

Kb11.5610共轭碱为HC2O4

5

Ka6.410

2

14

Kw1.010

13

Kb共轭碱为C

21.6910

2－

2O42

Ka5.910

1

（2）碱性强度：

CH3NH2>NH2OH>AC

－

NH2OH：

14

Kw1.010

11

Ka2.3810共轭酸为NH2OH2

4

Kb4.210

CH3NH2：

14

Kw1.010

6

Ka1.110共轭酸为CH3NH3

9

Kb9.110

AC

－

：

14

Kw1.010

5

Ka1.6910共轭酸为HAc

10

Kb5.9010

4.简述酸碱滴定中指示剂的选用原则。

最理想的指示剂应恰好在计量点时变化。

但，实际上凡在pH=4.30~9.70范围内变色的指

示剂，均可保证有足够的准确度。

在满足滴定准确度要求的前提下，其变色点越接近计量点

越好。

注意：

强酸滴定强碱的滴定曲线与强碱滴定强酸类同，只是位置相反。

滴定突跃大小与滴定液和被滴定液的浓度有关。

如果是等浓度的强酸强碱相互滴定，其滴

定起始浓度减少一个数量级，则滴定突跃缩小两个pH单位。

（P87）

指示剂选择的原则，各类酸碱滴定选用指示剂的原则都是一样的。

所选择的指示剂变色范围，必须处于或部分处于计量点附近的pH突跃范围内。

4.某一弱酸型指示剂在pH=4.5的溶液中呈现蓝色，在pH=6.5的溶液中呈现黄色，该指示剂

的解离常数KHIn为多少？

解：

由题意知该指示剂pK=5.5

－5.5－6

KHIn=10=3.2×10

弱酸—共轭酸或弱酸—共轭碱组成的缓冲

溶液能控制的pH范围为pK1

5.水中碱度主要有哪些？

简述碱度测定的基本原理。

－

2－）碱度和氢氧化物（OH－

一般水中碱度主要有重碳酸盐（HCO3）碱度、碳酸盐（CO3

）碱度。

水中碱度的测定采用酸碱指示剂滴定法，即以酚酞和甲基橙作指示剂，用HCl或H2SO4

标准溶液滴定水样中碱度至终点，根据所消耗酸标准溶液的量，计算水样中的碱度。

6.取水样100.0mL，用0.1000mol/LHCl溶液滴定至酚酞终点，消耗13.00mL；再加甲基橙

指示剂，继续用HCl溶液滴定至橙红色出现，消耗20.00mL，问水样中有何种碱度？

其含

量为多少（mg/L表示）？

解：

P=13.00mL，M=20.00mL

P

2－和HCO3－

碱度，CO3

2－=2P，HCO3－水中有CO3=M-P

C2P30

2－碱度（CO2－，mg/L）=1000

CO3

3

100

=780.0mg/L

－－

CM-P61

碱度（HCO3，mg/L）=1000

HCO3

100

=427.0mg/L

2－、OH

－－

、HCO3

7.一水样中可能含有CO3

，或者是混合水样。

用20.00mL0.100mol/LHCl

溶液，以酚酞为指示剂可滴定至终点。

问：

－2－的量（过去称摩尔数）相同，再以甲基橙为指示剂，还需

和CO3

（1）若水样含有OH

加入多少毫升HCl溶液才可滴定至橙红色终点？

2－和HCO3－

的量相同，接着以甲基橙为指示剂，还需滴入多少毫升

（2）若水样含有CO3

HCl溶液才可达到橙红色终点？

（3）若加入甲基橙指示剂时，不需滴入HCl溶液就已呈终点颜色，该水样中含何种物

质？

解：

（1）P=20.00mL

－2－碱度

1

P包括OH和CO3

2

－2－的量相同

和CO3水样含有OH

－

OH=

1

2

2－=

CO3

1

2

P

M=

1

2

2－=

CO3

1

2

P=10.00mL

（2）P=20.00mL

P为

1

2

CO

-

2

3

碱度

1

2

-

2

CO

=P=20.00mL

3

2－－

和HCO3

水样含有CO3

的量相同

1

2

-

2

CO

3

－

=HCO3=P=20.00mL

还需滴入M=

1

2

CO

-

2

3

－

+HCO3

=40.00mL

（3）P=20.00mL，M=0

－

水样中只有OH

第四章

1络合物的稳定常数和条件稳定常数有什么区别和联系？

当络合反应达到平衡时，其反应平衡常数为络合物的稳定常数，用K

稳表示。

络合平衡时

的稳定常数K稳是[Y]总=[Y

4-]，即αY（H）=1时的稳定常数。

这样，EDTA不能在pH<12时应用。

在实际应用中，溶液的pH<12时，必须考虑酸效应对金属离子络合物稳定性的影响，引进

条件稳定常数，用K'

稳表示。

络合物的K稳越大，则络合物越稳定。

由于pH值越大，αY（H）越小，则条件稳定常数

K'

稳越大，形成络合物越稳定，对络合滴定就越有利。

n4

K

稳

[MY]

