2.8. Вопросы и задачи для самостоятельного решения

1. Дайте определение понятий константа ионизации слабых электролитов и степень ионизации слабых электролитов.

2. Сформулируйте понятия рН и рОН, покажите как они связаны между собой.

3. Как ионное произведение воды изменяется с повышением температуры и почему?

4. Дайте определение понятия «ионная сила раствора», от каких факторов она зависит?

5. Что называется активностью иона? Как связана активность иона с его концентрацией?

6. Как определяют коэффициенты активности ионов?

7. Как изменяется степень ионизации слабого электролита: а) при повышении температуры раствора; б) при разбавлении раствора?

8. Вычислить ионную силу раствора, 1 литр которого содержит 0,01 моль хлорида кальция и 0,02 моль нитрата натрия.

Ответ: 0,05.

9. Вычислить активность ионов Са²⁺ в растворе, 1 литр которого содержит 0,01 моль CаCl₂ и 0,03 моль Sr(NO₃)₂.

Ответ: моль/л

10. Вычислить р_аН раствора, если а_Н⁺ в нем равна 0,05 моль/л.

Ответ: 1,3

11. Определить активность ионов водорода в растворе рН которого равна 5,2.

Ответ: 6,3  10^-6 моль/л.

12. Вычислить во сколько раз увеличится количество ионов водорода в чистой воде при нагревании ее с 30 ^оС до 80 °С.

Ответ: в 4,5 раза.

13. Вычислить рН 0,005 М раствора хлороводорода.

Ответ: 2,3.

14. Вычислить степень ионизации азотистой кислоты, концентрацию ионов Н⁺ и рН 0,1 М раствора НNO₂ ( ).

Ответ:6,3210^-2; 6,32^.10^-3 моль/л, рН = 2,2.

15. Вычислить степень ионизации 0,63%-ного раствора гидроксида аммония.

Ответ: 1,0%.

16. Вычислить, как изменится концентрация ионов водорода в растворе уксусной кислоты при разбавлении раствора в 10 раз.

Ответ: уменьшится в 3 раза.

17. Вычислить рН 0,073%-ного раствора соляной кислоты без учета и с учетом ионной силы раствора.

Ответ: 1,70; 1,76.

18. Определите рН 0,012 М раствора гидроксида натрия и вычислите концентрацию ионов ОН^- и Н⁺ в растворе при 25 ^оС.

Ответ: 12,08; 1,210^-2 моль/л; 8,3310^-13 моль/л.

19. Вычислить активность ионов ОН^- и р_аН 0,02 М раствора едкого кали при температуре 25°С.

Ответ: 1,710^-2 моль/л; 12,15.

20. Как изменится рН растворов: а) НСl, б) NaOH, в) NH₄OH, г) НNO₂ при разбавлении их водой в 10 раз (ионную силу раствора не учитывать)?

Ответ: а) увеличится на 1;

б) уменьшится на 1;

в) уменьшится на 0,5;

г) увеличится на 0,5.

Глава III. Буферные системы

3.1. Общая характеристика буферных растворов

Растворы, содержащие одновременно какую-либо слабую кислоту и ее соль или какое-либо слабое основание и его соль и оказывающие буферное действие, называют буферными растворами.

В качестве буферных растворов обычно используются растворы слабых кислот или слабых оснований в присутствии их солей, как правило, имеют кислую реакцию (pH < 7), а смеси слабых оснований и их солей – щелочную (pH > 7).

Буферным действием обладают и растворы отдельных солей, имеющие кислую или щелочную реакций за счет гидролиза (см. гл. IV). Например, буферные свойства проявляют: раствор буры Na₂B₄O₇·10Н₂О (тетраборат натрия), имеющий рН  9,2, раствор гидротартрата калия КНС₄Н₄О₆ (рН  3,6). Буферная система в случае таких солей состоит из данной соли и слабой кислоты или основания, образующиеся при реакции гидролиза. При гидролизе тетрабората натрия образуется борная кислота:

Nа₂В₄О₇ + 2Н₂О Н₂В₄О₇ + 2NaОН;

Н₂В₄О₇ + 5Н₂О ↔ 4Н₃ВО₃,

а в растворе гидротартрата калия – винная кислота:

КНС₄Н₄О₆ + Н₂О ↔ Н₂С₄Н₄О₆ + КОН

В таблице III.1 приведены примеры наиболее часто используемых в аналитической практике буферных систем:

Таблица III.1

Буферная смесь	Состав смеси	рН при молекулярном отношении 1:1
Форматная	НСООН и НСООNa	3,7
Ацетатная	СН3СООН и СН3СООNa	4,8
Фосфатная	Na2НРО4 и NaН2РО4	6,9
Боратная	Н3ВО3 и Na2В4О7	8,2
Аммонийная	NН4ОН и NН4Сl	9,2
Карбонатная	NaНСО3 и Na2CО3	10,3

Изменяя отношение концентраций образующих буферную смесь компонентов, можно варьировать, в определенных пределах, рН раствора.

Буферные растворы играют огромную роль в жизни живых организмов, обеспечивая постоянство рН их внутренней среды. Например, в крови человека имеется три вида буферных систем: гидрокарбонатная, фосфатная и белковая. Избыток ионов водорода связывается одним из компонентов той или иной буферной системы. Благодаря этим буферным системам в организме поддерживается постоянство рН крови (7,35), слюны (~ 7), желчи (~ 8), ликвора(~ 7,3) и других жидких сред. При различных заболеваниях наблюдается изменение рН, например, в тяжелых случаях сахарного диабета рН понижается (ацидоз), а при тяжелой почечной или печеночной недостаточности рН крови может сместиться в щелочную область (алкалоз). При алкогольной интоксикации (особенно при метаноловой) рК крови снижается до достаточно низких значений (7,15 - 7,05).

Буферными свойствами обладает и почва, которой свойственно противодействовать внешним факторам, изменявшим pН почвенного раствора при попадании в почву кислот или оснований.

Буферные системы характеризуются двумя параметрами: значением рН и буферной емкостью. Рассмотрим первоначально, чем определяется и как вычисляется рН буферной системы.