Буферный раствор приготовлен из 40 мл 0.2 М р-ра Na2CO3 и 20 мл 0.5 М р-ра NaHCO3 (pK2=10.35)
5 Просмотров
Задание:
Буферный раствор приготовлен из 40 мл 0.2 М р-ра Na2CO3 и 20 мл 0.5 М р-ра NaHCO3 (pK2=10.35). Найти pH? Как изменится pH при добавлении к нему 10мл 0.3 М р-ра KOH? Расчитать буферную емкость по щелочи?
Ответ на задание:
Мы имеем буферный раствор, состоящий из сопряженной кислоты (NaHCO₃) и ее сопряженного основания (Na₂CO₃). Для расчета pH такого раствора используется уравнение Гендерсона-Хассельбаха:
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
где:
- pH – водородный показатель
- pKa – отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации кислоты (в данном случае второй ступени угольной кислоты)
- [A⁻] – концентрация сопряженного основания (CO₃²⁻)
- [HA] – концентрация сопряженной кислоты (HCO₃⁻)
Расчет начального pH
1. Расчет количества молей каждого компонента:
- n(Na₂CO₃) = 0.04 л * 0.2 моль/л = 0.008 моль
- n(NaHCO₃) = 0.02 л * 0.5 моль/л = 0.01 моль
2. Расчет концентраций после смешивания:
- Общий объем раствора = 40 мл + 20 мл = 60 мл = 0.06 л
- [CO₃²⁻] = 0.008 моль / 0.06 л = 0.133 М
- [HCO₃⁻] = 0.01 моль / 0.06 л = 0.167 М
3. Расчет pH: pH = 10.35 + log(0.133/0.167) ≈ 10.30
Изменение pH при добавлении KOH
1. Расчет количества молей добавленной щелочи:
- n(KOH) = 0.01 л * 0.3 моль/л = 0.003 моль
2. Реакция нейтрализации: KOH + HCO₃⁻ → K⁺ + CO₃²⁻ + H₂O При добавлении KOH количество HCO₃⁻ уменьшится на 0.003 моль, а количество CO₃²⁻ увеличится на 0.003 моль.
3. Новые концентрации:
- [HCO₃⁻] = (0.01 – 0.003) моль / 0.07 л ≈ 0.100 М
- [CO₃²⁻] = (0.008 + 0.003) моль / 0.07 л ≈ 0.157 М
4. Новый pH: pH = 10.35 + log(0.157/0.100) ≈ 10.44
Расчет буферной емкости по щелочи
Буферная емкость – это количество молей кислоты или основания, которое можно добавить к 1 литру буферного раствора, чтобы изменить pH на единицу.
Для приблизительного расчета можно использовать формулу: β = 2.303 * [HA] * [A⁻] / ([HA] + [A⁻])
где:
- β – буферная емкость
- 2.303 – множитель, связанный с основанием натурального логарифма
Расчет для исходного раствора: β ≈ 2.303 * 0.167 М * 0.133 М / (0.167 М + 0.133 М) ≈ 0.15 моль/л
Важно: Полученное значение буферной емкости является приблизительным и зависит от многих факторов, включая конкретные кислоту и основание, их концентрации и температуру.
Вывод:
- Начальный pH буферного раствора составляет около 10.30.
- При добавлении KOH pH увеличивается до 10.44.
- Буферная емкость раствора по щелочи составляет примерно 0.15 моль/л.