5.6. Вправи Буферні розчини

Вправа 5.1: розчин сильної та слабкої одноосновної кислоти. Який рівноважний склад розчину HAс та НCl, c(H⁺) = c(Cl^‑) = c(HAс) = 0,10 моль/л?

Вправа 5.2. Розрахуйте рівноважний склад розчинів:

(a) c(Na₂CO₃) = c(NaHCO₃) = 0,050 моль/л, lg K_H1 = 10,33, lg K_H2 = 6,35;

(b) c(H₃PO₄) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,30 моль/л, lg K_H1 = 12,35, lg K_H2 = 7,20, lg K_H3 = 2,15;

(c) c(H₃PO₄) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,50 моль/л, константи –

див. (b);

(d) c(NaHSO₃) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,10 моль/л, lg K_H1 = 7,18, lg K_H2 = 1,91;

(e) HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH (винної кислоти), c(H₂C₄O₆Н₄) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,10 моль/л, lg K_H1 = 4,36, lg K_H2 = 3,036;

(f) винної кислоти, c(H₂C₄O₆Н₄) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = =0,30 моль/л, константи – див. (е);

(g) c(H₂NC₂H₄NH₂) = 0,20 моль/л, c(HCl) = 0,10 моль/л, lg K_H1 = 9,93, lg K_H2 = 6,85;

(h) H₂NCH₂COOH (амінооцтової кислоти, гліцину), c(H₂NCH₂COOH) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,10 моль/л, lg K_H1 = 9,78, lg K_H2 = 2,35;

(i) HOOC-CH₂-C(OH)(COOH)-CH₂-COOH (цитринової кислоти, H₃A), c(H₃A) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,10 моль/л, lg K_H1 = 6,40, lg K_H2 = 4,76, lg K_H3 = 3,13;

(j) цитринової кислоти, c(H₃A) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,30 моль/л, константи – див. (і);

(k) цитринової кислоти, c(H₃A) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,50 моль/л, константи – див. (і);

(l) для HOOC-CH(OH)-CH₂-COOH (яблучної кислоти), або H₂A, c(H₂A) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,10 моль/л, lg K_H1 = 5,10, lg K_H2 = 3,46;

(m) яблучної кислоти, c(H₂A) = 0,20 моль/л, c(NaOH) = 0,30 моль/л, константи – див. (l).

Стехіометричне співвідношення концентрацій

Вправа 5.3. Розрахуйте рівноважний склад і pH розчинів кислот (зразок – приклад 5.6, для катіонокислот іонна сила відповідає розчинові солі):

(a) гідроксиду арсену(ІІІ), As(OH)₃, c(As(OH)₃) = 0,010 моль/л, lg K_H = 9,24;

(b) ціановодневої, HСN, c(HСN) = 0,50 моль/л, lg K_H = 9,21;

(c) монохлороцтової, c(HL) = c(ClCH₂COOH) = 0,010 моль/л, lg K_H = 2,87;

(d) мурашиної, c(HL) = c(HCOOH) = 0,010 моль/л, lg K_H = 3,75;

(e) пропіонової, c(HL) = c(C₂H₅COOH) = 0,010 моль/л, lg K_H = 4,87;

(f) оцтової, якщо c(HAc) = c(CH₃COOH) = 0,010 моль/л, lg K_H = 4,76;

(g) хлориду амонію, NH₄Cl, c(NH₄⁺) = c(Cl^‑) = 0,10 моль/л, lg K_H = 9,24;

(h) хлориду етиламонію (сильної солі), C₂H₅NH₃Cl, c(C₂H₅NH₃⁺) = = c(Cl^‑) = 0,10 моль/л, lg K_H = 10,64.

Вправа 5.4. Для розчинів основ часто переважає вихідна речовина, «яма» на КЛД – права точка перетину графіків. Як мікрокомпонент є зручним або H⁺, або ОН^‑ (порівняно із вправою 5.4, замість K_a з’явиться K_H·K_w, «константа гідролізу»). Розрахуйте рівноважний склад та pH розчинів:

(a) амоніаку, NH₃, якщо c(NH₃) = 0,010 моль/л, lg K_H = 9,24;

(b) метиламіну, CH₃NH₂, c(CH₃NH₂) = 0,010 моль/л, lg K_H = 10,64;

(c) піридину, C₅H₅N, c(C₅H₅N) = 0,010 моль/л, lg K_H = 5,23;

(d) ацетату натрію (сильної солі), NaAc, c(Na⁺) = c(Ac^‑) = 0,010 моль/л, lg K_H = 4,76;

(e) форміату натрію (сильної солі), c(Na⁺) = c(НСОО^‑) = 0,010 моль/л, lg K_H = 3,745.

