ЛР №5 Буферные растворы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ. «КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА».

РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. «ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ».

Краткая теория к работе. К коллигативным свойствам растворов относятся свойства, которые зависят от концентрации и практически не зависят от природы растворенных веществ: понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения и осмотическое давление.

Согласно закону Рауля, понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором ΔрА пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества χ_B:

где р⁰_А, р_А – давление насыщенного пара растворителя соответственно над чистым растворителем и над раствором;

Δр_А – разность между давлением насыщенного пара над раствором (р_А) и растворителем (р⁰_А).

Следствия закона Рауля:

1. Температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя. Разность температур кипения раствора t₁ и чистого растворителя t₀ (Δt_кип = t₁ – t₀) называется повышением температуры кипения раствора. Повышение температуры кипения Δt_кип пропорционально моляльной концентрации раствора:

где К_Э – эбулиоскопическая постоянная растворителя, град∙кг/моль;

t₁ – температура кипения раствора;

t₀ – температура кипения чистого растворителя; С_m – моляльная концентрация.

2. Температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания чистого растворителя. Разность температур плавления чистого растворителя t₀ и начала замерзания раствора t₁ (Δt_зам = t₀ – t₁) называется понижением температуры замерзания раствора. Понижение температуры замерзания ΔТ_зам пропорционально моляльной концентрации раствора:

где К_к – криоскопическая постоянная; t₁ – температура замерзания раствора;

t₀ – температура замерзания чистого растворителя.

Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя.

Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую перегородку: π = С R T,

где π – осмотическое давление; С – молярная концентрация раствора;

R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура.

Растворы с одинаковым осмотическим давлением называют изотоническими. Если осмотическое давление выше внутриклеточного, то оно называется гипертоническим, если ниже – гипотоническим.

Контрольные вопросы:

1. Когда замерзает жидкость? Объяснить физический смысл Тзам.

2. Какова связь ΔТзам с концентрацией?

3. Как рассчитать моляльную концентрацию раствора?

4. Каков физический смысл криоскопической постоянной?

5. Как экспериментально определяется температура замерзания воды и раствора?

6. Что собой представляет термометр Бекмана?

7. Какова роль хлорида натрия в охлаждающей смеси?

8. Определение молекулярной массы растворенного вещества. Что такое криоскопия?

Опыт 2. Получение и свойства буферных растворов

Краткая теория к работе. Буферным называют раствор, рН которого не изменяется при добавлении небольших объёмов сильной кислоты или сильного основания.

Буферный раствор состоит из слабой кислоты и ее соли (СН₃СООН — СН₃СООNа) или слабого основания и его соли (NН₄ОН - NН₄С1). Из слабых многоосновных кислот и вп солей также можно приготовить буферные растворы, например Н₃Р0₄ - NаН₂РО₄, и NаН₂РО₄ — Nа₂HРО₄. Поскольку константа диссоциации Н₂Р0₄ меньше константы диссоциации Н₃Р0₄, то рН раствора NaН₂РО₄ — выше, чем рH раствора Н₃Р0₄.

Значение рH буферного раствора, состоящего из кислоты и его соли, рассчитывают по уравнению:

(1)

где С_НА И С_ВА - молярные концентрации кислоты и соли в буферном растворе, моль/л, К - классическая константа диссоциации кислот, моль/л.

Из уравнения (1) следует, что рН зависит 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. Для буферного раствора, состоящего из слабого основания ВОН и его соли ВА, значение рН рассчитывают по формуле:

(2)

рН буферного раствора зависит от природы химических веществ, входящих в буферную систему, и от соотношения этих веществ в растворе. Исходя из этого, можно приготовить ряд буферного растворов с разными, но известными рН.

Ход работы.

1. Нумеруют шесть пробирок, наливают в них растворы уксусной кислоты и уксуснокислого натрия в следующих соотношениях в мл:

Раствор	№ пробирки
	1	2	3	4	5	6
0,1 н. раствор уксусной кислоты	9	8	5	3	2	1
0,1 н. раствор уксуснокислого натрия	1	2	5	7	8	9
Значение рН, вычисленное	3,7	4,0	4,6	5,0	5,2	5,6
Значение рН, найденное в опыте

К приготовленным смесям добавляют по 2 капли универсального индикатора и по характеру окраски судят о значении рН для каждой смеси. При наличии потенциометра рН приготовленных смесей определяют электрометрически.

2. Буферное действие раствора

В колбочку отмеряют 4 мл 0,1 н раствора уксусной кислоты и 16 мл 0,1 н раствора уксуснокислого натрия. Содержимое колбочки тщательно перемешивают. Нумеруют четыре пробирки.

В пробирки № 1 и №З отмеряют по 5 мл приготовленной буферной смеси, а в пробирки № 2 и №4 по 5 мл дистиллированной воды. В пробирки №1 и №2 добавляют по 1 -2 капли фенолфталеина и их содержимое титруют из бюретки 0, 1 н раствором едкого натрия, ведя счет каплям до появления розового окрашивания.

В пробирки №З и № 4 добавляют по 1 - 2 капли метилового красного и титруют 0, 1 н раствором соляной кислоты, отсчитывая капли до появления синего окрашивания. Объяснить, почему для изменения реакции в пробирке №1 надо добавить больше щелочи, чем в пробирку №2, а в пробирку №З больше кислоты, чем в пробирку № 4.

Контрольные вопросы:

1. Что такое буферные растворы, какое имеют значение для живых систем?

2. Перечислите основные типы буферных систем.

3. По какой формуле определяют рН буферной системы?

4. Опишите механизм действия ацетатного и аммиачного буфера.

5. Что такое буферная емкость?

6. Как рассчитать буферную емкость, приведите формулы.