ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Буферные растворы из "Химическое разделение и измерение теория и практика аналитической химии" Б водных растворах слабые кислоты и основания диссоциированы неполностью. В результате концентрация ионов водорода соответственно всегда меньше исходной концентрации слабой кислоты или слабого основания. Расчет pH растворов слабой кислоты или слабого основания основан на знании констант равновесия (Ка или Кь) для реакции переноса протона между растворенным веществом и водой. Значения Ка и Кь для различных веществ приведены в Приложении 2. [c.109] Растворы слабых кислот. Рассмотрим несколько приемов расчета рН водных растворов монопротонной кислоты. Примерами такого типа соединений могут служить уксусная, муравьиная кислоты и ион аммония. [c.109] Пример 4-3. Рассчитать pH 0,100 Р раствора уксусной кислоты. [c.109] Существуют по крайней мере два способа решения этого уравнения относительно концентрации ионов водорода. Поскольку такое выражение является квадратным уравнением, можно использовать соответствующую формулу для его решения, из которой следует, что [Н+] = 1,32-10-3 М или рН=2,88. Однако можно использовать гораздо более простой способ решения предыдущего уравнения для [Н+]. [c.110] Однако, так как только вода является источником гидроксид-ионов в системе, и поскольку один ион водорода и один гидроксид-ион образуются из каждой молекулы воды, [Н+], образовавшаяся при ионизации воды, составляет всего 7,5-10-12 м. [c.111] Второй метод решения уравнения равновесия связан с применением метода последовательных приближений. Попытаемся использовать этот метод при расчете pH растворов муравьиной кислоты. [c.111] Пример 4-4. Рассчитать pH 0,0250 F раствора муравьиной кислоты. [c.111] что концентрацию ионов водорода трудно не принимать во внимание по сравнению с исходной концентрацией муравьиной кислоты, однако, вместо того чтобы отклонить этот подход и обратиться к формуле квадратного уравнения, мы продолжим. Большее приближение к концентрации муравьиной кислоты было бы, если значение [Н+] вычесть из исходной концентрации муравьиной кислоты, т. е. [c.112] Второе приближение к концентрации муравьиной кислоты (0,0229 Му, полученное по методу последовательных приближений, привело к логически выдержанным значениям концентраций ионов водорода и муравьиной кислоты. Другими словами, если предположить, что равновесная концентрация муравьиной кислоты 0,0229 М, рассчитанное значение [Н+] верно, так как, если вычитается концентрация ионов водорода, равная 0,00201 М, из концентрации исходной кислоты, равной 0,0250 М, результат (0,0230 М) согласуется с принятым значением для НСООН. Тем самым значение [Н+], равное 2,01может быть принято как практически точный результат, и, следовательно, в этом случае pH=2,70. [c.112] Пример 4-5. Рассчитать pH 0,100 Р раствора хлорида аммония. [c.113] Дополнительно к этому ион аммония является настолько слабой кислотой, что вполне можно принять, что его равновесная концентрация равна 0,100 М. [c.113] Растворы слабых оснований. Расчеты равновесных концентраций в растворах слабых оснований несколько отличаются от тех, что мы уже рассматривали. Пиридин и бензоат-ион в воде относятся к таким слабым основаниям по Бренстеду — Лоури. [c.113] В следующем примере мы рассмотрим случай очень слабого основания, присутствующего в малой концентрации. [c.115] Эти результаты не имеют реального смысла вообще. Если бы бензоат-анион отсутствовал, и мы имели чистую воду, то могли бы ожидать, что [ОН ] = 1,00 10- М и рН=7,00. Однако в растворе присутствует небольщая концентрация бензоат-иона и, хотя он очень слабое основание, но раствор все же должен иметь очень слабощелочную реакцию, а не кислую как показал нащ приближенный расчет. Соответственно этому, мы не можем игнорировать автопротолиз воды. [c.115] Таким образом только 0,14% от исходной концентрации бензоат-иона реагирует с водой с образованием бензойной кислоты, и наши расчеты заслуживают доверие. [c.116] Раствор, состоящий из слабой кислоты вместе со своим сопряженным основанием, называется буферным раствором, так как подобная система препятствует изменению pH при разбавлении (или концентрировании) раствора, а также при добавлении в него различных количеств кислоты или основания. К буферным растворам, например, относятся смеси уксусной кислоты и ацетата натрия, нитрата аммония и аммиака, хлорида пиридиния и пиридина, натриевых солей ди- и моногидрофосфатов, причем последняя является важнейшим буфером в крови человека. [c.116] Рассмотрим расчет pH только для двух типичных буферных растворов, и проанализируем более важные вопросы, касающиеся изменения pH буферных растворов при разбавлении или при добавлении других кислот и оснований. [c.116] Пример 4-9. Рассчитать pH раствора объемом 100 мл, содержащего 0,0100 моль нитрата аммония и 0,0200 моль аммиака. [c.117] Полученный результат необходимо тщательно интерпретировать. [c.119] Эффект добавления кислоты или основания. Предположим, что имеется точно 100 мл буферного раствора, концентрация которого 0,100 Р как по уксусной кислоте, так и по ацетату натрия. В примере 4-8 было найдено, что концентрация ионов водорода в таком растворе равна 1,75-10- Л1 и соответственно рН=4,76. [c.119] Вернуться к основной статье