Буферная ёмкость – мера устойчивости буферного раствора.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Буферная ёмкость – мера устойчивости буферного раствора.



Разные буферные растворы из области буферного действия не в равной мере эффективно противостоят изменению рН в результате добавок сильной кислоты или щёлочи. Мерой устойчивости буферного раствора к указанным выше внешним воздействиям является его буферная ёмкость.

Буферной ёмкостью раствора с заданным значением рН называется число молей эквивалентов сильной кислоты или щёлочи, которые нужно добавить к 1 дм3 данного буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу и обозначается:

по кислоте Вк , моль Н+ / дм3 буф. р-ра;

по щёлочи Вщ , моль ОН- / дм3 буф. р-ра.

Рассчитанную таким образом буферную емкость называют теоретической буферной емкостью.

Буферная ёмкостьраствора зависит как от исходного значения рН раствора, так и от абсолютных концентраций (количеств) кислоты и сопряжённого основания в нём. Заметим, что согласно уравнениям (6.1–6.3), величина рН буферного раствора определяется только отношением

и не зависит от абсолютных значений этих величин.

 

1) зависимость буферной ёмкости от рН представлена на рисунке, из которого видно, что наиболее устойчивы растворы со значением рН близким к рК сопряженной кислоты:

а) кислотный буфер:

б) основный буфер – форма зависимости сохраняется, а экстремум кривой приходится на значение рН = 14 - рКb.

2) увеличение абсолютных концентраций (количеств) компонентов буферного раствора с одним и тем же значением рН увеличивает их буферную ёмкость.

Если приготовить, например, три буферные системы, которые подчиняются приведённым ниже требованиям:

 

I   II   III
nкў < nкўў < nкўўў
nосн ў < nоснўў < nоснўўў

 

причём например ,

то согласно уравнению (2) эти растворы будут иметь одинаковые значения рН, но разную буферную ёмкость: Вў< ВІ< ВІў.

Экспериментальное определение буферной ёмкости связано с измерением рН буферного раствора на рН – метре до и после внесения добавки сильной кислоты или щёлочи к заданному объёму Vбуф.

а) для буферного раствора объёмом Vбуф. измеряют рН(нач), вносят добавку кислоты :

обычно вносят небольшой объём концентрированного раствора сильной кислоты, который практически не изменяет величину Vбуф, т.е. Vдоб << Vбуф; измеряют рН(кон.) и определяют

ЅDрН Ѕ= ЅрН(кон) - рН(нач)Ѕ.

Найденные величины подставляют в расчётную формулу:

(6.9)

б) аналогично определяют буферную ёмкость по щёлочи:

(6.10)

Расчет теоретической буферной ёмкости по кислоте для данного буферного раствора можно осуществить на основе уравнения (6.7), если положить в нём

pH(кон) = рН(нач) – 1,

и далее рассчитать величину добавки кислоты в количестве х моль, которая приведет к уменьшению рН на единицу в буферном растворе, содержащем первоначально nосн и nк моль сопряженных основания и кислоты, причем далее эта добавка пересчитывается на 1 дм3 буферного раствора:

где Vбуф, см3 – объём буферного раствора содержащего nосни nк моль сопряженных основания и кислоты.

Аналогично проводят расчёт буферной ёмкости по щёлочи с использованием уравнения (6.8), в котором полагают pH(кон.) = рН(нач.) + 1. Дальнейший расчёт аналогичен предыдущему.

 

ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАЧИ

1. Определить рН ацетатного буферного раствора, приготовленного путем смешивания 100 см3 раствора уксусной кислоты (НAс) с молярной концентрацией 0,1 моль/дм3 и 200 см3 раствора ацетата натрия (NaAc) с молярной концентрацией 0,2 моль/дм3. Как изменится рН при добавлении к нему 30 см3 0,2М раствора NaOH?

Решение:

а) Рассчитаем количество компонентов в буферном растворе:

 

nк(буф) (НАс) = 0,1 Ч 0,1 = 0,01 моль подставляем в уравнение Г-Х (5.1):
nосн(буф) (NaAc) = 0,2 Ч 0,2 = 0,04 моль

 

б) Рассчитаем число моль ионов ОН, - внесённых с добавкой щелочи:

n (ОН-) = c(NaOH) Ч Vдоб = 0,2 Ч 0,03 = 0,006 [моль]

В результате связывания ионов ОН- кислотой НАс происходит, изменение количеств сопряжённых кислоты и основания в буферном растворе:

nкў(НАс) = 0,01 – 0,006 = 0,004 моль подставляем в уравнение Г-Х (6.1):
nоснў(NaAc) = 0,04 + 0,006 = 0,046 моль

2. Необходимо приготовить буферный раствор с рН = 4,3. В распоряжении имеются муравьиная и угольная кислоты, гидроксид натрия. Какие вещества и в каких молярных соотношениях следует смешать для приготовления нужного раствора?

Решение:

а) Проведём анализ возможных буферных систем, которые можно приготовить на основе указанных в задаче веществ:

      область буферного действия
Формиатный буферный раствор HCOONa HCOOH рК = 3,75 Ю рН = от 2,75 до 4, 75
Гидрокарбонатный буфер   NaHCO3 H2CO3 рК1 = 6,37 Ю   рН = от 5,37 до 7,37  
Карбонатный буфер   NaHCO3 Na2CO3 рК2 =10,32 Ю   рН = от 9,32 до 11,32  

 

Величина рН заданного буферного раствора лежит в области буферного действия формиатного буферного раствора, поэтому для его приготовления необходимо взять муравьиную кислоту и гидроксид натрия.

б) Буферный раствор с заданным значением рН готовят методом частичной нейтрализации муравьиной кислоты гидроксидом натрия.

  HCOOH + NaOH ® HCOONa + H2O
начало nк > х      
окончание nкх     х    

 

где nк – количество кислоты в исходном растворе, х – количество добавленного NaOH, приводящее к формиатному буферному раствору с рН = 4,3. Дальнейший расчёт ведут по уравнению Г-Х (1):

Таким образом, для приготовления буферного раствора с рН = 4,3 количество муравьиной кислоты должно превышать необходимое количество гидроксида натрия в 1,28 раза.

Лабораторная работа №3



Последнее изменение этой страницы: 2016-12-27; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.227.235.216 (0.015 с.)