Общая химия

нентов БС. H2CO3 – слабая кислота, процесс ее распада на ионы обратим – ионизация (ставим знак ). NaHCO3 – сильный

электролит, диссоциирует нацело (ставим знак ). Ионизация двухосновной угольной кислоты идет по первой ступени:

NaHCO 3 Na HCO 3

при добавлении посторонней сильной кислоты, например, НСl в действие вступит соль буфера, т.к. она содержит анион, выполняющий роль протолитического основания.

NaHCO3 HCl H2CO3 NaCl

Na HCO 3 H Cl H 2 CO 3 Na Cl

Таким образом, посторонняя сильная кислота заменяется эквивалентным количеством слабой протолитической кислоты, входящей в состав буфера, и рН раствора незначительно уменьшается;

при добавлении постороннего сильного основания, например NaOH в действие вступит кислота буфера, т.к. с точки зрения протолитической теории кислота, как донор протонов,

служит для связывания OH посторонней щелочи; при этом образуется анион соли, входящей в состав буфера, выполняющий роль слабого протолитического основания.

H2CO3 NaOH NaHCO3 H2O

H2CO3 Na OH Na HCO 3 H2O

71

Таким образом, постороннее сильное основание заменяется эквивалентным количеством соли (слабого протолитического основания), входящей в состав буфера, и рН раствора незначительно увеличивается.

Пример 2. Механизм буферного действия фосфатной буферной системы:

состав фосфатной буферной системы:

NaH2PO4 Na2HPO4 ;

уравнения ионизации или диссоциации компонентов буферной системы:

NaH2PO4 Na H2PO4

Na2HPO4 2Na HPO42

при добавлении посторонней сильной кислоты, например, НСl в действие вступит та соль буфера, анион которой со-

держит меньше ионов водорода. Анион HPO24 выполняет

роль протолитического основания.

Na2HPO4 HCl NaH2PO4 NaCl

2Na HPO24 H Cl Na H2PO24 Na Cl

Вывод: посторонняя сильная кислота заменяется эквивалентным количеством слабой протолитической кислоты (соли

NaH2PO4 ), входящей в состав буфера, и рН раствора незначи-

тельно уменьшается.

при добавлении постороннего сильного основания, например NaOH в действие вступит та соль буфера ( NaH2PO4 ),

анион которой выполняет роль протолитической кислоты. Эта соль содержит больше ионов водорода.

NaH2PO4 NaOH Na2HPO4 H2O

72

(Обязательно один компонент буфера превращается в другой, ставится знак ).

Na H2 PO4 Na OH 2Na HPO24 H2O

Вывод: постороннее сильное основание заменяется эквивалентным количеством соли Na 2 HPO4 (слабого протолитиче-

ского основания), и рН раствора незначительно увеличивается.

Пример 3. Механизм буферного действия аммиачной буферной системы:

состав: это буферная система II типа, состоит из слабого основания и его соли

NH3 H2O NH4Cl

уравнения ионизации или диссоциации компонентов буферной системы:

NH4Cl NH4 Cl

при добавлении посторонней сильной кислоты, например, НСl в действие вступит основание буфера:

NH 3 H 2O HCl NH 4 Cl H 2O

NH3 H2O H Cl NH4 Cl H2O

Вывод: посторонняя сильная кислота заменяется эквивалентным количеством соли NH4Cl (слабой протолитической

73

кислоты), входящей в состав буфера, и рН раствора незначительно уменьшается.

при добавлении постороннего сильного основания, например NaOH в действие вступит соль буфера, содержащая ка-

тион NH4 , выполняющий роль протолитической кислоты:

NH4Cl NaOH NH3 H2O NaCl

NH4 Cl Na OH NH3 H2O Na Cl

Вывод: постороннее сильное основание заменяется эквивалентным количеством слабого протолитического основания

NH3 H2O, входящего в состав буфера, и рН раствора незначительно увеличивается.

5.5. Расчет буферной емкости

Для оценки способности буферной системы поддерживать постоянство рН при добавлении посторонних кислот и щелочей используются величины буферной емкости. Буферная емкость является количественным выражением буферного действия.

Буферная емкость по кислоте Вк измеряется числом

моль эквивалентов посторонней сильной кислоты, добавленных к 1 л раствора, чтобы изменить его рН на единицу.

Буферная емкость по основанию измеряется числом моль эквивалентов постороннего сильного основания, которые нужно добавить к буферу объемом 1 л чтобы изменить его рН на единицу.

74

Чем выше емкость, тем больше кислоты или основания можно добавить к буферу, не вызывая сдвига рН.

5.6. Оценка буферной емкости и буферное отношение. Факторы, определяющие емкость буфера

Буферным отношением для БС I типа называют соотношение, стоящее под логарифмом в формуле для вычисления рН:

ным отношением для буферных систем II типа.

Если буфер содержит больше протолитического основания, то его емкость по кислоте выше. При избытке протолитической кислоты в буфере он будет иметь более высокую емкость по основанию.

На величину буферной емкости влияет ряд факторов:

-концентрация компонентов буфера;

-буферное соотношение;

-разведение буферного раствора.

С ростом концентрации компонентов буфера величина емкости так же возрастает. Большей емкостью обладает раствор, в котором концентрация компонентов буфера выше.

Величина буферного соотношения значительно влияет на емкость буфера. При буферном соотношении, равном 1, буферная емкость по кислоте равна емкости по основанию и значения их при этом максимальные: Вк=Во, если υк=υс.

При разведении буферного раствора буферная емкость уменьшается.

