Примеры решения задач по расчету рН в растворах гидролизующихся солей.

Пример 1. Рассчитать рН и степень гидролиза в 0,1моль/дм³ растворе

СН₃СООNa, К_CH3COOH = 1,76*10^-5.

Решение.

Соль образована катионом сильного основания и анионом слабой кислоты, т.е. гидролизуется в растворе по аниону. Записывают уравнение гидролиза

СН₃СОО^- + НОН Û СН₃СООН + ОН^-

рН > 7

[ОН^-] = = = 0,75 · 10^-5 моль/дм³

рОН= - lg [ОН^-] =- lg 7,5-10^-5 = 6 - 0,88= 5,12

pH = 14-5,12 = 8,88 среда основная

h= 0,75*10^-5/0,1 = 0,75*10^-4 или 0,75*10^-2 %среда основная

Пример 2. Вычислить рН и рОН 0,01 моль/дм³ раствора NH₄CI, К_NH3*Н20 =1,76*10^-5

Решение.

Соль образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты, т.е. гидролизуется в растворе по катиону. Записывают уравнение гидролиза

NH₄⁺ + НОН Û NH₄ОН + Н⁺ рН < 7

[Н⁺] = = =

2,37 • 10^-6 моль/дм³

рН= - lg [Н⁺] = - lg 2,37 • 10^-6 = 6 - 0,38= 5,62 рОН= 14 - 5,62 = 8,38 среда слабокислая

Занятие 13. Буферные растворы.Расчет рН буферных растворов. Влияние факторов на буферную емкость.

Контрольные вопросы.

1.Протолитическое равновесие в буферных растворах. Классификация буферных растворов. Механизм буферного действия.

2.Буферная емкость и её определение.

3.Значение рН в буферных растворах (уравнение Гендерсона-Гассельбаха).

4. Роль буферных систем в организме человека. Использование буферных систем в анализе.

Буферные растворы.

Буферные растворы поддерживают постоянное значение рН среды при добавлении небольших количеств сильных кислот и оснований, а также при разбавлении или концентрировании раствора.

Механизм действия их основан на смещении ионных равновесий, поскольку буферные растворы представляют собой сопряжённую кислотно-основную пару. Буферные растворы имеют две количественные характеристики: рН и буферную ёмкость.

Расчёт рН буферных растворов

Для буферных растворов величина рН определяется природой и концентрациями растворённых веществ.

А) Буферный раствор, состоящий из слабой кислоты и её соли

[Н⁺] = К_а • С_на / С_соли Þ

Б) Буферный раствор, состоящий из слабого основания и его соли

[ОН-]= K_b C_b / С_солиÞ

Примеры решения задач по расчёту рН буферных растворов.

Пример 3. Рассчитать рН буферной смеси, содержащей 0,02 моль/дм³ раствор NН₄ОН в присутствии 0,2 моль/дм³ раствора NH₄Cl.

Решение.

Из справочных таблиц находят рК _NH4OH = 4,75, подставляют в формулу

рН = 14- рК_NH4ОН + lgC_NH4OH / C_NH4CI

рН = 14- 4,75 + lg 0,02 / 0,2 = 9,35 среда основная.

Пример 4. К 100 см³ 0,2 моль/дм³ раствора НСООН прибавили 50 см³ 0,5 моль/дм³ HCOONa. Вычислить рН полученного раствора.

Решение.

Для расчёта новой концентрации кислоты и соли используют закон эквивален­тов: C₁ • V₁ = C₂ • V₂ , где:C₁ и V₁ - начальные концентрации объёмы кислоты и соли,

C₂ и V₂ - концентрации и объёмы их после смешивания растворов. Поскольку НСООН - одноосновная кислота, то С_Э = C_M.

