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MCAT物理:酸碱平衡

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例子问题

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例子问题1:酸碱平衡

酸和碱可以用三种主要方式来描述。阿伦尼乌斯的定义是最具限制性的。它将酸和碱分别限制为在溶液中提供质子和氢氧根离子的种类。这类酸的例子包括HCl和HBr，而KOH和NaOH是碱的例子。在水溶液中，这些酸通过解离反应达到平衡状态。

$HA \leftrightharpoons H^{+} + A^{-}$

所有的基础都以类似的方式进行。

$BOH \leftrightharpoons B^{+} + OH^{-}$

的Brønsted-Lowry定义酸是一种更广泛的方法。所有的阿伦尼乌斯酸和碱也是Brønsted-Lowry酸和碱，但反过来就不对了。Brønsted-Lowry酸与阿伦尼乌斯酸通过相同的解离反应达到平衡，但酸的性质由不同的参数定义。Brønsted-Lowry定义认为碱是氢氧根供体，如Arrhenius定义，但也包括共轭碱，如A^-在上述反应中。在逆向反应中，A^-接受质子再生HA。Brønsted-Lowry定义将碱定义为质子受体，酸定义为质子供体。

下列哪个表达式最接近纯水的平衡常数?

可能的答案:

$K_{w} = [}H^{+}}][OH^{-}]$

$K_{w} = [}H^{+}}]$

$K_{w} = [}H^{+}}][H_{2}O]$

$K_w=\frac{[H^+]}{[OH^-]}$

$K_{w} = [H_{2}O][OH^{-}]$

正确答案:

$K_{w} = [}H^{+}}][OH^{-}]$

解释：

水的使用过程如下:

$H_{2}O \leftrightharpoons H^{+} + OH^{-}$

平衡常数由下式计算。

$K_{eq}=\frac{[product]}{[reactant]}$

平衡表达式是 $K_{w} = [}H^{+}}][OH^{-}]$ ，不包括纯水反应物。纯固体和液体不包括在平衡计算中。

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例子问题2:酸碱平衡

pH = 2的水溶液中氢氧根的浓度是多少?

可能的答案:

$1*10^{-2}M$

$1*10^{-12}M$

$1*10^{-4}M$

溶液中没有氢氧根离子

正确答案:

$1*10^{-12}M$

解释：

氢氧根浓度可以通过考虑溶液中水的自电离来确定。在 25^oC ，水的平衡常数为 $K_{w} = 1*10^{-14}$ ．这个值是基于水的自电离。

$H_2O\rightleftharpoons H^++OH^-$

$K_w=[H^+][OH^-]=1*10^{-14}$

由于反应是关于质子和氢氧根离子浓度的，我们可以将表达式设为这个值，以确定给定ph值下氢氧根离子的浓度。我们通过使用以下公式来确定溶液中质子的浓度:

pH=-log[H^+]

$[H^{+}] = 10^{-pH}$

$[H^{+}] = 10^{-2} = 1*10^{-2}M$

现在，我们可以解出氢氧根的浓度。

$K_w=[H^+][OH^-]=1*10^{-14}$

$[OH^{-}][1*10^{-2}] = 1*10^{-14}$

$[OH^{-}] = 1*10^{-12}M$

这个问题也可以通过计算溶液的pOH并利用这个值来求氢氧根离子浓度来解决。

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示例问题21:麦卡特物理科学

氢氧根离子浓度为5 * 10的溶液的pH值是多少⁴M ?

