Расчетные задачи по теме: «Равновесия в буферных растворах»

Условие задачи

Решение задачи

Вычислить рН ацетатной буферной смеси, содержащей в 1 дм³ раствора 0,2 моля каждого из компонентов. Как изменится рН при добавлении к 1 дм³ смеси: 0,01 моля HCl; 0,01 моля NaOH.

В состав ацетатной буферной смеси входит уксусная кислота и натрия ацетат. Уксусная кислота – слабый электролит и диссоциирует по уравнению: CH₃COOH ↔ H⁺ + CH₃COO ^- (1)

K_a = [H⁺] * [CH₃COO^-] / [CH₃COOH] pK_a = 4,76 (2)

Ацетат натрия – сильный электролит, диссоциирует полностью: CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺ (3)

В присутствии одноименных ионов равновесие (1) очень смещено влево, т.е. равновесную концентрацию молекул кислоты можно принять равной ее начальной концентрации: [CH₃COOH] = С_{кислоты}

Т.к. уксусная кислота – слабый электролит, то почти все ионы CH₃COO ^- образуются вследствие диссоциации соли: [CH₃COO^-] = С_соли

Из уравнения (2) вычислим [H⁺]: [H⁺] = К_а* [CH₃COOH] / [CH₃COO^-] (4)

Прологарифмируем уравнение (4) и заменим знаки на противоположные:

рН = - lg[H⁺] = pK_a – lg (С_{кислоты} / С_соли ) (5)

С_{кислоты} = С_соли = 0,2 моль/дм³; рН = 4,76 – lg 0,2 / 0,2 = 4,76

Если к 1 дм³ смеси прибавить 0,01 моля HCl, то вследствие реакции между HCl и CH₃COONa концентрация уксусной кислоты возрастает до 0,21 моль/дм³, а концентрация CH₃COO^- -ионов снизится до 0,19 моль/дм³.

Тогда: рН = 4,76 – lg 0,21/0,19 = 4,72.

Если к 1 дм³ смеси прибавить 0,01 моля NaOH, то вследствие реакции между NaOH и CH₃COOH концентрация уксусной кислоты снизится до 0,19 моль/дм³, а концентрация CH₃COO^- -ионов возрастет до 0,21 моль/дм³.

Тогда: рН = 4,76 – lg 0,19/0,21 = 4,80.

ОТВЕТ: рН = 4,76; рН = 4,72; рН = 4,80.

В случае буферных растворов, в состав которых входит слабое основание и его соль, расчет рН проводят с помощью уравнения: рН = 14 – рК_{основания} + lg (С_{основания} / С_соли. )

Условие задачи

Решение задачи:

1) Вычислите рН ацетатной буферной смеси, содержащей в 1 дм³ раствора 0,2 моля CH₃COONa и 0,2 моля CH₃COOH. Как изменится рН этого раствора при добавлении 0,01 моля HCl?

2) Вычислите рН аммиачной буферной смеси, содержащей по 0,5 моля NH₃*H₂O и NH₄Cl в 1 дм³ раствора. Как изменится рН этого раствора при добавлении 0,2 моля NaOH?

3) Бензоатная буферная смесь содержит 0,35 моля C₆H₅COOH и 0,35 моля C₆H₅COONa в 1 дм³ раствора. Вычислить рН буферного раствора.

4) Каким должно быть соотношение между компонентами в ацетатном буферном растворе, рН которого равно 5,0?