K

为酸效应系数

稳[M][Y]

n

Y（H）

Y（

H

）总

2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值是多少？

实际分析中pH

8.用EDTA标准溶液滴定水样中的Ca

值应控制在多大？

解：

lgKCaY=10.69lgKMgY=8.69lgKZnY=16.50

2+时，lgɑ

滴定CaY（H）=10.69－8=2.69

滴定Mg

查表，得pH=7.5~7.6

2+时，lgɑ

Y（H）=8.69－8=0.69

利用lgɑY（H）=lgK

稳－8公式，可以找到滴

n+

）时所允许的最

定各种金属离子（M

小pH值。

查表，得pH=9.6~9.7

2+时，lgɑY（H）=16.50－8=8.50滴定Zn

查表，得pH=4.0~4.1

2+、Mg2+、Zn2+时的最小pH值分别是7.5，9.6，4.0。

滴定Ca

在实际分析中，控制溶液的pH范围要比滴定金属离子允许的最小pH范围大一些，

+

因为EDTA是一有机弱酸，在水溶液中或多或少的解离产生一定量的H，降低了溶液的pH

值，所以控制的pH值稍高一些，可抵消这种影响。

9.计算pH=10时，以10.0mmol/LEDTA溶液滴定20.00mL10.0mmol/LMg

2+溶液，在计量点

时的Mg

2+的量浓度和pMg值。

解：

pH=10时，lgKlgKlg8.690.458.24

MgYMgYY（H）

Mg

2

sp

C

Mg

1.0100

C

22

Mg5.36106/

sp

mol

5.

KK10

MgYMgY

L

pMg

2

splgMgsp

49.727

3.简述金属指示剂的作用原理，解释什么是金属指示剂的封闭现象和僵化现象。

金属指示剂是一些有机络合剂，可与金属离子形成有色络合物，其颜色与游离金属指示剂

本身的颜色不同，因此，可以指示被滴定金属离子在计量点附近pM值的变化。

当金属指示剂与金属离子形成的络合物不能被EDTA置换，加入大量EDTA也得不到终

点，这种现象叫做指示剂的封闭现象。

如果金属指示剂与金属离子生成的显色络合物为胶体或沉淀，使滴定时与EDTA的置换

作用缓慢，而使终点延长，这种现象叫做指示剂的僵化现象。

4.取水样100mL，调节pH=10.0，用EBT为指示剂，以10.0mmol/LEDTA溶液滴定至终点，

消耗25.00mL，求水样中的总硬度（以mmol/L和CaCO3mg/L）?