可能的答案:

$\small 3.30$

$\small 5*10^{10}$

$\small 10.70$

$\small 13.30$

$\small 2*10^{-11}$

正确答案:

$\small 10.70$

解释：

首先转换OH的浓度^-转化成H的浓度⁺．记住K_w是1 * 10^-14年．

$\small [H^{+}]=\frac{1*10^{-14}}{[OH^{-}]} = \frac{1*10^{-14}}{5*10^{-4}}=2*10^{-11}$

然后，转换H的浓度⁺pH值。

$\small pH = -log[H^{+}]=-log(2*10^{-11})\approx10.70$

或者，你可以用氢氧根浓度来求解pOH，并将其转换为pH值。

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例子问题1:酸碱化学

扩散可以定义为分子沿不同浓度梯度的净转移。这是一个被动自发的过程，依赖于分子的随机运动和布朗运动。扩散是一个重要的生物过程，特别是在呼吸系统中，氧气从肺泡扩散到毛细血管中的红细胞，肺泡是肺力学的基本单位。

图1描述这个过程，显示肺泡被带有红细胞的毛细血管与邻近细胞隔开。给出了氧和二氧化碳的分压。其中一个用于确定气体交换的方程是菲克定律，由:

ΔV =(面积/厚度)·D ._气体·(P_{1 -}P₂）

其中ΔV为流量，面积和厚度为气体通过的可渗透膜，在本例中为肺泡壁。P₁和P₂分别为上游和下游分压。此外,维_气体为气体的扩散常数，定义为:

D_气体=溶解度/(分子量)^(1/2)

下面哪一对给出了正确的方程，以及二氧化碳扩散到血液中时pH值的变化?

可能的答案:

有限公司₂+ H₂O HCO_3.^{- - - - - -}| pH值降低

O₂+有限公司₂+ H₂O H₂O₂+有限公司_3.^{2 -}| pH值降低

有限公司₂+ H₂O H₂有限公司_3.| pH值降低

有限公司₂+ H₂O H₂有限公司_3.| pH值增加

正确答案:

有限公司₂+ H₂O H₂有限公司_3.| pH值降低

解释：

这本质上是一个分为两部分的问题。第一个要求你生成碳酸;第二个，要求你推断酸会降低血液pH值。只有一个答案选择是正确平衡的，并给出准确的pH值变化。尽管MCAT不需要这些知识，你的身体会不断监测血液pH值，以确定CO的浓度是否₂过高，或者，如果O₂浓度太低了。

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例子问题1:酸碱平衡

等于K的值_一个增加 , __________

可能的答案:

的反应HA→H⁺+一个^{- - - - - -}偏爱产品

酸的强度增加

这些都是真的

pKa减少

共轭碱的强度降低

正确答案:

这些都是真的

解释：

K_一个为酸在水中解离的平衡常数，HA→H⁺+一个^{- - - - - -}所以它是生成物除以反应物的量。随着这个值的增加，反应更有利于产物(离子)，这意味着酸解离得更多。强酸的定义是在水中完全解离的酸，K_一个增加酸的强度增加，而共轭碱的强度降低。pK_一个定义为-log (K_一个)，因此K_一个增加pK_一个减少。所有这些选项都是正确的。

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例子问题1:酸碱平衡

什么是pK_一个醋酸?(K_一个= 1.8 * 10⁵）

可能的答案:

4.2

4．7

5.3

2.1

8.6

正确答案:

4．7

解释：

我们知道pK_一个等于-log (K_一个)．因此,pK_一个醋酸是-log (1.8 * 10⁵)．这不是一个容易解决的问题，但有一个技巧。

我们知道1 * 10⁴> 1.8 * 10⁵> 1 * 10⁵，我们知道-log (1 * 10⁴) = 4和-log (1 * 10⁵) = 5。现在我们可以得出我们的pK_一个在4和5之间。

有两个选项属于这个范围:4.2和4.7。

1.8 * 10⁵更接近1 * 10⁵而不是1 * 10⁴，所以我们可以选择更接近5而不是4的答案:4.7。

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例子问题1:反应和滴定

HCN根据以下反应解离。

$HCN + H_{2}O \rightarrow CN^{-}+ H_{3}O^{+}$

K_一个氰化氢是 $\small 6.2*10^{-10}$ ．

K是什么_b为CN^-?