C_{2 НСООН} = C_{1 НСООН} • V_{2 НССОН}/V_общ = 0,2•100/150 = 0,13 моль/дм³

С_{2 HCOONa} = C_{1 HCOONa}•V_{1 HCOONa}/V_о6щ= 0,5 • 50/150 = 0,17 моль/дм³

Из справочных таблиц находим рК _НСООН = 3,75, тогда:

рН = рКнсоон – lgc_hcooh /C_HCOONa = 3,75 - lg 0,13/0,17 = 3,87 среда кислая

Пример 5. Вычислить рН буферной смеси СН₃СООН + СНзСООNa, содержа­щей каждый компонент в концентрации 0,1 моль/дм³ . Рассчитать, как изменится рН при добавлении к 1дм³ смеси: а) 0,01 моль/дм³ раствора НС1;

б) 0,01 моль/дм раство­ра NaOH;

в) при разбавлении смеси водой в 10 раз.

Решение.

Находят в справочных таблицах рК_CH3СООН = 4,76, тогда:

рН = рК_CH3СООН - lg С_CH3СООН / C_CH3COONa = 4,76 - lg 0,1/ 0,1 = 4,76 среда слабокислая

а) при добавлении НС1:

CH₃COONa + HCI= СН₃СООН + NaCI

При добавлении к 1 дм буферной смеси 0,01 моль/дм³ раствора НС1 концентрация СН₃СООН увеличится, а концентрация CH₃COONa уменьшится на 0,01 моль и станут равными:

С_{СН3СООН} = 0,11 моль/дм³ , С_{СН3СООNа}= 0,0900 моль/дм³ .

рН= 4,76 - lg 0,11 / 0,09 = 4,76 - 0,09 = 4,67

б) при добавлении NaOH:

СН₃СООН + NaOH= CH₃COONa + H₂O

При добавлении 0,01 моль/дм раствора NaOH к 1дм³ буферной смеси концентрация СН₃СООН уменьшится, а концентрация CH₃COONa увеличится на 0,01 моль и станут равными: С_CH3СООН= 0,09 моль/дм³ C_CH3COONa= 0,1100 моль/дм³ .

рН = 4,76- lg 0,09 : 0,11 = 4,76 + 0,1 = 4,86

в) при разбавлении буферного раствора водой в 10 раз получают:

рН= 4,76 - lg 0,01: 0,01 = 4,76

Как видно, буферный раствор во всех приведенных случаях поддерживает рН на одинаковом уровне.

Задачи:

1 Как изменится pH и степень диссоциации CH₃COOH в 0,2М растворе, если к 100 мл этого раствора прибавили 30 мл 0,3М CH₃COONa.

2 Вычислить pH раствора, если к 2 литрам воды прибавили 23г HCOOH и 21г HCOOK.

3 Какую среду (кислую, нейтральную или щелочную) имеют водные растворы солей (NH₄)₂CO₃, Na₃PO₄, Al₂(SO₄)₃, KCl ?

4 .К 20мл воды прибавили 5мл 3М раствора KNO₂. Вычислить pH раствора и степень гидролиза соли.

5 Вычислить концентрацию ионов [H⁺] и pH раствора полученного смешением 15мл 0,1М раствора HCOOH и 12мл 0,2М раствора HCOONa.

6 В 500мл раствора содержится 2,52г Na₂CO₃. Определить pH и степень гидролиза соли.

7 Рассчитать pH полученного раствора, если к 100мл 0,0375М CH₃COOH прибавили 0,102г CH₃COONa.

8 Вычислить рН смеси, содержащей равные объёмы 5%-ных растворов азотистой кислоты и её натриевой соли. (Ответ:3,23)

9 Вычислить рН буферной смеси, содержащей равные объёмы 5%-ных растворов аммиака и хлорида аммония. (Ответ:9,44)

10 Рассчитать рН аммиачной буферной системы, содержащей по 0,5 моль/дм³ рас­твора аммиака и хлорида аммония. Как изменится рН при добавлении к 1дм этой смеси:

а) 0,1 моль/дм³ раствора хлороводородной кислоты;

б) 0,1 моль/дм³ раствора гидроксида натрия;

в) при разбавлении водой в 10 раз. (Ответ: 9,25; 9,12; 9,39, 9,25)

11 Вычислить рН буферной смеси, содержащей 0,01 моль/дм³ раствор уксусной ки­слоты и 0,1 моль/дм³ раствор ацетата натрия. (Ответ: 5,76)