Соль образована слабым основанием и сильной кислотой

Гидролизуется катион слабого основания:

.

В растворе появляются ионы Н⁺, поэтому среда кислая, рН<7.

Концентрация катионов водорода вычисляется по уравнению:

.

где С_i – моляльная концентрация гидролизующегося иона.

Если в реакции гидролиза участвует катион слабого растворимого основания, то для вычисления константы гидролиза используют константу диссоциации слабого основания. Например, для расчета константы гидролиза для - катиона слабого основания гидроксида аммония NH₄OH - по реакции

,

используют константу диссоциации гидроксида аммония.

Если в реакции гидролиза участвует катион нерастворимого гидроксида металла, то для вычисления константы гидролиза используют константу нестойкости гидроксокомплекса. Например, если в реакции гидролиза участвует катион меди (II) - катион слабого нерастворимого основания Cu(OH)₂, то реакции гидролиза по первой ступени соответствует уравнение реакции:

.

Для вычисления константы гидролиза используют значение константы нестойкости гидроксокомплекса .

Примеры решения задач

Пример 15. Вычислить рН раствора сульфата аммония концентрацией 3 % при 25°С; .

Решение. 1. Вычислить моляльную концентрацию сульфата аммония

2. Составить ионное уравнение гидролиза сульфата аммония:

3. Вычислить константу гидролиза

4. Вычислить концентрацию катионов водорода

5. Вычислить рН раствора

Пример 16. Вычислить рН раствора, содержащего массовую долю сульфата никеля (II) 6 %, плотностью 1,063 г/см³; константа нестойкости катиона гидроксоникеля 2,51·10^-5.

Решение. 1. Вычислить моляльную концентрацию сульфата никеля (II)

2. Составить ионное уравнение гидролиза сульфата никеля (II):

3. Вычислить константу гидролиза

4. Вычислить концентрацию катионов водорода

5. Вычислить рН раствора

Пример 17. Вычислить рН раствора гидрокарбоната калия концентрацией 63,2 г/л плотностью 1,0529 г/см³; для угольной кислоты , .

Решение. 1. Вычислить моляльную концентрацию гидрокарбоната калия. Для этого рассчитать массовую долю гидрокарбоната калия в растворе:

и вычислить моляльную концентрацию раствора:

.

2. Составить ионное уравнение гидролиза:

3. Вычислить константу гидролиза

4. Вычислить концентрацию гидроксил-ионов

5. Вычислить рН раствора

.

Пример 18. Вычислить рН раствора сульфита натрия концентрацией 6 %; для сернистой кислоты , .

Решение. 1. Вычислить моляльную концентрацию сульфита натрия:

.

2. Составить ионное уравнение гидролиза:

3. Вычислить константу гидролиза

4. Вычислить концентрацию гидроксил-ионов

5. Вычислить рН раствора

.

Задачи для решения

Вычислить рН раствора гидролизующейся соли

№	Вещество	dр-ра, г/см^3	Концентрация раствора	Kd
101.	(СН3СOO)2Ba	1,013	20,26 г/л	1,75·10^-5
102.	C6H5OK	1,010	0,153 экв./л	1,01·10^-10
103.	K2SO3	1,016	0,257 экв./л	6,20·10^-8
104.	CdSO4	1,018	0,098 моль/л	4,00·10^-3
105.	CoCl2	1,017	0,313 экв./л	4,00·10^-5
106.	CrCl3	1,017	0,385 экв./л	1,58·10^-8
107.	Cu(NO3)2	1,015	0,217 экв./л	1,00·10^-6
108.	CuCl2	1,017	0,302 экв./л	1,00·10^-6
109.	NH4NO3	1,006	0,252 моль/л	1,77·10^-5
110.	HCOOK	1,004	20,08 г/л	1,77·10^-4
111.	HCOONa	1,008	0,296 моль/л	1,77·10^-4
112.	Na3PO4	1,019	0,124 моль/л	1,26·10^-12
113.	K3PO4	1,014	20,28 г/л	1,26·10^-12
114.	K2S	1,017	0,370 экв./л	3,60·10^-12
115.	KNO2	1,011	0,238 моль/л	6,90·10^-4
116.	NH4Cl	1,005	0,251 моль/л	1,77·10^-5
117.	Na2S	1,017	0,261 моль/л	3,60·10^-12
118.	NaNO2	1,011	0,293 моль/л	6,90·10^-4
119.	ZnSO4	1,019	0,253 экв./л	2,00·10^-6
120.	Na2SО3	1,008	20,16 г/л	6,20·10^-8

 

Буферные растворы

Основные уравнения

Буферными называют растворы, способные поддерживать определенное значение рН при разбавлении, а также при добавлении некоторых количеств сильной кислоты или щелочи.

