7 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.