Примеры решения задач. Пример 1. К 15 мл 0,03 М раствора НСООН добавили 15 мл 0,03 М раствора

Пример 1. К 15 мл 0,03 М раствора НСООН добавили 15 мл 0,03 М раствора

НСООNa. Вычислите рН полученного буферного раствора. K_a=1,77 ^. 10^-4.

Дано: V1 = V2 = 15 мл C1 = C2 = 0,03 моль/л Ka = 1,77.10-4 pН =?

Решение: I вариант: 1) [HCOO-] в буферном растворе = 15.0,03/30 = 0,015 моль/л 2) [HCOOH] в буферном растворе = 15.0,03/30 = 0,015 моль/л 3)

II вариант:

Решение задачи можно упростить, если учесть, что объём буферного раствоа входит и в числитель и в знаменатель данного выражения:

Ответ: 3,75.

Пример 2. Как изменится рН буферной смеси, образованной 0,1 М раствором

СН₃СООН и 0,1 М раствором СН₃СООNa при добавлении: а) 0,001 М раствора HCl; б) 0,001 М раствора NaOH? K_a = 1,8 ^. 10^-5.

Решение: В буферной смеси = = 1,8 ^. 10^-5,

pH = pK_a = -lg1,8 ^. 10^-5 = 4,75.

При добавлении соляной кислоты:

0,001 0,001 0,001

CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl

[CH₃COOH] = 10^-1 +10^-3 = 1,01 ^. 10^-1 (моль/л)

[CH₃COONa] = 10^-1 -10^-3 = 0,99 ^. 10^-1 (моль/л)

[H⁺] = = 1,76 ^. 10^-5 (моль/л)

При добавлении щелочи: CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

[H⁺] = = 1,76 ^. 10^-5; pH = - lg 1,76 ^. 10^-5 = 5 - 0,24 = 4,76.

Ответ: практически не меняется.

Пример 3. Рассчитайте буферную ёмкость сыворотки крови по кислоте, если на титрование 50 мл сыворотки для изменения рН от 7,4 до 7,0 было затрачено 10 мл 0,1 N раствора HCl.

Дано: pН1 = 7,4 pH2 = 7,0 V(p-pa HCl) = 10 мл C(HCl) = 0,1 моль/л B(HCl) =? V(сыв.) = 50 мл

Решение: 1) n(HCl) = 10.10-3.0,1=1.10-3 (моль) 2) DpH = pH1- pH2 = 7,4 - 7,0 = 0,4 B(HCl) = = 0,05 (моль/л).

Вопросы и задачи для самоподготовки.

1. Какие растворы (смеси) называют буферными?

2. Что называют сопряженной кислотой, сопряженным основанием? Приведите примеры протолитических реакций.

3. На какие типы делятся буферные растворы? Приведите примеры.

4. Каков механизм буферного действия на примере ацетатного буферного раствора?

5. Каков механизм буферного действия на примере аммиачного буферного раствора?

6. Как рассчитать концентрацию ионов Н⁺ в буферном растворе кислотного типа?

7. Как рассчитать концентрацию ионов Н⁺ в буферном растворе основного типа?

8. Как объяснить тот факт, что при добавлении небольших количеств сильных кислот, щелочей и разбавлении кислотность раствора практически не меняется?

9. Как рассчитываются значения рН в буферных растворах кислотного и основного типа?

10. Что понимают под буферной ёмкостью и буферной силой раствора?

11. К 20 мл 1%-ного раствора NH₄NO₃ (r= 1 г/мл) добавили 1 мл 0,5М раствора аммиака. Раствор разбавили в мерной колбе до 100 мл. Вычислите рН полученного раствора. K_b = 1,8 ^. 10^-5, pK_b = 4,75. Ответ: 8,55.

12. К 25 мл 0,2 М раствора KH₂PO₄ прибавили 15 мл 0,2 М раствора K₂HPO₄. Вычислите рН полученного раствора. K_a2 = 6,3 ^. 10^-8, pK_a2 = 7,21. Ответ: 6,98.

13. Вычислите рН ацетатной буферной смеси, состоящей из 200 мл 0,1N раствора кислоты (K_a=1,8 ^. 10^-5) и 100 мл 0,05 N раствора её соли. Ответ: 4,148

14. К 12 мл 0,03 М раствора НСООН прибавили 15 мл 0,15 М раствора НСООK. Вычислите рН полученого раствора. K_a = 1,8 ^. 10^-4, pK_a = 3,75.