3.25.00

解：

总硬度（mmol/L）=2.50mmol/L

100

总硬度（

mmol/L）

CV

EDTAEDTA

V

水

0.3825.00100.10

总硬度（CaCO3mg/L）=250.25mg/L

100

5.取一份水样100mL，调节pH=10，以EBT为指示剂，用10.0mmol/LEDTA溶液滴定至终

点，消耗24.20mL；另取一份水样100mL，调节pH=12，加钙指示剂（NN），然后以10.0mmol/L

2+、Mg2+EDTA溶液滴定至终点，消耗13.15mL。

求该水样中总硬度（以mmol/L表示）和Ca

的含量（以mg/L表示）？

0.685024.20

解：

总硬度（mmol/L）=2.42mmol/L

100

49.88013.1540.08

2+（mg/L）=52.70mg/LCa

100

Mg

2+

0.1424.2013.1524.31

（mg/L）=26.86mg/L

100

第五章

0.68在含有等浓度的Cl

－－

和I的溶液中，逐滴加入AgNO3溶液，哪一种离子先沉淀？

第二种离

子开始沉淀时，Cl

－与I－的浓度比为多少？

－10

解：

Ksp,AgCl=1.8×10

－17

Ksp,AgI=8.3×10

AgClAgIK

与是同类型沉淀，而且

spK

AgI

sp，AgCl

I

先沉淀

当Cl

－

开始沉淀时，

Ag

K

spAgCl

，

—

Cl

I

K

sp，

AgI

Ag

K

K

spAgI

，

sp，AgCl

Cl

Cl

I

K10

，AgCl6

1.810

sp2.1710

17

K8.310

sp，AgI

6.取水样100mL，加入20.00mL0.1120mol/LAgNO3溶液，然后用0.1160mol/LNH4SCN溶

液滴定过量的AgNO3溶液，用去10.00mL，求该水样中Cl

－

的含量（mg/L表示）。

解：

Clmg/L

49.820.00

6.10.0035.453

100

1000

4.mg/L

第六章

0.39何谓标准电极电位和条件电极电位？

当电对处于标准状态（即物质皆为纯净物，组成电对的有关物质浓度（活度）为1.0

-3，涉及气体的分压为1.0×105Pa时，该电对的电极电势为标准电极电势，用符号φmol·dm

θ

表示。

通常温度为298.15K。

条件电极电位与络合反应中的条件稳定常数K’稳和稳定常数K稳关系相似，是考虑了

外界因素（如离子强度）影响时的电极电位。

0.40举例说明三种氧化还原指示剂的显色原理。

①利用滴定剂或被滴定液本身的颜色变化来指示滴定终点到达，这种滴定剂或被滴定物质

起着指示剂的作用，因此叫自身指示剂。

例如：

在KMnO4法中，用

—

MnO在酸性溶液中滴定无色或浅色的还原性物质时，计量点

4

之前，滴入的

—2+，整个溶液仍保持无色或浅色。

达到计量点

MnO全部被还原为无色的Mn

4

时，水中还原性物质已全部被氧化，再过量1滴

—－6

MnO（2×10

mol/L的

4

—

MnO），溶液

4

立即由无色或浅色变为稳定的浅红色，指示已达滴定终点，KMnO4就是自身指示剂。

②专属指示剂本身并没有氧化还原性质，但它能与滴定体系中的氧化态或还原态物质结合

产生特殊颜色，而指示滴定终点。

3+滴定Sn2+时，可用KSCN作专属指示剂。

计量点前，滴入的Fe3+例如：

在酸性溶液中用Fe

2+还原为Fe2+，溶液无色；计量点时，稍过量的Fe3+便与SCN－反应生成Fe（SCN）2+被Sn

红色络合物，指示已达滴定终点。

③本身具有氧化还原性质的有机化合物。

在氧化还原滴定中，这种指示剂也发生氧化还原

反应，且氧化态和还原态的颜色不同，利用指示剂由氧化态变为还原态或还原态变为氧化态

的颜色突变，来指示滴定终点。

10.取水样100mL，用H2SO4酸化后，加入10.00mL0.0100mol/L高锰酸钾溶液

（1/5KMnO4=0.0100mol/L），在沸水浴中加热30min，趁热加入10.00mL0.0100mol/L草酸

钠溶液（1/2Na2C2O4=0.0100mol/L），摇匀，立即用同浓度高锰酸钾标准溶液滴定至显微红

色，消耗2.15mL，求该水样中高锰酸盐指数是多少（mgO2/L）?

解：

高锰酸盐指数（

mgO/

2

L

）

VC

11

—

V

C

2

2

—

V

水

VC8

11

1000

7.000.010010.000.01002.150.010081000

——

100

49.9mgO/L

2

V1——开始加入KMnO4标准溶液的量（mL）；

V1'——最后滴定消耗KMnO4标准溶液的量（mL）；

V2——加入Na2C2O4标准溶液的量（mL）；

C1——KMnO4标准溶液浓度（1/5KMnO4，mol/L）；

C2——Na2C2O4标准溶液浓度（1/2Na2C2O4，mol/L）；

8——氧的摩尔质量（1/2O，g/mol）；

V水——水样的量（mL）。

7.用回流法测定某废水中的COD。

取水样20.00mL（同时取无有机物蒸馏水20.00mL作空

白试验）放入回流锥形瓶中，加入10.00mL0.2500mol/L重铬酸钾溶液

（1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L）和30mL硫酸—硫酸银溶液，加热回流2h；冷却后加蒸馏水稀

释至140mL，加试亚铁灵指示剂，用0.1000mol/L硫酸亚铁溶液（（NH4）2Fe（SO4）2）·6H

2O

=0.1000mol/L）返滴至红褐色，水样和空白分别消耗11.20mL和21.20mL。

求该水样中的COD

是多少（mgO2/L）?

CODmgO/L

（）

2

（V—VC8

）

0

1

V

水

1000

解：

（.

2120

—

11.20

）

5.

0.4100

8

1000

0.686mgO/L

2

V0——空白试验消耗（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的量（mL）；

V1——滴定水样时消耗（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液的量（mL）；

C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（（NH4）2Fe（SO4）2，mol/L）；

8——氧的摩尔质量（1/2O，g/mol）；

V水——水样的量（mL）。

应该指出，在滴定过程中，所用K2Cr2O7标准溶液的浓度是

1/6K2Cr2O7mol/L。

第七章

1、参比电极和指示电极的种类和作用有哪些？

指示电极分为金属基电极和膜电极两大类。

金属基电极分为金属---金属离子电极、金属

---金属微溶盐电极、均相氧化还原电极。

常用的参比电极有甘汞电极和银-氯化银电极。

2、玻璃电极使用前为何必须在蒸馏水中浸泡24h以上？

由于干玻璃电极对氢离子的传感不灵敏，即对pH值不响应，因此需要用蒸馏水浸泡：

一方面，使玻璃电极的薄膜表面形成一层水合硅胶，水合硅胶层与水溶液之间的离子交换平

衡是产生电极电位的根源，会恢复玻璃电极对pH值的响应。

另一方面，玻璃电极的薄膜内

外表面的结构、性质常有差别或不对称，引起不对称电位，浸泡的目的是使其不对称电位减

少并达到稳定。

3、电极使用前为何要用pH标准缓冲溶液标定pH计？

一般由于温度的影响、电子元件的老化、玻璃电极产家不一或浸泡时间不一等因素，常

使pH计测量结果产生偏差，因此除了用仪器上的温度调节钮对温度进行补偿外，必须在测

定之前用标准缓冲溶液进行校正。