Лабораторная работа № 12. Выбор состава и приготовление буферного раствора с заданными рн и ёмкостью

Цель работы: научиться выбирать состав буферного раствора с заданным значением рН, рассчитывать количества компонентов, необходимые для приготовления буферного раствора. Познакомиться с понятием ёмкости буферного раствора и научиться её определять. Освоить современные методы измерения водородного показателя растворов с помощью рН-метров.

Сущность работы: Студент получает от преподавателя задание приготовить 100 мл буферного раствора с заданным значением рН в интервалах от 4,0 до 5,4 и от 8,5 до 10,0, а также определить его ёмкость. определение состава буфера с заданным рН начинают с подбора слабой кислоты или слабого основания таким образом, чтобы показатель их константы диссоциации отличался от заданного значения рН или рОН не более, чем на единицу в соответствии с формулой рK_Д = рН  1.. При этом пользуются справочными таблицами.

Приборы и реактивы.

рН-метр;

мерные цилиндры объемом 100 мл и объемом 50 мл;

пипетка Мора объемом 5 мл;

мерная или коническая колба объемом 100 мл;

коническая колба для титрования объемом 50 мл;

бюретка объемом 25 мл;

уксусная кислота, 0,2 М раствор;

ацетат натрия, 0,2 М раствор;

гидроксид натрия, 0,2 М раствор;

хлорид аммония, 0,2 М раствор;

соляная кислота для титрования, 0,05 н. раствор;

гидроксид натрия для титрования, 0,05 М раствор;

фенолфталеин;

метилоранж.

Выполнение работы

1. выбирают реактивы для приготовления раствора и рассчитывают, в какой пропорции следует смешать исходные растворы.

2. По формулам рН = рK_Д + lg(V_соли/V_к-ты) для кислого буфера или рОН = рK_Д + lg(С_соли С_осн) для основного буфера. следует учесть протекание при смешивании исходных растворов следующей реакции NH₄Cl + NaOH = NH₄OH + NaCl. Если щелочь взята в недостатке, получаем смесь гидроксида аммония с избытком хлорида аммония, то есть аммиачный буфер. Молярные концентрации компонентов в буферном растворе будут равны С_осн = С_Щ  V_Щ  (V_Щ + V_C); С_соли = (С_С  V_C - C_Щ  V_Щ)  (V_Щ + V_C), где С_С и С_Щ - молярные концентрации исходных растворов хлорида аммония и гидроксида натрия, а V_С и V_Щ - их объёмы, которые следует взять для приготовления буферного раствора. (pK_d(CH₃COOH) = 4,756; pK_d(NH₄OH) = 4,752)

3. Рассчитанные объёмы выбранных растворов отбирают с помощью мерного цилиндра и смешивают в колбе на 100 мл.

4. С помощью рН-метра студент определяет значение рН приготовленного буферного раствора и сравнивает его с заданным.

5. определяют ёмкость буфера экспериментально путем кислотно-основного титрования с цветными индикаторами.

Для ацетатного буфера определяют ёмкость по щелочи

Отбирают пипеткой на 5 мл аликвоту буферного раствора и помещают в коническую колбу для тирования

Добавляют 3-4 капли фенолфталеина

Титруют 0,05 М раствором NaOH до переход окраски индикатора от бесцветной к розовой.

Титруют не менее 3-х параллельных проб. Затем результаты усредняют.

Для аммиачного буфера определяют ёмкость по кислоте

Отбирают пипеткой на 5 мл аликвоту буферного раствора и помещают в коническую колбу для тирования

Добавляют 3-4 капли метилового оранжевого

Титруют 0,05 М раствором HCl до перехода окраски индикатора от желтой к красной. Титруют не менее 3-х параллельных проб. Затем результаты усредняют.

Обработка результатов эксперимента

Отчет должен содержать:

• расчет объемов растворов для приготовления буферного раствора

• результаты измерения рН приготовленного буферного раствора в сравнении с заданным преподавателем

• экспериментальное значение буферной емкости, которую рассчитывают по уравнению:

, моль/л,

где С_Т и V_Т - концентрация и эквивалентный объём титранта, а V_a - аликвотный объем буферного раствора, отобранный мерной пипеткой для титрования.

• расчет буферной ёмкости по кислоте:

ёмкость кислого буфера:

В_К = 9С_соли  С_к-ты  (С_соли + 10С_к-ты)

ёмкости основного буфера:

В_К = 9С_соли  С_осн (С_осн + 10С_соли)

• расчет буферной ёмкости по щелочи:

ёмкость кислого буфера:

В_Щ = 9С_соли  С_к-ты (С_к-ты + 10С_соли)

ёмкость основного буфера:

В_Щ = 9С_соли  С_осн (С_соли + 10С_осн)