Буферные растворы. 
Равновесие в гомогенных системах

Растворы слабых кислот или оснований в присутствии их солей проявляют буферное действие: рН таких растворов мало изменяется при разбавлении и добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи.

Для вычисления концентрации водородных ионов в буферных растворах применимы уравнения (1.88) и (1.91). рН буферного раствора, содержащего слабую кислоту и ее соль, будет равен.

(1.107).

Для рН буферной смеси, состоящей из слабого основания и его соли, имеем следующее выражение:

(1.108).

Если буферная смесь состоит из средней соли (М₂А) и кислой соли (МНА) двухосновной кислоты, то.

(1.109).

где и — концентрации солей М₂А и МНА, — показатель константы диссоциации кислоты Н₂А по второй ступени.

Если буферная смесь образована кислыми солями (М₂НА, МН₂А) трехосновной кислоты, то для расчета рН применимо уравнение.

(1.110).

Буферное действие характеризуется буферной емкостью (р). Буферная емкость измеряется количеством сильного основания (b) или кислоты (а), которое необходимо добавить к данному раствору, чтобы изменить рН на единицу.

(1.111).

(1.112).

В области максимального буферного действия буферная емкость раствора, содержащего слабую кислоту (НА) и ее соль (МА), выражается уравнением.

(1.113).

С_А — общая концентрация раствора (С_А = [НА] + [A^-). Максимальное значение буферная емкость при данной концентрации С_А имеет при [Н⁺] = K_а.

Достаточное буферное действие проявляется в интервале.

pH=pK_a±1(1.115).

При определении буферной емкости раствора, состоящего из слабого основания и его соли, в формулу (1.113) вместо К_а вводится константа сопряженной кислоты в соответствии с равенством (1.77).

Пример 26. К 15 мл 0.03 М раствора муравьиной кислоты прибавлено 12 мл 0.15 М раствора формиата калия. Вычислить рН этой смеси.

Решение. Найдем концентрацию кислоты и ее аниона после смешения двух растворов:

Подставляя эти значения в уравнение (1.88), найдем.

pH = 4.43.

Эту задачу можно решить более просто, если концентрацию кислоты и соли выразить в миллимолях (мМ), учитывая, что объем раствора после разбавления входит в числитель и знаменатель данного выражения.

Подставляя эти значения в выражения для рН, получим.

Пример 27. Смешано 10 мл 0.3 М раствора НС1 и 20 мл 0.2 М раствора аммиака. Определить рН полученного раствора.

Решение. В данном примере буферная смесь образовалась в результате реакции Концентрация соли NH₄C1 (C_B+) равна взятой концентрации НСl с учетом разбавления раствора.

Концентрацию NH₃ (С_BOH) находим по разности между начальной концентрацией (с учетом разбавления) и концентрацией НС1.

Подставляя эти значения в уравнение (1.91), найдем [OH^-]:

Если выразить концентрацию НС1 и NH3 в мМ, то решение можно провести следующим образом:

Пример 28. К 20 мл 0.2 М раствора гидрофосфата калия добавлено 10 мл 0.25 М раствора НСl. Определить рН полученного раствора.

Решение. При смешении данных растворов происходит следующая реакция:

К₂НРО₄ + НС1 = КН₂РО₄ + КС1.

В результате образовалась буферная смесь, состоящая из КН₂РО₄ и К₂НРО₄. Концентрации анионов Н₂РО₄^- и НРО₄^2- равны.

[Н₂РО₄^-] = 10Ч0.25 2.5 мМ; [НРО₄^2-] = 20Ч0.2 — 10Ч0.25 = 1.5 мМ.

используя уравнение (1.110), находим рН.

Пример 29. Сколько г ацетата натрия надо добавить к 200 мл 0.2 М раствора НСl, чтобы рН = 4.5?

Решение. Напишем уравнение реакции.

CH₃COONa + HC1 = СН₃СООН + NaCl.