Различают следующие кислые и основные буферные растворы.

К кислым буферным растворам относятся:

1. Смесь слабой кислоты и ее соли, например, СН₃СООН + CH₃COONa.

2. Смесь средней и кислой соли или двух кислых солей слабой многоосновной кислоты, например,

Na₂CO₃ + NaHCO₃, Na₃PO₄ + NaHPO₄ или Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄.

рН таких раствора вычисляется по уравнению

,

- концентрация соли, моль/л; - концентрация кислоты, моль/л. В качестве соли в п. 2 принимают среднюю (Na₂CO₃, Na₃PO₄) или менее кислую (Na₂HPO₄) соль. В качестве кислоты принимают собственно кислоту или более кислую (NaH₂PO₄, NaHPO₄) соль.

- отрицательный логарифм константы диссоциации слабой кислоты. Номер константы диссоциации выбирается по составу буферного раствора. Например, для Na₂CO₃ + NaHCO₃ следует использовать угольной кислоты, а для Na₃PO₄ + NaHPO₄ - для фосфорной кислоты.

3. Кислые соли слабых многоосновных кислот, например, NaHCO₃:

Основной буферный раствор образован слабым основанием и его солью, например, NH₄OH + NH₄Cl. рН основного буферного раствора вычисляется по уравнению:

где - отрицательный логарифм константы диссоциации слабого основания; С_с и С_осн – концентрации соли и основания соответственно, моль/л.

Примеры решения задач

Пример 19. К 0,8 л 0,5 М раствора НСООН (K _d = 1,77×10^-4) добавили 0,2 л 0,4 М раствора NaOH. Вычислить рН образовавшегося формиатного буфера.

Решение. 1. Вычислить количество вещества НСООН и NaOH:

Объем буферного раствора V равен:

Определить количество вещества формиата натрия, образующегося по реакции:

NaOH + HCOOH = HCOONa + H₂O:

моль.

Найти молярную концентрацию формиата натрия в буферном растворе:

моль/л.

Найти остаточное количество вещества муравьиной кислоты:

и ее молярную концентрацию в буферном растворе

моль/л.

Определить рН буферного раствора

Пример 20. Вычислить рН ацетатного буферного раствора, полученного при смешивании 400 мл раствора с массовой долей уксусной кислоты () 4 % (плотность 1,004 г/см³) и 300 мл раствора гидроксида бария концентрацией 43 г/л.

Решение. 1. Рассчитать массу раствора уксусной кислоты

.

2. Рассчитать массу уксусной кислоты

.

3. Рассчитать количество вещества уксусной кислоты

.

4. Рассчитать массу гидроксида бария

.

5. Рассчитать количество вещества гидроксида бария

6. Составить уравнение реакции:

.

7. Из уравнения реакции следует, что и .

8. Составить баланс реакции (образование воды можно не учитывать):

Количество вещества
до реакции (ni)	0,0754	0,2677
реакция (nr)	0,0754	2·0,0754 = 0,1508	0,0754
после реакции (nk)		0,2677-0,1508=0,1169	0,0754

Образуется буферная смесь, состоящая из уксусной кислоты и ацетата бария.

10. Вычислить p K_d уксусной кислоты:

.

11. Вычислить рН буферного раствора по формуле:

Задачи для решения

121. Вычислить рН ацетатного буферного раствора, полученного при смешивании 200 мл раствора уксусной кислоты концентрацией 0,5 экв./л и 10 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 0,8 экв./л;

122. Вычислить рН аммиачно-хлоридного буферного раствора, полученного при смешивании 75 мл раствора с массовой долей гидроксида аммония 2 % плотностью 0,989 г/см³ и 25 мл раствора с массовой долей соляной кислоты 4 % плотностью 1,018 г/см³; .

123. Вычислить рН фосфатного буферного раствора, полученного при смешивании 15 м³ раствора с массовой долей ортофосфорной кислоты 5 % плотностью 1,026 г/см³ и раствора с массовой долей гидроксида натрия 2 % плотностью 1,020 г/см³; ; .