Вправа 5.5. Для багатоосновних кислот часто переважає вихідна речовина. Розрахуйте рівноважний склад і pH розчинів:

(a) фосфатної, H₃PO₄, якщо c(H₃PO₄) = 0,010 моль/л, для PO₄^3‑: lg K_H1 = 12,35, lg K_H2 = 7,20, lg K_H3 = 2,15;

(b) гідрогенсульфіду (сірководневої кислоти), H₂S, якщо c(H₂S) = = 0,10 моль/л, для S^2‑; lg K_H1 = 13,9, lg K_H2 = 7,02;

(c) розчину CO₂ (вугільної кислоти), c(CO₂) = 0,10 моль/л; для CO₃^2‑: lg K_H1 = 10,33, lg K_H2 = 6,35;

(d) розчину SO₂ (сірчистої кислоти), c(SO₂) = 0,10 моль/л; для SO₃^2‑: lg K_H1 = 7,18, lg K_H2 = 1,91;

(e) цитринової (лимонної) кислоти, C₆H₈O₇, або H₃L, c(H₃L) = = 0,010 моль/л, для відповідної основи Бренстеда lg K_H1 = 6,40, lg K_H2 = 4,76, lg K_H3 = 3,13.

Вправа 5.6. Розрахуйте рівноважний склад та pH розчинів багатокислотних основ (для аніонних основ іонна сила відповідає розчинові солі):

(a) гідразину, c(H₂N-NH₂) = 0,010 моль/л, lg K_H1 = 5,96, lg K_H2 = -0,9;

(b) етилендіаміну, c(H₂N-C₂H₄-NH₂) = 0,010 моль/л, lg K_H1 = 9,93, lg K_H2 = 6,85;

(c) біпіридилу, c(NC₅H₄-C₅H₄N) = 0,010 моль/л, lg K_H1 = 4,35, lg K_H2 = 1,5;

(d) 1,10-фенантроліну, c(C₁₂H₈N₂) = 0,010 моль/л, lg K_H1 = 4,86, lg K_H2 = 1,9;

(e) фосфату натрію (сильної солі), Na₃PO₄, c(PO₄^3‑) = 0,010 моль/л, lg K_H1 = 12,35, lg K_H2 = 7,20, lg K_H3 = 2,15.

Вправа 5.7. Розрахуйте рівноважний склад та pH розчинів амфолітів, проміжних продуктів багатоступеневих кислотно-основних процесів:

(a) гідрогенсульфіду натрію, NaHS, c(HS^‑) = 0,050 моль/л, lg K_H1 = 13,9, lg K_H2 = 7,02;

(b) гідрогенсульфіту натрію, NaHSO₃, c(HSO₃^‑) = 0,050 моль/л; lg K_H1 = 7,18, lg K_H2 = 1,91;

(c) дігідрогенфосфату натрію, NaH₂PO₄, c(H₂PO₄^‑) = 0,050 моль/л; lg K_H1 = 12,35, lg K_H2 = 7,20, lg K_H3 = 2,15;

(d) гідрогенфосфату натрію, Na₂HPO₄, c(HPO₄^2‑) = 0,050 моль/л; lg K_H1 = 12,35, lg K_H2 = 7,20, lg K_H3 = 2,15;

(e) гідрогенсукцінату натрію, солі бурштинової (янтарної) кислоти, HOOC‑C₂H₄‑COONa, або NaHL, c(HL^‑) = 0,10 моль/л, lg K_H1 = 5,63, lg K_H2 = 4,21;

(f) гідрогентартрату натрію, HOOC‑C₂H₂(OH)₂‑COONa, або NaHL, солі d‑винної кислоти, c(HL^‑) = 0,10 моль/л; lg K_H1 = 4,37, lg K_H2 = 3,04;

(g) гідрогенцитрату натрію, солі цитринової (лимонної) кислоти, HOOC‑CH₂‑С(OH)(СOONa)‑CH₂-COONa, або Na₂HL, якщо c(HL^2‑) = 0,10 моль/л; lg K_H1 = 6,40, lg K_H2 = 4,76, lg K_H3 = 3,13;

(h) амінооцтової кислоти (гліцину), c(H₂N‑CH₂‑COOH) = 0,10 моль/л; lg K_H1 = 9,78, lg K_H2 = 2,35;

(i) l-амінопропіонової кислоти (аланіну), c(CH₃‑CH(NH₂)‑COOH) = = 0,050 моль/л; lg K_H1 = 9,87, lg K_H2 = 2,35;

(j) динатрієвої солі етилендіамінтетраоцтової кислоти, Na₂H₂Y, c(H₂Y^2‑) = 0,050 моль/л; lg K_H1 = 10,17, lg K_H2 = 6,11, lg K_H3 = 2,68, lg K_H4 = 2,0, lg K_H5 = 1,5 [I = 0,1].