Буферные растворы.

Буферные растворы - это растворы, имеющие постоянную определенную концентрацию ионов водорода. рН этих растворов не меняется при разбавлении и мало меняется при добавлении небольших количеств кислот и щелочей. Буферные растворы состоят из растворов слабой кислоты и ее соли с сильным основанием или из раствора слабого основания и его соли с сильной кислотой. Рассмотрим оба возможных случая.

 

I. Раствор слабой кислоты НА, концентрация - Скисл, и ее соли, сильного основания ВА, концентрация Ссоли. Например, ацетатный буфер - раствор уксусной кислоты и ацетата натрия

CH3COOH + CH3COONa.

В общем случае имеем смесь: НА + ВА

Н+ + А- (a<<1)

ВА В+ + А- (a=1).

Поскольку НА - слабый, а ВА - сильный электролит, имеем [HA] = Cкисл. и [A-] = Ссоли.

Подставим найденные значения и выражение для константы диссоциации кислоты НА:

Ккисл = [H+] = Ккисл×Скислсоли.

рН = рКкисл + lg(Ссоликисл).

Например, в случае ацетатного буферного раствора

(рКСН3СООН = 4,75) его рН будет равна 4,75, если Ссоли = Скислоты. Очевидно, что при разбавлении концентрации соли и кислоты будут уменьшаться одинаково, а соотношение Ссоли / Скислоты и рН не будут меняться.

 

II. Раствор слабого основания ВОН, концентрация - Сосн и его соли сильной кислоты ВА, концентрации Ссоли. Например, аммиачный буфер - раствор гидроксида аммония и хлорида аммония NH4OH + NH4Cl. В общем случае имеем: ВОН + ВА:

ВОH В+ + ОН- (a<<1)

ВА В+ + А- (a=1).

Поскольку ВОН - слабый, а ВА - сильный электролит, имеем [ВОH] = Cосн. и [В+] = Ссоли. Подставим эти значения в выражения для константы диссоциации основания ВОН.

Косн = [OH-] = Косн×Сосн соли.

рОН = рКосн + lg(Ссолиосн), рН = 14 - рКосн + lg(Ссолиосн).

Например, в случае аммиачного буферного раствора

рК (NH4OH) = 4,75 и Сосн = Ссоли, имеем рН = 14 - 4,75 = 9,25.

Из приведенной формулы видно, что в этом случае рН не зависит от разбавления, так как отношение Ссоли кисл остается при этом неизменным.

 

Задача. Как изменится рН при добавлении 1 мл ! М раствора HСl: а) к 100 мл Н2О; б) к 100 мл буферной смеси, содержащей 0,1 М СН3СООН и 0,1 М СН3СООNа. Изменением объема можно пренебречь.

Решение. а) рН воды до прибавления кислоты равен 7. При смешении 1 мл 1М раствора HCl и 100 мл воды объем увеличивается в 100 раз, а концентрация кислоты будет в 100 раз меньше, т.е. [HCl]=10-2М. Поскольку HCl - сильная кислота, то [H+]=10-2М и рН = 2. Таким образом, при добавлении 1 мл 1М раствора HСl к 100 мл воды рН изменяется с 7 до 2, т.е. на 5 единиц.

б) рН буферного раствора до прибавления кислоты равен 4,75. При добавлении раствора HCl к буферной смеси пройдет реакция: HCl + CH3COONa ® CH3COOH + NaCl,

в результате которой концентрация CH3COONa уменьшается, а концентрация СН3СООН - увеличивается. Найдем число моль (n) веществ до реакции (n = CM × V).

n (HCl) = 1 моль/л × 0,001 л = 0,001 моль.

n(CH3COOH) = n(CH3COONa) = 0,1 моль/л × 0,1 = 0,01 моль.

После реакции n(HCl) = 0, n(CH3COOH) = 0,01 + 0,001 = 0,011 моль, n(CH3COONa) = 0,01 - 0,001 = 0,009 моль.

Считая объем неизменным и равным V = 0,1 л, имеем:

C(CH3COOH) = 0,11 М и С(CH3COONa) = 0,09 М. Значения концентраций подставляем в формулу расчета рН:

рН = рКкисл + lg(Ссоликисл) = 4,75 + lg(0,09/0,11) = 4,75-0,09 = 4,66. Таким образом, при добавлении 1 мл 1М раствора кислоты к 100 мл буферного раствора рН изменяется на 4,75 - 4,66 = 0,09.



 

Малое изменение рН при добавлении соляной кислоты к ацетатному буферу обусловлено превращением сильной кислоты (HCl) в слабую кислоту (СН3СООН). При добавлении щелочи, например NaOH, к ацетатному буферу происходит реакция щелочи с уксусной кислотой с образованием ацетата натрия. Если количество добавляемой щелочи мало по сравнению с количеством буфера, то изменение концентрации кислоты и соли в буфере будут невелики, и рН раствора будет меняться незначительно.

 






Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 203; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.09 сек.