Расчет рН и состава буфера

Буферные растворы находят широкое применение в практике, например в титровании, особенно в редоксиметрии и комплексонометрии, качественном анализе и при дробном осаждении из растворов. Буферное влияние также следует учитывать в протолитометрии при титровании слабых электролитов. При получении буфера используют либо реакции нейтрализации, руководствуясь справочными данными, либо выполняют расчет по формулам приближенного вычисления (ЭУК, гл 4).

Под буферным раствором (буфером) понимают такую 2-х и более компонентную систему, которая при добавлении малых количеств сильного электролита (Δx) способна сохранять постоянным значение кислотности среды. Следовательно, буферным действием будут обладать такие 2-х компонентные системы, в которых одно из веществ реагирует с кислотами, а второе – со щелочами. Подобные свойства проявляют системы, состоящие из слабого электролита и сопряженной с ним соли этого же слабого электролита, либо смесь из 2-х солей.

1. Кислотный буфер - его образует слабая кислота и сопряженная с ней соль этой слабой кислоты и сильного основания. Концентрация протонов в таком буфере рассчитывается по формуле: [H+]= Расчет рН и состава буфера - student2.ru ; где Ккис – константа диссоциации (ионизации) слабой кислоты; а ν – количество вещества (моль) кислоты или ее соли.

2. Основный буфер -состоит из слабого основания и сопряженной с ним соли этого слабого основания и сильной кислоты. Концентрация протонов в таком буфере рассчитывается по формуле: [H+] = Расчет рН и состава буфера - student2.ru

где Ккис – константа диссоциации (ионизации) слабого основания; а ν – количество вещества (моль) основания или его соли; КW = 10-14 – ионное произведение воды.

3. Солевой буфер - представляет собой систему, состоящую: а) из двух кислых солей многоосновных кислот, б) средней и кислой соли многоосновной кислоты; в) многоосновной кислоты и ее кислой соли.

Пример 1. Смешали 50 мл 0,5 моль/л раствора CH3COOH и 40 мл 0,4 моль/л раствора CH3COONa. Определить рН, если Кд = 1,75×10-5.

Решение:

При смешении растворов образуется сопряженная система из слабой кислоты и ее соли: CH3COOH - CH3COONa. Эта система составляет кислотный буфер, концентрация протонов в котором определяется по формуле:

[H+] = Расчет рН и состава буфера - student2.ru , где n(CH3COOH) и n(CH3COONa) – количество вещества кислоты и соли в новом растворе соответственно.

Рассчитаем n(CH3COOH) и n(CH3COONa), исходя из определения молярной концентрации: n = СМ×V/1000, где СМ и V – исходные концентрация и объем каждого из веществ.

n(CH3COOH) = 50×0,5/1000 = 0,025 (моль);

n(CH3COONa) = 40×0,4/1000 = 0,016 (моль).

Подставим полученные значения в формулу и вычислим [H+] и рН:

[H+] = Расчет рН и состава буфера - student2.ru = 2,734×10-5; рН = -log[H+] = -log(2,734×10-5) = 4,56

Раствор полученного буфера имеет значение рН = 4,56

Когда надо дополнительно рассчитать титр или иную концентрацию веществ в растворе буфера, полученного смешением, то учитывают весь объем нового раствора путем суммирования исходных объемов.

Вместо количества вещества в расчетах можно использовать и значение молярной концентрации, однако это не всегда удобно, так как при смешении растворов значения концентраций компонентов необходимо пересчитывать по формулам разведения, тогда как количество вещества остается величиной постоянной.

Задание 6. Расчет рН для буферов.

6.1. Смешали 150 мл 5М азотистой кислоты (Кд(HNO2) = 5,1×10-4) и 200 мл 3М раствора нитрита калия. Определите значение pH среды.

6.2. Определите рН среды, если к 75мл 2,5М раствора NH4OH добавить 5,885 г соли NH4Br. (Кд(NH4OH) =1,74×10-5)

6.3. К 120мл 1,5М раствора ацетата натрия добавили 240мл раствора уксусной кислоты с w = 15,4% и r = 1,02г/мл. Определите рН и титр соли такого раствора (Кд(CH3COOН) = 1,76×10-5).

6.4. Смешали 185мл 5,2М азотистой кислоты (Кд (HNO2) = 5,1×10-4) и 255мл 2,8М раствора нитрита калия. Определите значение pH среды. Как называется такой раствор?

6.5. В 200мл молочной кислоты с концентрацией 1,54М растворили 20г лактата натрия (CH3CH(OH)СOONа). Определите рН и титр кислоты в растворе. (Кд(CH3CH(OH)СOOH) = 1,5×10-4).

6.6. К 20мл 3М раствора ацетата натрия добавили 40мл раствора уксусной кислоты с w = 15,4% и r = 1,02г/мл. Определите рН такого раствора (Кд(CH3COOН) = 1,76×10-5).

6.7. В 450мл 4,5М раствора пропионовой кислоты растворили 2,64 г пропианата калия. Определите рН и титр кислоты в этом растворе. (Кд(CH3CH2COOН) = 1,3×10-5).

6.8. В 100мл раствора муравьиной кислоты с концентрацией 2,5М растворили 10г формиата натрия. Определите рН полученного раствора. (Кд(HCOOH) = 1,76×10-4)

6.9. Вычислите рН раствора, содержащего в 150мл 3,75 г NH4OH и 1,4г хлорида аммония. Чему равен титр гидроксида аммония такого раствора? (Кд(NH4OH) =1,74×10-5).

6.10. Cмешали 100мл 2М раствора NH4Cl и 200мл 3М NH4OH. Определите рН среды (Кд(NH4OH) =1,74×10-5).

6.11. Смешали 300 мл 6М дихлоруксусной кислоты и 250 мл натриевой соли дихлоруксусной кислоты (СНCl2COONа) с концентрацией 4,5М. Чему равно рН полученного раствора. Как называется такой раствор? (Кд(СНCl2COOH) = 5,0×10-2).

6.12. Чему будет равно рН, если в растворе циановой кислоты объемом 350мл и с концентрацией 3,2М, растворить 0,8 г цианата калия (Кд(HСОN) =2,7×10-4).

6.13. В 200 мл раствора буфера, с концентрацией гидроксида аммония 2,5М растворили 17,12 г соли NH4Cl. Рассчитайте значение рН и титр NH4OH в этом буфере. (Кд(NH4OH) =1,74×10-5).

6.14. Определите рН среды, если к 50мл 2М раствора NH4OH добавить 40мл 1,5М раствора NH4Br. Вычислите титр соли в этом растворе. (Кд(NH4OH) =1,74×10-5)

6.15. К 10мл 2,5М раствора ацетата натрия добавили 40мл раствора уксусной кислоты с концентрацией 1,25М. Определите рН и титр соли такого раствора (Кд(CH3COOН) = 1,74×10-5).

6.16. В 250 мл муравьиной кислоты с титром 0,0956 г/мл растворили 18 г формиата натрия. Определите рН и концентрацию кислоты (г/л) в этом растворе. (Кд(HCOOH) = 1,76×10-4).

6.17. Определите рН ацетатного буфера, если к 160мл уксусной кислоты (r= 1,025г/мл, w = 39,18%) добавить 36,9 г ацетата натрия. Чему равен титр уксусной кислоты в этом растворе?

6.18. Определите рН и молярную концентрацию соли в растворе буфера NH4OH - NH4Cl, если концентрация NH4OH составляет 0,295М, а титр Т(NH4Cl) = 0,00845 г/мл, объем буфера равен 850 мл. (Кд(NH4OH) =1,76.10-5).

Наши рекомендации