Ответ: 4,55.

15. Вычислите рН раствора, в 500 мл которого содержится 1 г НСООН и 1 г НСООK. K_a = 1,8 ^. 10^-4, pK_a = 3,75. Ответ: 3,49.

16. Смешали поровну 0,5%-ные растворы аммиака и нитрата аммония. Найдите рН полученного раствора, плотность которого 1 г/мл. K_b= 1,8 ^. 10^-5, pK_b = 4,75. Ответ: 9,92.

17. Сколько мл 0,2 М раствора карбоната натрия надо добавить к 10 мл 0,3 М раствора гидрокарбоната натрия, чтобы получить раствор с рН = 10?

K_a2 = 4,7 ^. 10^-11, pK_a2 = 10,33. Ответ: 7 мл.

18. Сколько (г) Na₂CO₃ надо добавить к 100 мл 0,3 М раствора NaHCO₃, чтобы получить раствор с рН 10? K_a1 = 4,4 ^. 10^-7, pK_a1= 6,36; K_a2 = 4,7 ^. 10^-11, pK_a2 = 10,33. Ответ: 1,487 г.

19. Какое количество уксусной кислоты надо добавить к 1 л 1М раствора ацетата натрия, чтобы раствор стал нейтральным? рК(СН₃СООН) = 4,75. Ответ: 0,0056 моль.

20. Вычислите значение рН буферного раствора, приготовленного смешением

36 мл 0,2 н раствора хлорида аммония и 23 мл 0,1 н раствора аммиака. рК(NH₃) = 4,75. Ответ: 8,755.

21. Как изменится рН фосфатного буфера, приготовленного смешением по 100 мл 0,1М раствора дигидрофосфата калия и 0,3М раствора гидрофосфата натрия, при добавлении 10 мл 0,2М раствора гидроксида натрия? рК₂(Н₃РО₄) = 7,21. Ответ: увеличится на 0,128.

22. Точка перехода фенолфталеина при рН 8,5. При рН > 8,5 он малиновый, а при рН < 8,5 бесцветный. Какое количество хлорида аммония необходимо добавить к 50 мл 0,1 н раствора аммиака, чтобы в присутствии фенол-фталеина раствор был окрашенным? рК(NH₃) = 4,75. Ответ: 0,028 моль.

23. Какой объем 0,01 н раствора гидроксида натрия надо добавить к 100 мл 0,005 М раствора уксусной кислоты, чтобы концентрация ионов водорода в смеси стала 1,75^.10⁻⁵ моль/л? рК(СН₃СООН) = 4,75. Ответ: 25 мл.

24. К 100 мл крови для изменения рН от 7,36 до 7,0 надо добавить 36 мл 0,05 н раствора хлороводорода. Рассчитайте буферную ёмкость крови по кислоте. Ответ: 0,05 моль/л.

25. Сколько (в моль эквивалентов) щелочи нужно добавить к 1 мл буферного раствора, чтобы изменить рН от 7,36 до 7,50, если буферная емкость его равна 0,034 моль/л? Ответ: 4,76 ^. 10^-6 моль.

26. В какой из биологических жидкостей: в желудочном соке (рН = 1,5 – 2,5), в кишечном соке (рН = 7,5 – 8,2) или в крови (рН = 7,36) будет наибольшая концентрация НСО₃⁻, если рК(Н₂СО₃) = 6,1?

1.5.ГЕТЕРОГЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ

Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.

Теоретическое пояснение: в насыщенном растворе малорастворимого электролита KtAn устанавливается химическое равновесие: KtAn_(тв) «Kt⁺_(р-р) + An^-_(р-р), которое количественно характеризуется при постоянной температуре константой гетерогенного равновесия, называемой произведением растворимости (ПР): ПР(KtAn) = [Kt⁺] ^. [An^-].

Произведение [Kt⁺] ^. [An^-] называют ионным произведением и обозначают ИП(KtAn).

В насыщенном растворе электролита ПР(KtAn) = ИП(KtAn), в ненасыщен-ном − ПР(KtAn) > ИП(KtAn), в пересыщенном: ПР(KtAn) < ИП(KtAn).

Концентрация электролита Х в насыщенном растворе называется раствори-мостью (s (X) в моль/л): , где L(X) - растворимость электролита в г/л. Связь между растворимостью и произведением растворимости электролита Kt_nAn_m в общем виде выражается формулой .

Например, для Са₃(РО₄)₃