В результате данной реакции образовалась уксусная кислота, концентрация которой равна концентрации НС1 (С_НА = 0.2). Равновесная концентрация анионов СН₃СОО^- определяется по разности между начальной концентрацией соли (х), и концентрацией НС1.

Подставляем данные значения в уравнение (1.107) и находим х

Количество CH₃COONa в г на 200 мл (В) равно.

Пример 30. Вычислить буферную емкость раствора, состоящего из 1.140 М СН₃СООН и 0.205 М CH₃COONa, рН = 4.

Решение. Находим общую концентрацию компонентов.

С_А = 1.140 + 0.205 = 1.345 М.

Подставив в формулу (1.113), получим:

Пример 31. Буферный раствор, приготовленный из раствора аммиака и хлорида аммония, имеет рН = 10. Вычислить буферную емкость этого раствора, если общая концентрация С_А= 0.336 М.

Решение. Константа диссоциации сопряженной кислоты согласно реакции.

равна.

Задачи Вычислить рН полученного раствора К 25 мл 0.2 М раствора дигидрофосфата калия прибавлено 15 мл 0.2 М раствора гидрофосфата калия.

К 30 мл 0.15 М раствора уксусной кислоты добавлено 60 мл 0.075 М раствора гидроксида натрия.

К 20 мл 0.2 М раствора уксусной кислоты добавлено 5 мл 0.3 М раствора гидроксида натрия.

К 50 мл 0.01 М раствора монохлоруксусной кислоты добавлено 49.95 мл 0.01 М раствора гидроксида натрия.

К 12 мл 0.03 М раствора муравьиной кислоты добавлено 15 мл 0.15 М раствора формиата калия.

В 250 мл воды растворено 3.4563 г гидрофосфата калия, добавлено 50 мл 0.1078 М раствора НС1.

В 200 мл воды растворено 2.4563 г гидрофосфата калия, добавлено 50 мл 0.1078 М раствора НС1.

К 25 мл 0.15 М раствора гидрофосфата калия добавлено 50 мл 0.1 М раствора НС1.

К 25 мл 0.2 М раствора гидрофосфата калия добавлено 15 мл 0.25 М раствора хлороводородной кислоты.

К 15 мл 0.28 М раствора гидрокарбоната натрия добавлено 30 мл 0.14 М раствора гидроксида натрия.

К 50 мл 0.15 М раствора гидроксида натрия добавлено 25 мл 0.2 М раствора дигидрофосфата натрия.

К 1 л воды добавлено 1 мл 5%-ного раствора муравьиной кислоты и 1 мл 2.5%-ного раствора гидроксида натрия.

125. В 500 мл воды растворен 1 г бензойной кислоты, добавлено 2 г бензоата натрия.

В 2 л воды растворено 1.7 г бензойной кислоты, добавлено 0.17 г бензоата калия.

В 2 л раствора содержится 1.8 г хлорбензойной кислоты и 18 г ее натриевой соли.

1 объем 10%-ного раствора аммиака смешан с 12 объемами 0.5%-ного раствора хлорида аммония.

Смешаны равные объемы 0.5%-ного раствора хлорида аммония и 0.25%-ного раствора гидроксида калия.

Составление буферных смесей Сколько мл 0.2 М раствора гидроксида натрия надо добавить к 20 мл 0.2 М раствора уксусной кислоты, чтобы получить раствор с рН =4 ?

Сколько мл 1%-ного раствора гидроксида натрия надо добавить к 25 мл 0.1 М раствора муравьиной кислоты, чтобы получить раствор с рН = 3.75?

Сколько мл 0.1 М раствора НС1 надо добавить к 50 мл 0.25 М раствора аммиака, чтобы получить раствор с рН = 9?

Сколько мл 0.2 М раствора гидроксида натрия надо добавить к 25 мл 0.1 М раствора H₃AsО₄, чтобы получить раствор с рН = 2?

Сколько мл 0.2 М раствора гидроксида натрия надо добавить к 20 мл 0.2 М раствора фосфорной кислоты, чтобы получить раствор с рН = 7?