可能的答案:

$\small 1.3*10^{-4}$

$\small 1.6*10^{-5}$

$\small 6.2*10^{4}$

$\small 6.2*10^{-24}$

正确答案:

$\small 1.6*10^{-5}$

解释：

记住K_一个对于酸和K_b对于共轭碱，当乘以将等于水的自电离常数(K_w)．

$K_{a} K_{b} = K_{w}=\small 1*10^{-14}$

$\small K_{b} = \frac{K_w}{K_a}=\frac{1*10^{-14}}{6.2*10^{-10}}$

$\small K_{b}= 1.6*10^{-5}$

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例8:酸碱平衡

复合	基础强度，K_b
1	10¹²
2	10⁵
3.	10¹
4	10⁸

化学课上的学生在实验室里得到四个未知样本中的一个。一个学生被告知他的化合物是四种化合物中最强的酸。根据上表中的信息，学生得到的是哪种化合物?

可能的答案:

化合物4

化合物1

化合物3

化合物2

正确答案:

化合物4

解释：

该组最强的酸的K值也最小_b价值。作为最弱的碱(最小的K_b)，化合物4在溶液中只会部分解离，因为它有相当强的共轭酸。如果这个问题问的是哪种碱最强，答案应该是化合物1，因为它的K很大_b价值。

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例子问题1:反应和滴定

$HA \leftrightharpoons H^{+} + A^{-}$

所有的基础都以类似的方式进行。

$BOH \leftrightharpoons B^{+} + OH^{-}$

在水条件下Brønsted-Lowry碱的平衡常数， $A^{-}$ ，可以表示为以下哪一项?

可能的答案:

$K_b=\frac{[HA][OH^-]}{[H_2O]}$

$K_b=\frac{[HA]}{[A^-]}$

$K_b=\frac{[OH^-]}{[A^-]}$

$K_b=\frac{[A^-][OH^-]}{[HA]}$

$K_b=\frac{[HA][OH^-]}{[A^-]}$

正确答案:

$K_b=\frac{[HA][OH^-]}{[A^-]}$

解释：

碱反应本质上与酸反应相反。在题目中，水条件意味着碱， $A^{-}$ ，与水发生反应，反应如下:

$A^{-} +H_{2}O \leftrightharpoons HA + OH^{-}$

按照正常的平衡惯例，我们从方程中省略了水，因为它是纯液体。

$K_{eq}=\frac{[product]}{[reactant]}$

$K_b=\frac{[HA][OH^-]}{[A^-]}$

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例子问题1:反应和滴定

$H_ {2} CO_{3} \离开(K_{一}= 4.5 * 10 ^{7}\右)$

$HCHO_{2} \left (K_{a} = 1.8 * 10^{-4} \right)$

$HC_ {2} H_ {3} O_{2} \离开(K_{一}= 1.8 * 10 ^{5}\右)$

$HF \左(K_{a} = 6.3 * 10^{-4} \右)$

已知上述K的值_一个，将酸按强弱顺序排列。

可能的答案:

$Hcho_ {2} > hf > hc_ {2} h_ {3} o_ {2} > h_ {2} co_ {3}$

$Hf > hcho_ {2} > hc_ {2} h_ {3} o_ {2} > h_ {2} co_ {3}$

以上都不是。

$H_{2} co_ {3} > hc_ {2}H_{3} o_ {2} > hcho_ {2} > hf$

$Hf > h_ {2} co_ {3} > hc_ {2} h_ {3} o_ {2} > hcho_ {2}$

正确答案:

$Hf > hcho_ {2} > hc_ {2} h_ {3} o_ {2} > h_ {2} co_ {3}$

解释：

酸解离常数K_一个，描述了酸分解成氢离子(H⁺)和它的共轭碱(A^-)．解离常数越高，酸越强。HF的K最大_一个它是最强的酸，而H₂有限公司_3.K最小_一个，是最弱的。

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