Question

（12分）在給定實驗條件下，一元弱酸HA在苯（B）和水（W）的分配系數K_D=[HA]_B/[HA]_W=1.00。已知水相和苯相中HA的分析濃度分別為3.05×10^-3 和3.96×10^-3 mol?L^-1。在水中，HA按HA⇌H⁺+A^-解離，K_a=1.00×10^-4；在苯中，HA發生二聚：2HA⇌（HA）₂。

6-1 計算水相中各物種的濃度及pH。   

6-2 計算化合物HA在苯相中的二聚平衡常數。

6-3 已知HA中有苯環，1.00gHA含3.85×10²¹個分子，給出HA的化學名稱。

6-4 解釋HA在苯中發生二聚的原因，畫出二聚體的結構。

Answer 1

6-1（4 分）HA 在水中存在如下電離平衡：

HA = H⁺＋A⁻       Ka ⁼1.00×10^-4

據題意，得如下 3 個關系式：[HA]＋[A⁻]＝3.05×10^-3mol?L^-1       ①

      [H⁺] [A⁻]／[HA]＝1.00×10^-4     ② 

                               [H⁺]＝[A⁻][H⁺]＝5.05×10^-4 mol?L^-1  ③

三式聯立，解得：[A⁻]＝[H⁺]＝5.05×10^-4 mol?L^-1， [HA]＝2.55×10^-3 mol?L^-1， [OH^-] ＝1.98×10^-11 mol?L^-1，   pH＝−log[H⁺]  ＝3.297 = 3.30    

計算過程合理得 1.5 分；每個物種的濃度 0.5 分；pH 0.5 分。

6-2（4 分）HA 的二聚反應為： 2HA = (HA)₂

平衡常數 K_dim=[(HA)₂]/ [HA]² 

苯相中，HA 的分析濃度為 2[(HA)₂]＋[HA]_B＝3.96×10^-3 mol?L-1                                  

根據苯-水分配常數 K_D=[HA]_B/[HA]_W=1.00

得[HA]_B＝[HA]_W＝2.55×10^-3 mol?L^-1

[(HA)₂]＝7.05×10^-4 mol?L^-1

K_dim=[(HA)₂]/ [HA]²=7.05×10^-4／(2.55×10^-3)²＝1.08×10²

計算過程合理得 2 分；單體及二聚體濃度正確各得 0.5 分；平衡常數正確得 1 分(帶不帶單位不影響得分)。 

6-3（2 分）HA 的摩爾質量為(1.00×6.02×10²³)/(3.85×10²¹)＝156 (g/mol)，根據所給信息，推斷 HA 是氯代苯甲酸。

156－77(C₆H₅)－45(羧基)=34，苯環上可能有氯，于是有 156－76(C₆H₄)－45(羧基)=35，因此 HA 是氯代苯甲酸。推算合理和結論各 1 分。

6-4（2 分）在苯中，氯代苯甲酸相互作用形成分子間氫鍵；二聚體結構如下：

 

 

原因與結構各 1 分。