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工艺专业主任
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化学情境试题:炎夏常喝的碳酸饮料〔I〕? 夏天到了,冰冰凉凉的碳酸饮料,相信是很多人的最爱,如图一所示。碳酸饮料不外乎是由碳酸水、糖、磷酸、咖啡因、香料、色素等所组成,并利用不同程度的压力将二氧化碳注入饮料中。 图一 冰凉的碳酸饮料为很多人夏天常喝的饮料 图片来源:jekert gwapo, http://www.flickr.com/photos/jekert/3743036507/ 然而碳酸饮料不宜常喝,因碳酸饮料含有二氧化碳气体,会刺激胃液分泌,使胃酸过多容易感觉腹胀,降低食慾而减少日常饮食摄取。一罐355 mL铝罐装的可乐含有35公克糖,对牙齿健康将造成不良的影响外,且具相当于140卡,约半碗饭的热量。 碳酸(Carbonic acid),化学式H 2 CO 3 ,是酸的一种。二氧化碳(CO 2 )溶于水后,一部分二氧化碳会与水化合,形成碳酸。该反应是一个可逆反应,如反应式[1]所示: CO 2 ( aq ) + H 2 O( l ) ? H 2 CO 3 ( aq )? ? [1] 该反应在常温下的水解平衡常数(hydration equilibrium constant), K h = [H 2 CO 3 ]/[CO 2 ] = 1.70 × 10 ?3 ;因此大部分二氧化碳不会参与反应。 碳酸是一种二元酸,其解离分为两步骤,如反应式[2]和[3]所示,碳酸的解离常数如下所示: H 2 CO 3 ( aq ) ? HCO 3 ? ( aq ) + H + ( aq )? ? [2] K a1 = 2.5 × 10 -4 ; p K a1 = 3.60 (25°C) HCO 3 ? ( aq ) ? CO 3 2? ( aq ) + H + ( aq )? ? [3] K a2 = 5.61 × 10 -11 ; p K a2 = 10.25 (25°C) 情境试题 1. 根据「相关情境描述」,二氧化碳溶于水中形成碳酸。 (1) 由反应式[1]观之,理论上碳酸的酸性( K a1 = 2.5 × 10 -4 )比醋酸( K a = 1.8 × 10 -5 )为强,试以拉电子基和推电子基说明之。 (2) 喝碳酸饮料的酸度不如吃食用醋,实际上碳酸的酸度比醋酸为度,试以浓度说明之。 2. 利用亨利定律,已知在25°C下二氧化碳的亨利定律常数为29.4 L-atm/mol,假设碳酸饮料中的二氧化碳的浓度不受其他物质干扰。 (1) 一般密闭瓶装的碳酸饮料之二氧化碳分压为2.5 atm,试计算在25°C下二氧化碳在水中的体积莫耳浓度。 (2) 承上题,一罐355 mL的铝罐装可乐有多少克的二氧化碳溶解在其中?有多少毫升的二氧化碳气体溶解在其中?(二氧化碳的莫耳质量为44.010 g/mol) (3) 若打开碳酸饮料瓶之后再密闭,二氧化碳分压变为1.0 atm,试计算在25°C下二氧化碳溶于水中二氧化碳的体积莫耳浓度。 3. 根据「相关情境描述」,二氧化碳溶于水中 (1) 除了水和二氧化碳之外,还有哪些物种(species)存在水中? (2) 在STP下,其溶液之pH = 5.65,试计算各种物种在水中的浓度(除了水和二氧化碳之外)。 4. 二氧化碳溶于水中的酸度可以下面的反应式[4]表示,此反应的平衡常数被称为碳酸的解离常数。 CO 2 ( aq ) + H 2 O( l ) ? HCO 3 ? ( aq ) + H + ( aq )? ? [4] (1) 试计算此反应式在25°C和1.0 atm的二氧化碳分压下的 K a 和p K a 。 (2) 在25°C和2.5 atm二氧化碳分压下,已知 [HCO 3 ? ] = 1.89 × 10 ?4 M,试计算此溶液之pH。 5. 一罐355 mL的铝罐装可乐含35克的蔗糖,此罐可乐的密度为1.12 g/mL,蔗糖的莫耳质量为342.30 g/mol,请问: (1) 此罐可乐含有蔗糖的体积莫耳浓度为多少? (2) 此罐可乐含有蔗糖的重量百分比为多少? 6. 经定量分析,355 mL铝罐装的可口可乐含磷酸(H 3 PO 4 )的最高浓度为389 ppm P 2 O 5 ,此罐可乐的密度为1.12 g/mL,莫耳质量:H 3 PO 4 = 98.00 g/mol,P 2 O 5 = 141.94 g/mol,请问: (1) 此罐可乐含磷酸的重量多少? (2) 此罐可乐含磷酸的重量百分比为多少? (3) 此罐可乐含磷酸的体积莫耳浓度为多少? 连结:炎夏常喝的碳酸饮料(Carbonated Beverages for a Summer Day)〔II〕 参考资料 (撷取日期:2010年5月) 软性饮料,维基百科,http://zh.wikipedia.org/zh-tw/软性饮料。 Soft drink, http://en.wikipedia.org/wiki/Soft_drink. Carbonic acid, http://en.wikipedia.org/wiki/Carbonic_acid. Henry's law, http://en.wikipedia.org/wiki/Henry’s_law. 9A: Density and Concentration, http://www.anaturalapproachtoche ... _pages/NC_TG_9A.pdf. Analysis of Phosphoric Acid Content in Popular Carbonated Drinks, http://acs.confex.com/acs/56serm/techprogram/P8655.HTM. 查看更多
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简介
职业:无锡市圣马气体有限公司 - 工艺专业主任
学校:华中科技大学武昌分校  - 自动化
地区:广东省
个人简介:你永远是我的定格,而我只是你的过客。查看更多
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