Буферная емкость

Способность буферных систем поддерживать постоянное значение рН небезгранична, она зависит от качественного состава системы и концентрации компонентов. При добавлении к буферной системе значительных количеств сильной кислоты или сильного основания наблюдается заметное изменение рН. Буферное действие отличающихся по составу буферных смесей неодинаково. Важной величиной, которая характеризует способность буферной системы противодействовать изменению реакции среды (т.е. изменению ее рН) при добавлении кислот или щелочей, вляется буферная емкостью системы.

Буферная емкость измеряется количеством кислоты или щелочи (моль), добавление которого к 1 литру буферной системы изменяет ее рН на единицу.

Величину буферной емкости системы по кислоте или по щелочи рассчитывают по формуле:

2.20

где N  – концентрация (моль× л^-1) добавленной кислоты (щелочи); V – объем (л) кислоты (щелочи); DрН  – абсолютная величина изменения рН буферной системы в результате добавления кислоты (щелочи); Vр – объем буферной смеси (л).

Буферная емкость зависит от соотношения концентраций компонентов буферной системы, а следовательно, и от рН буфера.

Типичный график зависимости буферной емкости от рН на примере ацетатной системы СН₃СОО ^- / СН₃СООН приведен на рис. II.9. Максимальная буферная емкость соответствует значению рН = рК_А = 4,74, что следует из уравнения (II.18). При рН = рК_А отношение С_соль /С_{кислота} = 1, т.е. в системе содержатся одинаковые количества соли и кислоты. При таком соотношении концентраций компонентов системы ее рН изменяется в меньшей степени, чем при других отношениях, следовательно, буферная емкость максимальна при равных концентрациях компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения. Из рис. II.9 следует и другой важный вывод: рабочий участок буферной системы, т.е. способность противодействовать изменению рН при добавлении кислот и щелочей, имеет протяженность приблизительно в одну единицу рН с каждой стороны от точки рН = рК_А. Вне этого интервала буферная емкость быстро снижается. Интервал рК_А ± 1 называется зоной буферного действия.

Рис.2.9. Зависимость буферной емкости β ацетатной системы от рН

Работа 2.1. ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС МЕДНО-ЦИНКОВОГО ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:  Измерить ЭДС медно-цинкового гальванического элемента, полученные значения ЭДС сопоставить с величинами, рассчитанными по формуле Нернста.

Оборудование: Электрохимическая (гальваническая) ячейка, медный и цинковый электроды, потенциометр (иономер).

Реактивы: растворы CuSO₄ концентраций 0,01, 0,1 и 0,5 М, растворы ZnSO₄ концентраций 0,01, 0,1 и 0,5 М, насыщенный раствор KCl, дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы:

1. Подготовить для работы медно-цинковый гальванический элемент, налив в сосуд с медным электродом раствор CuSO₄ нужной концентрации (по указанию преподавателя), а в сосуд с цинковым электродом – раствор ZnSO₄.Стеклянный соединительный мостик заполнить насыщенным раствором KCl, избегая появления пузырьков воздуха.

2. Трижды измерить э.д.с. элемента иономером (потенциометром), пользуясь инструкцией к прибору и строго соблюдая полярность подключения электродов. Результаты измерений записать в таблицу 2.1.

3. Рассчитать стандартное значение ЭДС медно-цинкового элемента по данным справочника и E_расч по уравнению Нернста..

Таблица 2.1.

Результаты определения ЭДС Cu- Zn элемента

CuSO4			ZnSO4			Eизм. (в)	Eрасч. (в)
C (моль*л-1)	γ±	a	C (моль*л-1)	γ±	a

Работа 2.2. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕДНОГО И ЦИНКОВОГО ЭЛЕКТРОДОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Измерить электродные потенциалы медного и цинкового электродов, полученные значения сопоставить с величинами, рассчитанными по формуле Нернста.

Оборудование:  Электрохимическая (гальваническая) ячейка, медный, цинковый и хлорсеребряный электроды, потенциометр (иономер).

Реактивы: растворы CuSO₄ концентраций 0,1 и 0,5 М, растворы ZnSO₄ концентраций 0,1 и 0,5 М, насыщенный раствор KCl, дистиллированная вода.