Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка Химия.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
1.53 Mб
Скачать

3.1.3. Буферные растворы

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Буферным называют раствор, рН которого не изменяется при его разбавлении или добавлении небольших объемов сильной кислоты или сильного основания.

Буферный раствор состоит из слабой кислоты и ее соли (СН3СООН-СН3ССОNa) или слабого основания и его соли (NH4OH - NH4Cl). Из слабых многоосновных кислот и их солей также можно приготовить буферные растворы, например Н3РО4 – NaH2PO4 и NaH2РО4 – Na2HPO4 .

Значения рН буферного раствора, состоящего из кислоты и его соли, рассчитывают по уравнению

рН= рКНА- lg , (1)

где СНА и СВА – молярные концентрации кислоты и соли в буферном

растворе, моль/л;

КНА – константа диссоциации кислоты, моль/л.

Из уравнения 1 следует, что значения рН буферных растворов зависит только от отношения общих концентраций компонентов раствора и не зависит от разбавления (в определенных пределах). При изменении объема раствора концентрация каждого компонента изменяется в одинаковое число раз, а отношение концентраций не меняется.

При условии СНА= СВА отношение =1 и lg =о. То есть, рН= рКНА

Для буферных растворов, состоящих из слабого основания ВОН и его соли ВА, значение рН рассчитывают по формуле

рН=14 – рКВОН + lg . (2)

Величину буферного действия характеризуют с помощью буферной емкости, равной числу молярных масс эквивалента сильной кислоты или сильного основания, которое можно добавить к 1 литру буферного раствора, чтобы рН изменился на единицу.

Буферная емкость зависит от природы и общих концентраций компонентов буферного раствора, а также от соотношения их концентраций. Чем больше концентрация компонентов буферного раствора и чем ближе к единице отношение (в случае кислых буферов) и (в случае основных буферов), тем больше буферная емкость.

Буферная емкость максимальна, когда вышеприведенные отношения равны единице. Если Б – буферная емкость, а и b – число молярных масс эквивалентов соответственно кислоты (НCl) и основания (NaOH), то

(4)

где - изменение рН при добавлении данного количества кислоты или основания к объему (Vb) буферного раствора.

Примеры решения типовых задач

Задача 1. Вычислить [Н+], [ОН-] и рН раствора, образовавшегося в результате смешивания 30 мл 0,1М раствора уксусной кислоты СН3СООН и 50 мл 0,3М раствора ацетата калия СН3СООК.

Решение:

1. Общий объем образовавшегося раствора образовавшегося в результате смешивания Vобщ= 30 + 50= 80 мл.

2. Концентрации уксусной кислоты и ацетата калия после смешивания

[СН3СООН] = моль/л,

[СН3СООК] = моль/л.

Так как ионы водорода образуются только за счет диссоциации уксусной кислоты, а ацетат анионы также и за счет диссоциации ацетата калия, то, принимая количество диссоцированной кислоты за Х, получим:

[СН3СООН]ост = (0,0375 – Х) моль/л; [Н+]= Х моль/л;

[СН3СОО-] = (0,188+ Х ) моль/л.

Из уравнения КHan = ; 1,74 10-5 =

Так как Х<< 0,0375 то им можно пренебречь.

Тогда Х = [H+] = 3,5 10-6 моль/л; [OH-] = 2,85 10-9 моль/л;

рН= – lg (3,5 10-6) = 5,46.

Такой же результат может быть получен, если пользоваться уравнением 1.

рН = рКНА – lg = – lg (1,74 10-5) – lg = 4,76 – (– 0,7) = 5,46.

Ответ: [H+] = 3,5 10-6 моль/л; [OH-] = 2,85 10-9 моль/л; рН = 5,46.

Пример 2. Определить рН раствора, получившегося в результате смешения равных объемов растворов 0,12М СН3СООН и СН3СООК.

Ответ. После смешения Скис= Ссоль= 0,12/2=0,06 моль/л.

Пользуясь уравнением рН = рКНА - lg = –lg (1,74 10-5 ) – lg =

= 4,76 – lg1 = 4,76 - 0 = 4,76.

Ответ: рН = 4,76

Пример 3. Сколько миллилитров 0,25м раствора ацетата калия СН3СООК следует прибавить к 50 мл 1,0 м раствора уксусной кислоты СН3СООН, чтобы получить буферную систему с рН=3,0?

Ответ: Подставим соответствующие значения в формулу:

рН = рКНА – lg ;

lg = рКНА – рН = 4,76 – 3= 1,76;

= 101,76 = 57,5.

Это означает, что после смешения растворов в полученном растворе концентрация кислоты в 57,5 раза должна быть выше, чем концентрация соли. С растворе имеется 0,05 1,0 = 0,05 моль кислоты. Следовательно, количество вещества соли в этом растворе должно быть в 57,5 раза меньше, а именно 0,05:57,5=0,00087 моль ацетата калия.

V=0,00087/ 0,25 = 0,00348л = 3,48 мл.

Ответ: V = 3,48 мл.

Задача 4. Буферная система, состоящая из дигидрофосфата калия КН2РО4 и гидрофосфата калия К2НРО4 приготовлена при мольном соотношении солей 16 : 1. Определить рН данного раствора.

Ответ: В данном случае кислотой является КН2РО4, то есть кислота Н2РО4- (из таблицы К2= 6,2 10-8 или рК = 7,2).

Используя уравнение рН = рКНА – lg, получим: рН = 7,2 – lg16= 6,0

Ответ: рН = 6.

Задача 5. Вычислить рН буферного раствора, содержащего 0,2 М NH4Cl и 0,2 М NH4OH.

В соответствии с уравнением 2,

рН=14 – рКВОН + lg .

Так как рК (NH4ОН) = 4,755, то

рН = 14 – 4,755 + lg = 9,25 .

Ответ: рН = 9,25.