Приготовление буферного раствора заданного состава и исследование его свойств

Цель работы: по заданию преподавателя приготовить методом смешения 80 см³ ацетатного (или аммиачного) буферного раствора с заданным значением рН на основе растворов составляющих их компонентов с известной начальной их концентрацией. Исследовать влияние разбавления, добавок сильной кислоты и щёлочи на рН буферной смеси; определить буферную ёмкость приготовленного раствора по кислоте и щёлочи.

В результате выполнения данной работы студент должен:

–уметь определить компонентный состав буферного раствора;

– знать и уметь применять уравнение Г-Х;

– решить индивидуальную задачу: рассчитать нужные объемы растворов сопряженных кис­лоты и основания, которые требуется смешать для получения заданного буферного раствора;

– записывать уравнения буферного действия при добавлении в буферный раствор сильной кислоты; щелочи;

– выполнять расчеты буферной емкости по кислоте, по щелочи;

– уметь объяснить, не проводя эксперимента, как зависит буферная емкость от состава буферного раствора;

– уметь рассчитывать теоретическую буферную емкость по кислоте; по щелочи;

– знать буферные системы крови (плазмы; эритроцитов), уметь показать совместное действие буферных систем крови (для студентов-медиков).

Оборудование и реактивы: рН – метр; стаканы химические вместимостью 50, 100, 200 см³; колбы конические на 250 см³; прибор для титрования; пипетки вместимостью 1 см³, 2 см³, 10 см³; мерный цилиндр; воронка; груша резиновая; водный раствор уксусной кислоты с молярной концентрацией вещества в растворе 0,1 моль/дм³; водный раствор ацетата натрия с молярной концентрацией вещества в растворе 0,1 моль/ дм³; водный раствор хлороводорода (соляная кислота) с молярной концентрацией вещества в растворе 0,5 моль/ дм³; водный раствор щелочи с молярной концентрацией вещества в растворе 0,5 моль/ дм³; дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы

1) На основе методики приготовления буферных растворов, рассчитать с точностью до ±0,1 см³ объёмы исходных растворов сопряжённых кислоты и основания, необходимые для приготовления 80 см³ заданной буферной смеси ацетатной или аммиачной соответственно, принимая во внимание, что

рК_а (СН₃СООН) =4,756; рК_b (NH₄OH) = 4,752.

Найденные объёмы растворов отмерить с помощью градуированной пипетки или бюретки, перенести их в коническую колбу на 250 см³ и перемешать.

2) Отобрать часть приготовленного буферного раствора в стаканчик на 50 см³ и измерить его рН на рН-метре. Качество приготовления раствора оценивается на основе следующего требования:

рН _{(измеренное)} = рН _{(заданное)} ± 0,1.

3) Приготовленный буферный раствор использовать для исследования его свойств:

а) В стаканчик на 50 см³ отобрать пипеткой 20 см³ буферного раствора и добавить в него градуированной пипеткой 0,5 см³ соляной кислоты с (1/1 Н_nX) = 0,5 моль/дм³. Измерить рН полученного раствора на рН-метре.

б) В стаканчик на 50 см³ отобрать пипеткой 20 см³ буферного раствора и добавить в него градуированной пипеткой 0,5 см³ раствора щёлочи с с (NaOH) = 0,5 моль/дм³. Измерить рН полученного раствора на рН-метре.

в) В стаканчик на 50 см³ отобрать пипеткой 10 см³ буферного раствора и добавить в него пипеткой 10 см³ воды. Измерить рН полученного раствора на рН-метре.

4) На основе уравнений буферного действия при добавлении сильной кислоты и щелочи, а также с учетом экспериментальных данных рассчитать буферную ёмкость по кислоте и щёлочи и сделать вывод об его устойчивости по отношению к добавкам кислот и щелочей.

5) На основе уравнения Г-Х (6.1) сделать теоретический расчёт рН буферных растворов после добавок сильной кислоты и щёлочи и сравнить полученные результаты с экспериментом. Провести расчёт теоретической буферной ёмкости приготовленного раствора по кислоте и щёлочи и сравнить полученные результаты с экспериментом.

Внимание!В расчётных формулах количества внесенных кислоты и основания должны соответствовать объёму буферного раствора 20 см³, в который были сделаны добавки. При расчете теоретической буферной емкости компонентный состав буферной смеси с заданным значение рН должен соответствовать одному литру буферного раствора.

6) Полученные результаты свести в таблицу 1:

Таблица 1 –Приготовление методом смешения и исследование свойств ацетатного буферного раствора с

рН = ... (V_буф. = 60 см³; c_нач (НАс) = …моль/дм³; V_р-ра (НАс) = …см³; c_нач(NaАс) = … моль/дм³; V_р-ра (NaАс) = … см³).

	Приготовлен- ный буферный раствор	Влияние добавок Vбуф. = 20 см3 nк(НАс) = ….ммоль nосн(NaAc) =…ммоль	Буферная ёмкость	Влияние разбавления Vбуф. = 10 см3 V( Н2О )=10 см3
n (Н+) = ….ммоль	n (ОН-) = ….ммоль	Вк, моль Н+ /дм3	Вщ, моль ОН-/дм3
Эксперимен­тальные значения рН, Вк и Вщ
Теоретически рассчитанные значения рН, Вк и Вщ

По аналогии составляется таблица в случае приготовления и исследования свойств аммиачного буферного раствора.

Все расчеты должны быть представлены в отчете. Выводы по результатам эксперимента должны показать корреляции между теорией и экспериментом.

Дополнительное задание: задачи для самостоятельного решения

1. В одном литре воды поглощено 5,6 дм³ NH₃ (н.у.), после чего через раствор пропустили 2,24 дм³ (н.у.) хлороводорода, который полностью поглотился. Затем к полученному раствору добавили 50,0 см³ 0,5 М раствора соляной кислоты. На каком этапе образовался буферный раствор? Вычислите его рН. Как изменится рН при добавлении соляной кислоты? Объясните, образовавшийся буферный раствор более устойчив к добавлению Н⁺ или ОН^-?

2. Рассчитайте, какую массу NаОН надо прибавить к 100 см³ 0,1 М раствора уксусной кислоты, чтобы образовался буферный раствор, рН которого а) 4,5; б) 5,0? Рассчитайте теоретическую буферную емкость каждого из полученных таким образом буферных растворов по кислоте, по щелочи.