Расчет pH аммиачного буферного раствора

Аналогичные свойства проявляет буферная смесь, составленная из слабого основания и соли, образованной этим основанием и сильной кислотой.

Например, в смешанном растворе NH₄OH и NH₄Cl протекают следующие процессы:

В данной системе также подавлены процессы диссоциации NH₄OH и гидролиза NH₄⁺ - ионов. (Объясните, почему это происходит). Следовательно:

По формуле (7) рассчитывают pH аммиачной буферной смеси.

При приготовлении аммиачной буферной смеси с заданным значением pH количества основания и соли рассчитываются, исходя из следующих соотношений:

C₀(NH₄OH) – исходная концентрация раствора NH₄OH,

C₀(NH₄Cl) – исходная концентрация раствора NH₄Cl.

Однако при добавлении к буферным растворам достаточно больших количеств сильной кислоты или щелочи pH изменится, причем, для различных буферных смесей неодинаково. Следовательно, буферные смеси различаются по способности оказывать сопротивление действию кислот или щелочей.

Определение буферной емкости

Под буферной емкостью понимается то количество сильной кислоты или щелочи, при добавлении которых к буферному раствору pH последнего изменяется на единицу. Для примера рассчитаем буферную емкость ацетатного буферного раствора по щелочи

При добавлении n моль щелочи к V_б мл буферного раствора, в буферном растворе возрастает концентрация и количество вещества соли и одновременно уменьшается концентрация и количество вещества кислоты:

n_c = n_с + n_щ

n_k = n_k - n_щ

Если объем добавленной щелочи соответствует буферной емкости по щелочи, то pH раствора увеличивается на единицу:

Подставив в последнее выражение все данные, можно определить n_щ и С_щ, т.е. буферную емкость раствора.

Для расчета буферной емкости по кислоте необходимо рассмотреть, как будет изменяться pH раствора, количество вещества кислоты и соли в растворе при добавлении дополнительной порции кислоты.

При аналогичных расчетах pH аммиачного и любого другого основного буфера следует помнить, что

Лабораторная работа №9 Буферные растворы

Цель работы: Приготовить буферную смесь с заданными значениями pH. Проверить влияние разбавления на pH смеси. Определить теоретически и экспериментально буферную емкость.

Опыт 1. Приготовление буферных растворов

а) Выполните необходимые расчеты и приготовьте 120 мл ацетатного буферного раствора с заданным преподавателем значением pH из уксусной кислоты С(CH₃COOH) = 0,1 моль/л и ацетата натрия C(CH₃COONa) = 0.1 моль/л. Константа диссоциации уксусной кислоты при данной ионной силе равна 1.75 ×10^-5.

б) Выполните необходимые расчеты и приготовьте 120 мл аммиачного буферного раствора с заданным значением pH из растворов гидроксида аммония, C(NH₄OH) = 0.1 моль/л, и хлорида аммония C(NH₄Cl) = 0.1 моль/л. Константа диссоциации NH₄OH при данной ионной силе равна 1.8 ×10^-5.

Опыт 2. Электрометрическое определение pH

В химический стакан емкостью 50 мл налить 20-25 мл приготовленного раствора. В исследуемый раствор поместить электроды pH-метра и закрепить подставку для стакана с раствором в нужном положении.

На панели измерительного блока pH-метра определить показания прибора сначала для диапазона pH 1-14 (грубая регулировка), а затем более точно, в нудном интервале pH.

Запишите показания прибора в лабораторный журнал.

Опыт 3. Влияние сильных кислот и щелочей на pH буферных растворов

а) В две колбы на 100 мл налейте по 20 мл приготовленного ацетатного буфера. Затем в одну из колб прибавьте 1 мл раствора соляной кислоты, С(HCl) = 0.01 моль/л, а в другую – 1 мл раствора щелочи, C(NaOH) = 0,01 моль/л. Определите электрометрическим методом, как изменится pH раствора. Рассчитайте буферную емкость по кислоте и щелочи для приготовленного вами буферного раствора. В два стакана налейте по 20 мл буферного раствора и прибавьте рассчитанные объемы кислоты и щелочи (в один стакан – кислоту, в другой – щелочь). Изменение pH раствора определите электрометрически. Показания прибора запишите.

б) В две колбы по 100 мл налейте по 20 мл приготовленного аммиачного буфера. Затем в одну из них прилейте 1 мл раствора соляной кислоты, С(HCl) = 0.01 моль/л, а в другую – 1 мл раствора щелочи, C(NaOH) = 0,01 моль/л. С помощью pH-метра определите, как изменится pH буферного раствора при добавлении к нему растворов сильной кислоты и щелочи. Рассчитайте буферную емкость для 20 мл приготовленного вами буферного раствора по кислоте и по щелочи. К 20 мл буферного раствора прилейте рассчитанные объемы кислот и щелочей (отдельно). Изменение pH проверьте электрометрически, запишите в тетрадь.

На основании расчетов и проделанных опытов сделайте вывод, какой буфер обладает большей буферной емкостью по кислоте и основанию.

Опыт 4. Влияние разбавления на pH буферных растворов

В одну колбу на 200 мл налейте 10 мл , а в другую – 1 мл приготовленного вами буферного раствора. В первой колбе раствор разбавить в 10 раз, а во второй – в 100 раз. При помощи pH – метра определить pH разбавленных буферных растворов. Сделайте вывод о влиянии разбавления на pH буферных растворов. Рассчитайте pH растворов, полученных при разбавлении.

Контрольные вопросы.

1. Найдите степень диссоциации (%) и [Н+] 0,1 М раствора СН3СООН, если константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,8•10^-5.

2. Вычислите [Н+] и рН 0.01 М и 0,05 н растворов H₂SO₄.

3. Вычислите [Н+] и рН раствора H2SO4 с массовой долей кислоты 0,5 % (ρ = 1,00 г/см3).

4. Вычислите pH раствора гидроксида калия, если в 2 дм3 раствора содержится 1,12 г КОН.

5. Вычислите [H+] и pH 0,5 М раствора гидроксида аммония. Kд(NH₄ОH) = 1,76•10-5.

6. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании 500 см3 0,02 М CH₃COOH с равным объемом 0,2 М CH₃COOK.

7. Определите pH буферной смеси, содержащей равные объемы растворов NH₄OH и NH₄Cl с массовыми долями 5,0 %.

8. Вычислите в каком соотношении надо смешать ацетат натрия и уксусную кислоту, чтобы получить буферный раствор с pH = 5.

9. В каком водном растворе степень диссоциации наибольшая: а) 0,1 М СН₃СООН; б) 0,1 М НСООН; в) 0,1 М HCN?

10. Выведите формулу для расчета рН: а) ацетатной буферной смеси; б) аммиачной буферной смеси.