Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН.

Существует два способа приготовления буферных растворов:

1) путем смешения водных растворов сопряжённых кислоты и основания.

2) путем частичной нейтрализации слабой кислоты – щёлочью или слабого основа­ния – сильной кислотой.

Второй способ широко используется в лабораторной практике при приготовлении буферных смесей с использованием рН – метра, когда нейтрализацию ведут до заданного значения рН, величину которого контролируют по прибору.

1. Приготовить фосфатный буфер объемом Vбуф. с заданным значением рН методом смешения растворов дигидрофосфата и гидрофосфата натрия:

1.1 Определим объемы Vк и V0 исходных растворов сопряжённых кислоты и основания, если известны их концентрации cк(нач) и cосн(нач) . Для расчёта необходимо составить два уравнения, первое из которых очевидно

Vбуф = Vосн + Vк (6.4)

а второе получим на основе уравнения (6.2).

Поскольку количества солей в буферном растворе равно их количеству в соответсвующих объёмах исходных растворов, то

nосн (в буферном растворе) = cосн(нач) Ч Vосн,

nк (в буферном растворе) = cк(нач) Ч Vк

Подставляя эти величины в уравнение (6.2), находим второе уравнение связи между искомыми объёмами:

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru (6.5)
(6.6)

Решая систему из двух уравнений (6.4) и (6.5) или (6.4) и (6.6), находим объёмы растворов Vк и Vосн, при смешении которых образуется буферный раствор с заданным значением рН.

2) Этот же буферный раствор можно приготовить путём частичной нейтрализации фосфорной кислоты щёлочью, например NaOH.

Пусть в растворе фосфорной кислоты объёмом V дм3 и молярной концентрацией

c (Н3РО4) моль/дм3 содержится n (Н3РО4) = c (Н3РО4)ЧV = а моль Н3РО4. Гидрофосфатный буферный раствор содержит смесь двух солей Na2HPO4 / NaH2PO4, поэтому расчеты при нейтрализации кислоты проводят в два этапа: перевод а моль фосфорной кислоты в дигидрофосфат – ион (I этап) и далее частичный перевод дигидрофосфат-иона в гидрофосфат-ион до нужного значения рН (II этап) – решение задач на избыток-недостаток:

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru

Необходимое количество щёлочи х для осуществления второго этапа определяют по уравнению (2):

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru

Общее количество NaOH равно nобщ.(I+II этапы) = а + х, и если в исходный раствор фосфорной кислоты добавляют кристаллический NaOH, то его масса равна

m (NaOH) = =(a+x) Ч M (NaOH);

если добавляют раствор щёлочи, то его объём равен:

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru

Расчёт изменения рН при добавлении к гидрофосфатному буферному раствору небольших добавок сильной кислоты или щёлочи, а также при его разбавлении (расчет изменения рН в результате буферного действия).

Пусть исходный буферный раствор объёмом V содержит nк моль кислоты и nосн моль сопряжённого основания, тогда в соответствии с уравнением (6.2):

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru

а) добавление сильной кислоты НnX:

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru

и конечные количества компонентов буферной смеси равны:

nосн(кон.) = nосн – х; nк(кон.) = nк + х .

Величина рН конечного состояния рассчитывается по формуле:

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru (6.7)

причём происходит небольшой сдвиг в кислую область рН(нач) > рН(кон).

б) добавление щёлочи M(OH)n:

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru

и конечные количества компонентов буферной смеси равны:

nосн(кон.) = nосн + х; nк(кон.) = nк - х

Величина рН конечного состояния рассчитывается по формуле:

Способы приготовления буферных растворов с заданным значением рН. - student2.ru (6.8)

причём происходит небольшой сдвиг в щелочную область: рН(нач) < рН(кон).

Примечание: nосн и nк относятся к объёму буферного раствора, в который сделаны добавки.

в) при разбавлении буферного раствора водой исходные концентрации его компонентов cосн и cк уменьшаются в одинаковое число раз, поэтому их отношение в уравнении (6.1) остаётся неизменным и, следовательно, величина рН сохраняется.

Наши рекомендации