общая химия 59 - 72. Занятие Протолитические равновесия и процессы
 Скачать 0.52 Mb.
|
Откуда m(СН3СООК) = 0,0821 гОтвет: 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- )  = 0,617x = 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) = 0,110 = 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) = 0,055 = 0,25 ммоль и (СН3СООН) = 0,110 = 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) = 0,110 = 1 ммоль и (НСl) = 0,055 = 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
Расположите растворы в порядке возрастания их буферной емкости. Ответ подтвердите расчетом. Решение. Рассчитаем для каждого раствора количества вещества основания (NH3) и кислоты (NH4+).
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:
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
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) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||