Сколько мл 1%-ного раствора гидроксида натрия надо добавить к 25 мл 0.3 М раствора фосфорной кислоты, чтобы получить раствор с рН = 2.5?

Сколько г ацетата натрия надо добавить к 100 мл 0.15 М раствора НС1, чтобы получить раствор с рН = 5?

Сколько г ацетата натрия надо добавить к 250 мл 0.2 М раствора НС1, чтобы получить раствор с рН = 4.5?

Сколько мл 1%-ного раствора формиата натрия надо добавить к 50 мл 0.1 М раствора муравьиной кислоты, чтобы получить раствор с рН = 3.75?

Сколько мл 1%-ного раствора формиата натрия надо добавить к 100 мл 0.05 М раствора НС1, чтобы получить раствор с рН = 3.7?

Сколько г дигидрофосфата натрия надо добавить к 250 мл 0.15 М раствора гидроксида натрия, чтобы получить раствор с рН = 7?

Сколько мл 0.1 М раствора НС1 надо добавить к 50 мл 0.15 М раствора гидрофосфата калия, чтобы получить раствор с рН = 7.2?

Сколько мл 0.5 М раствора нитрата аммония надо добавить к 10 мл 0.2 М раствора аммиака, чтобы получить раствор с рН = 9.8?

Сколько мл 0.1 М раствора гидроксида натрия надо добавить к 50 мл 0.2 М раствора дигидрофосфата натрия, чтобы получить раствор с рН = 7?

Сколько мл 0.15 М раствора гидроксида натрия надо добавить к 50 мл 0.1 М раствора дигидрофосфата натрия, чтобы получить раствор с рН = 7?

Сколько г карбоната натрия надо добавить к 50 мл 0.25 М раствора гидрокарбоната натрия, чтобы получить раствор с рН =10?

Сколько г твердого азида калия нужно растворить в 50 мл 0.02 М раствора азидоводородной кислоты, чтобы получить раствор с рН = 5.2?

Сколько мл 0.1 М раствора гидроксида натрия надо добавить к 50 мл 0.15 М раствора дигидрофосфата натрия, чтобы получить раствор с рН = 7?

Сколько мл 0.5 М раствора нитрата аммония надо добавить к 10 мл 0.12 М раствора аммиака, чтобы получить раствор с рН = 9.2?

Сколько мл 0.5 М раствора гидроксида калия надо добавить к 50 мл 1 М раствора гидрофосфата калия, чтобы получить раствор с рН = 11?

Сколько г хлорида аммония надо добавить к 100 мл 1%-ного раствора аммиака, чтобы получить раствор с рН = 10.22?

Сколько мл 0.1 М раствора НС1 надо добавить к раствору, содержащему 1 г карбоната натрия в 250 мл воды, чтобы получить раствор с рН = 11?

Буферный раствор, состоящий из 0.400 М раствора уксусной кислоты и 0.150 М раствора ацетата натрия, имеет рН = 4.35. Вычислить буферную емкость этого раствора.

Вычислить число мл 2 М раствора уксусной кислоты и г CH₃COONaЧ2H₂O, необходимое для приготовления 250 мл буферного раствора с рН = 4.2 и р =0.4.

Сколько мл 2 М раствора СН₃СООН и 2 М раствора NaOH необходимо взять для приготовления буферного раствора с р = 0.3 и рН = 5.00? .

Сколько мл 2 М раствора аммиака и 2 М раствора хлороводородной кислоты необходимо взять для приготовления 250 мл буферного раствора с рН = 9.00 и р = 0.3?

Сколько г твердых солей К₂НРО₄-ЗН₂О и КН₂РО₄ взято для приготовления раствора, буферная емкость которого р = 0.5 и рН = 6.60?

Вычислить концентрации компонентов фосфатного буферного раствора, приготовленного из твердой соли К₂НРО₄ЧЗН₂О и хлороводородной кислоты, если буферная емкость р = 0.3 и рН = 7.