Главная страница

общая химия 59 - 72. Занятие Протолитические равновесия и процессы


Скачать 0.52 Mb.
НазваниеЗанятие Протолитические равновесия и процессы
Дата21.12.2021
Размер0.52 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаобщая химия 59 - 72.doc
ТипЗанятие
#312785
страница2 из 4
1   2   3   4

Откуда m(СН3СООК) = 0,0821 г


Ответ: для приготовления ацетатного буфера с рН 4,0 следует взять 0,0821 г ацетата калия.
Пример 15 Расчет объемов веществ для приготовления буферного раствора с заданными параметрами

Вычислите объемы растворов гидрофосфата натрия с концентрацией 0,1 моль/л и дигидрофосфата натрия с концентрацией 0,15 моль/л для приготовления буферного раствора объемом 1 л с рН =7,0.

Решение. Запишем протолитическое равновесие:

H2PO4- + H2O = H3O+ + HPO42-

а1 b2 а2 b1

Найдем отношение концентраций солей в буферном растворе, который надо приготовить:

с( HPO42-)

рН = рКа + lg  , где

с(H2PO4- )

рКа - табличная величина (табл. ). рКа (H2PO4- ) = 7,21. Обозначим объем раствора гидрофосфата натрия за х (л), тогда объем раствора дигидрофосфата натрия (1-х) (л). Количества веществ этих солей в приготовленном растворе будет равно соответственно 0,1 х (моль) и 0,15(1-х) (моль).

Поскольку эти количества веществ находятся в одном и том же объеме, отношение концентраций можно заменить отношением количеств веществ:

с( HPO42-)

7,0 = 7,21 + lg  = - 0,21

с(H2PO4- )
с(HPO42-)

 =0,617

с(H2PO4- )
= 0,617

x = 0,48 л, т.е. V(Na2HPO4) = 0,48 л; V(NaH2PO4) = 0,52 л

Ответ: для приготовления раствора нужно взять 480 мл раствора гидрофосфата натрия и 520 мл дигидрофосфата натрия.
Пример 16

Какое максимальное и минимальное количество вещества муравьиной кислоты можно добавить к 5,6 г гидроксида калия, чтобы после растворения смеси в воде получился буферный раствор.

Решение. При смешении двух растворов протекает реакция:

НСООН + КОН  НСООК + Н2О

a1 b2 b1 a2

в результате которой образуется формиатный буферный раствор.

Взято: х моль 0,1 моль

Осталось: (х-0,1) 0,1,

т.к. кислота и щелочь реагируют в соотношении 1:1.

Буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает другую не более, чем в 10 раз.

( НСООК)

0,1    10

( НСООН)

Подставим в это неравенство значения количеств веществ компонентов буферного раствора:

0,1

0,1   10

х-0,1

Решая неравенство, получим:

0,11 х  0,9

Ответ: для получения буферного раствора необходимо минимальное количество муравьиной кислоты 0,11 моль, максимальное - 0,9 моль.
Пример 17 Выявление буферных свойств раствора на основании анализа количеств веществ его компонентов

Серия растворов приготовлена смешением двух растворов:

А) гидроксида натрия и уксусной кислоты

с=0,1 моль/л; V=10 мл с=0,05 моль/л; V=5 мл;

Б) гидроксида натрия и уксусной кислоты

с=0,05 моль/л; V =5 мл с=0,1 моль/л; V =10 мл;

В) ацетата натрия и соляной кислоты

с=0,1 моль/л; V =10 мл с=0,05 моль/л; V =5 мл;

Г) ацетата натрия и уксусной кислоты

с=0,1 моль/л; V =10 мл с=0,01 моль/л; V =5 мл;

Д) гидроксида натрия и ацетата натрия

с=0,1 моль/л; V =10 мл с=0,01 моль/л; V =5 мл.

Решение. Только компоненты раствора Г могут образовать буферную систему, т.е. протолитическую пару слабая кислота-сопряженное основание. В растворах А, Б, В подобные пары могут образоваться в результате обменных реакций. Однако необходимо сделать расчет, т.к. в избытке может оказаться и слабый электролит (пара образуется), и сильный (пары не образуется). Раствор Д не содержит компоненты, отвечающие данным условиям, и они не могут образоваться в результате реакций. Раствор Д однозначно не обладает буферным действием.

Рассчитаем, какие компоненты останутся после протекания реакции в растворах А, Б, В. Для этого рассчитаем количества вступающих в реакции веществ( в ммоль):

А) (NаОН) = 0,110 = 1 ммоль и (СН3СООН) = 0,05 5 = 0,25 ммоль

Поскольку кислота прореагирует полностью, то по окончании реакции в растворе останутся NаОН и СН3СООН; протолитическая пара не образуется.