75

Интервал рН=рКа±1 называется зоной буферного дей-

ствия.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ V. БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Выберите один правильный ответ

1.БУФЕРНОЙ СИСТЕМОЙ I ТИПА ЯВЛЯЕТСЯ

1)пиридиновая

2)ацетатная

3)аммиачная

2.БУФЕРНОЙ СИСТЕМОЙ II ТИПА ЯВЛЯЕТСЯ:

1)фосфатная

2)ацетатная

3)аммиачная

4)гемоглобиновая

3.БУФЕРНОЙ СИСТЕМОЙ II ТИПА ЯВЛЯЕТСЯ

1)фосфатная

2)гидрокарбонатная

3)гемоглобиновая

4)анилиновая

4.БУФЕРНЫЕ СВОЙСТВА МОЖЕТ ПРОЯВЛЯТЬ СМЕСЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

1)NaHCO3, CO2 ·H2O

2)NH3 ·H2O, NaCl

3)Na3PO4, K3PO4

4)CH3COOH, HNO3

5.К БУФЕРНЫМ СИСТЕМАМ ПЕРВОГО ТИПА ОТНОСИТСЯ КАЖДАЯ ИЗ ДВУХ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ

1)аммиачная и гемоглобиновая

2)белковая и фосфатная

3) оксигемоглобиновая и пиридиновая

4) фосфатная и анилиновая

76

6.БУФЕРНЫЕ СВОЙСТВА МОЖЕТ ПРОЯВЛЯТЬ СМЕСЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

1)КСl, СН3СООК

2)СН3СООН, СН3COONa

3)КСl, НСl

4)Na2СO3, NaOH

7.К БУФЕРНЫМ СИСТЕМАМ ВТОРОГО ТИПА ОТНОСИТСЯ КАЖДАЯ ИЗ ДВУХ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ

1)аммиачная и пиридиновая;

2)гемоглобиновая и оксигемоглобиновая

3) фосфатная и аммиачная

4)белковая и анилиновая

8.БУФЕРНАЯ СИСТЕМА ВТОРОГО ТИПА СОСТОИТ ИЗ

1)слабого основания и соли этого основания и сильной кислоты

2)сильного основания и соли этого основания и сильной кислоты

3)сильного основания и соли этого основания и слабой кислоты

4)слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания

9.К БУФЕРНЫМ СИСТЕМАМ 1 ТИПА НЕ ОТНОСИТСЯ

10.БУФЕРНАЯ СИСТЕМА ПЕРВОГО ТИПА СОСТОИТ ИЗ

1)сильного основания и соли этого основания и сильной кислоты

2)слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания

3)слабого основания и соли этого основания и сильной кислоты

4)сильной кислоты и соли этой кислоты и сильного основания

77

11.ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ГИДРОКАРБОНАТНОГО БУФЕРА, СОСТОЯЩЕГО ИЗ 50 МЛ С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ

0,2 МОЛЬ/Л РАСТВОРА Н2СО3 И 100 МЛ С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 0,1 МОЛЬ/Л РАСТВОРА

NaHCO pKH CO , РАВЕН

12.ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ФОСФАТНОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫрКН РО , ., СОСТОЯЩЕЙ ИЗ 100 МЛ

РАСТВОРА ГИДРОФОСФАТА НАТРИЯ С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 0,03 МОЛЬ/Л И 100 МЛ РАСТВОРА ДИГИДРОФОСФАТА НАТРИЯ С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 0,3 МОЛЬ/Л РАВЕН

14. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ФОСФАТНОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ РАССЧИТЫВАЕТСЯ ПО ФОРМУЛЕ

1)рН = рК + lg v солиэ

vкэ-ты

2)рН 14 (рК lg эсолиэ )

к ты

3)рН = ½ (рКк-ты + рС)

4)рН = рα + рС

15.ФОРМУЛОЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ БУФЕРНОГО РАСТВОРА II ТИПА ЯВЛЯЕТСЯ

78

0,2 МОЛЬ/Л (0,2М) И 10 МЛ РАСТВОРА NH4Cl С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 0,2 МОЛЬ/Л (0,2М) РАВЕН

18. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ АММИАЧНОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫрКNH H O , . , СОСТОЯЩЕЙ ИЗ 20

19.ФОРМУЛОЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ АММИАЧНОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ ЯВЛЯЕТСЯ

79

3)рН = ½ (рКосн+ рС)

4)рН = рα + рС

20.РОЛЬ ПРОТОЛИТИЧЕСКОЙ КИСЛОТЫ В ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЕ ВЫПОЛНЯЕТ

21.РОЛЬ ПРОТОЛИТИЧЕСКОГО ОСНОВАНИЯ В ФОСФАТНОЙ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ВЫПОЛНЯЕТ

22.ПРИ ДОБАВЛЕНИИ ПОСТОРОННЕГО СИЛЬНОГО ОСНОВАНИЯ К АММИАЧНОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЕ ПРОТЕКАЕТ ПРОЦЕСС

1)NH4 H2O NH3 H2O H

2)NH3 H2O NH4 OH

3)H3O NH3 H2O NH4 2H2O

4)NH4+ +OH- NH3·H2O

23.РОЛЬ ПРОТОЛИТИЧЕСКОЙ КИСЛОТЫ В ФОСФАТНОЙ

24.ПРИ ДОБАВЛЕНИИ ПОСТОРОННЕГО СИЛЬНОГО ОСНОВАНИЯ К ГЕМОГЛОБИНОВОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЕ ПРОТЕКАЕТ ПРОЦЕСС

1)H3O+ + Hb- ↔ H2O + HHb

2)HHb + OH- ↔ Hb- + H2O

80