124. Вычислить рН аммиачно-сульфатного буферного раствора, полученного при смешивании 5 л раствора с массовой долей гидроксида аммония 5 % плотностью 0,977 г/см³ и 10 л раствора с массовой долей серной кислоты 3 % плотностью 1,019 г/см³; .

125. Вычислить рН фосфатного буферного раствора, состоящего из ортофосфорной кислоты и дигидроортофосфата натрия, полученного при смешивании 713 мл раствора с массовой долей ортофосфорной кислоты 6 % плотностью 1,031 г/см³ и 240 мл раствора с массовой долей гидроксида натрия 4 % плотностью 1,043 г/см³; ; .

126. Вычислить рН аммиачно-хлоридного буферного раствора, полученного при смешивании 10 л раствора гидроксида натрия концентрацией 8 г/л и 12,5 л раствора гидроксида аммония концентрацией 10,7 г/л; .

127. Вычислить рН аммиачно-хлоридного буферного раствора, полученного при смешивании 1 л раствора, содержащего массовую долю гидроксида аммония 10 % плотностью 0,957 г/см³ и 350 мл раствора, содержащего массовую долю соляной кислоты 10 % плотностью 1,048 г/см³;

128. Вычислить рН карбонатного буферного раствора, полученного при смешивании 500 мл раствора гидрокарбоната натрия концентрацией 10 г/л и 200 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 2 г/л; .

129. Вычислить рН гидрокарбонатного буферного раствора, полученного при смешивании 50 мл раствора гидрокарбоната натрия концентрацией 8,4 г/л и 35 мл раствора соляной кислоты концентрацией 4 г/л; .

130. Вычислить рН аммиачно-сульфатного буферного раствора, полученного при смешивании 500 мл раствора сульфата аммония концентрацией 26 г/л и 500 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 8 г/л; .

131. Вычислить рН фосфатного буферного раствора, полученного при смешивании 500 мл раствора с массовой долей ортофосфорной кислоты 4 % плотностью 1,020 г/см³ и 100 мл раствора с массовой долей гидроксида калия 5 % плотностью 1,040 г/см³; ; .

132. Вычислить рН карбонатного буферного раствора, полученного при смешивании 170 мл раствора гидрокарбоната натрия концентрацией 40 г/л и 30 мл раствора, содержащего массовую долю серной кислоты 6 % плотностью 1,038 г/см³; .

133. Вычислить рН аммиачно-сульфатного буферного раствора, полученного при смешивании 50 мл раствора, содержащего массовую долю гидроксида аммония 16 % плотностью 0,936 г/см³ и 70 мл раствора, содержащего массовую долю серной кислоты 10 % плотностью 1,066 г/см³; .

134. Вычислить рН карбонатного буферного раствора, полученного при смешивании 10 л гидрокарбоната калия концентрацией 2,15 г/л и 1,1 л раствора, содержащего массовую долю гидроксида калия 1 % плотностью 1,007 г/см³; .

135. Вычислить рН карбонатного буферного раствора, полученного при смешивании 5 л раствора гидрокарбоната натрия концентрацией 3,36 г/л и 97 мл раствора, содержащего массовую долю серной кислоты 2 % плотностью 1,012 г/см³; .

136. Вычислить рН фосфатного буферного раствора, полученного при смешивании 4 л раствора гидроортофосфата калия концентрацией 2,175 г/л и 1 л раствора гидроксида калия концентрацией 2,24 г/л; ; .

137. Вычислить рН фосфатного буферного раствора, полученного при смешивании 2 л раствора дигидроортофосфата калия концентрацией 3,4 г/л и 0,5 л раствора гидроксида калия концентрацией 4,48 г/л; ; .

138. Вычислить рН сульфитного буферного раствора, полученного при смешивании 2 л раствора сульфита натрия концентрацией 7,56 г/л и 36 мл раствора, содержащего массовую долю соляной кислоты 2 % плотностью 1,008 г/см³; .

139. Вычислить рН сульфитного буферного раствора, полученного при смешивании 5 л раствора гидросульфита натрия концентрацией 4,16 г/л и 350 мл раствора, содержащего массовую долю гидроксида натрия 2 % плотностью 1,020 г/см³; .

140. Вычислить рН сульфитного буферного раствора, полученного при смешивании 4 л раствора сернистой кислоты концентрацией 4,1 г/л и 700 мл раствора, содержащего массовую долю гидроксида натрия 1 % плотностью 1,009 г/см³; .