Б) (NаОН) = 0,055 = 0,25 ммоль и (СН3СООН) = 0,110 = 1 ммоль

Поскольку щелочь прореагирует полностью, по окончании реакции в растворе будут

СН3СООН (1 – 0,25 =0,75 ммоль) и СН3СООNа (0,25 ммоль); протолитическая пара образуется.

В) (СН3СООNа) = 0,110 = 1 ммоль и (НСl) = 0,055 = 0,25 ммоль

Поскольку кислота прореагирует полностью, по окончании реакции в растворе будут

СН3СООН (0,25 ммоль) и СН3СООН (1 – 0,25 = 0,75 ммоль); протолитическая пара образуется.

Для окончательного ответа на вопрос надо выяснить, отвечает ли соотношение компонентов в растворах Б, В, Г зоне буферного действия:

Б) В) Г)

сb 0,25 0,75 10  0,1

 =  = 0,33;  = 3;  = 20

са 0,75 0,25 5  0,01

Соотношение компонентов только в растворах Б и В отвечает зоне буферного действия.

Ответ: буферным действием обладают растворы Б и В.
Пример 18 Сравнение буферной емкости растворов

Буферные растворы приготовлены смешением растворов:

аммиака и хлорида аммония




V, мл

с, моль/л

V, мл

с, моль/л
















А)

7,5

0,02

2,5

0,02

Б)

15,0

0,01

2,5

0,02

В)

7,5

0,02

5,0

0,01

Г)

15,0

0,01

5,0

0,01

Расположите растворы в порядке возрастания их буферной емкости. Ответ подтвердите расчетом.

Решение. Рассчитаем для каждого раствора количества вещества основания (NH3) и кислоты (NH4+).

ν (NH3), ммоль

ν (NH4+), ммоль

А)

7,50,02 = 0,15




2,5 0,02 =0,05




Б)

15,0 0,01 = 0,15




2,5 0,02 = 0,05




В)

7,50,02 = 0,15




5,0 0,01 = 0,05




Г)

15,0 0,01 =0,15




5,0 0,01 =0,05




Приведенные расчеты показывают, что отношения количеств веществ во всех растворах одинаково. Следовательно,этот фактор в данной задаче не может быть использован для ответа на вопрос.Поэтому необходимо расс­мотреть влияние другого фактора: суммарной концентрации. Суммарное количество веществ для всех растворов также одинаково: 0.15+ 0,05 = 0,20 ммоль. Однако это количество вещества находится в разных объемах:

А)

7,5 + 2,5 = 10,0 мл

Б)

15,0 + 2,5 = 17,5 мл

В)

7,5 + 5,0 = 12,5 мл

Г)

15,0 + 5,0 = 20,0 мл

Чем меньше объем приготовленного буферного раствора, тем больше суммарная концентрация его компонентов и больше буферная емкость. В порядке убывания объема растворы располагаются следующим образом: Г, Б, В, А. В этой последовательности и будет возрастать буферная емкость.
Пример 19 . Сравнение буферной емкости растворов

Буферные растворы приготовлены смешением растворов:

муравьиной кислоты и формиата натрия




V, мл

с, моль/л

V, мл

с, моль/л

А)

5,0

0,05

5,0

0,04

Б)

7,5

0,02

2,5

0,12

В)

2,5

0,09

7,5

0,03

Г)

5,0

0,04

5,0

0,05

Расположите буферные растворы в порядке возрастания их буферной емкости по кислоте.

Решение. В формиатном буфере, приготовленном смешением растворов муравьиной кислоты и формиата натрия, сb = с(НСООNа); са = с(НСООН).

Рассчитаем количество формиата натрия в каждом буферном растворе. Чем больше количество HCOONa в буферном растворе, тем больше буферная емкость по кислоте.

А) ν (HCOONa) = сV = 5 · 0,04 = 0,200 ммоль

Б) ν (HCOONa) = 2,5· 0,12 =0,300 ммоль

В) ν (HCOONa) = 7,5· 0,03 =0,225 ммоль

Г) ν (HCOONa) = 5,0· 0,05 =0,250 ммоль

Ответ: Расположим буферные раствора порядке возрастания их буферной емкости по кислоте: А, В, Г, Б.
Пример 20

Расчет параметра титранта по величине буферной емкости

Буферная емкость раствора по кислоте равна 40 ммоль/л. Вычислите, какой объем раствора серной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/л можно добавить к 150 мл этого раствора, чтобы сместить рН не более, чем на 0,5 единицы?

Решение. Буферную емкость по кислоте рассчитывают по формуле:

с(1/z)V(Т)
1   2   3   4


написать администратору сайта