Расчет рН и буферной емкости раствора

Расчет рН и буферной емкости раствора

Определение массы соли в буферном растворе

Задача 345.
Константа диссоциации гидроксида аммония равна 1,8•10-5. Определите массу хлорида аммония, которую необходимо добавить к 500 мл 0,1 М раствора гидроксида аммония, чтобы понизить концентрацию OH ионов в растворе в 50 раз.
Решение:
1. Рассчитаем концентрацию [ОН] в 0,1М растворе гидроксида аммония, получим:

[ОН] = √KD(NH4OH) . CM(NH4OH) = 1,8•10-5 . 0,1 = 1,34•10-3 моль/л.

2. Рассчитаем концентрацию [ОН-] после ее понижения в 50 раз, получим:

[ОН]буф. = (1,34•10-3)/50 = 2,68•10-5 моль/л.

3. Рассчитаем рН буферного раствора, получим:

рН = 14 -lg[ОН] = 14 — lg2,68•10-5 = 14 — 5 — lg2,68 = 9,43.

4. Рассчитаем массу хлорида аммония чтобы получить раствор с pН = 9,43, получим:

Для щелочной буферной смеси рН = 14 – рКb + lg(Cосн/Cсоли).
рКb(NH4ОН) = 4,75.

Тогда

Видео:Расчёты pH буферных растворов (видео 5) | Буферные растворы | ХимияСкачать

Расчёты pH буферных растворов (видео 5) |  Буферные растворы | Химия

lg(0,1/[NH4Cl]) = 9,43 – 14 + 4,75 = –0,18;
[NH4Cl] = 0,1/10–0,18 = 0,15 M.

Отсюда

m(NH4Cl) = n(NH4Cl)M(NH4Cl) = C(NH4Cl)V(р-ра)M(NH4Cl) = 0,15  0,5 . 53,5 = 4,0125 г.


Задача 346.
Аммиачный буферный раствор готовили следующим образом: в некотором объеме 0,50 М (NH3) растворяли определенную навеску NH4Cl и полученный раствор доводили водой до 1,00 литра. Какой должна быть масса навески NH4Cl и какой объем раствора NH3 следует взять, чтобы буферный раствор имел pH 9,25 и буферную ёмкость 0,10 (моль/литр.pH).
Решение:
Кw = 1 · 10–14;
M(NH4OH) = 35 г/моль;
M(NH4Cl) = 53,5 г/моль;
СМ(NH3) = 0,50 М;
V(б.р.) = 1000 мл;
КD(NH4OH) = 1,76 · 10–5;
pH(б.р.) = 9,25;
V(NH3)(p-pa) = ?
m(NH4Cl) = ?

1. Рассчитаем концентрацию раствоа хлорида аммония по формуле вычисления буферной емкости:

Восн. =  2,303[(C(B) . C(BH+)]/[(C(B) + C(BH+)], где

Восн. — буферная емкость;
C(B) и C(BH+) — концентрации слабого основания и его соли соответственно.

Обозначим концентрвцию NH4Cl за «х«, C(BH+) = х.

Тогда

Восн. =  2,303[C(B) . C(BH+)]/[C(B) + C(BH+)] = 0,1 = 2,303[(0,5 . х]/[(0,5 + х];
2,303(0,5 . х) = О,1(0,5 + х);
1,1515х = 0,05 + 0,1х;
1,0515х = 0,05;
х = 0,048, C(BH+) = 0,048 М.

2. Рассчитаем концентрацию ионов водорода и теоретическую рН в буферном растворе по формуле:

[H+] = [Кw . C(BH+)]/[КD(осн) . C(B)] где

Видео:Буферные растворы. 1 часть. 11 класс.Скачать

Буферные растворы. 1 часть. 11 класс.

Кw — ионное произведение воды (Kw = 10–14 при 25 °С);
КD(осн) — константа диссоциации слабого основания;
C(B) и C(BH+) — концентрации слабого основания и его соли соответственно.

Тогда

[H+] = [Кw . C(BH+)]/[КD(осн) · C(B)] = [(1 . 10–14) · 0,048)]/[(1,76 . 10–5) · 0,5] = 5,45 . 10-11 моль/л. Далее рассчитывают 
рН(теорет.) = –lg[Н+] = –lg5,45 . 10-11 = 11 — lg5,45 = 11 — 0,74 = 10,26.

3. Рассчитаем объем р-ра NH3, который следует взять для приготовления буферного раствора с рН 9,25, по формуле:

Восн. = [CН(В) . V(B)]/[∆pH . V(б.р.)], где

CН(В) — концентрация слабого основания;
V(B) — объем раствора слабого основания.

∆pH — изменение рН раствора при приготовлении буферной системы [∆pH = рН(теорет.) — pH(б.р.) = 10,26 — 9,25 = 1,01].

Тогда

Восн. = [CН(В) · V(B)]/[∆pH · V(б.р.)];
V(B) = Восн. [∆pH · V(б.р.)]/CН(В) = (0,1 · 1,01 . 1000)/0,5 = 202 мл, V(NH3)(p-pa) = 202 ≈ 200 мл.

4. Рассчитаем массу навески NH4Cl, необходимую для приготовления буферного раствора с рН 9,25, получим:

m(NH4Cl) = М(NH4Cl) · СМ(NH4Cl) = 53,5 . 0,048 = 2,568 ≈ 2,6 г.

Видео:Буферная ёмкость (видео 7) | Буферные растворы | ХимияСкачать

Буферная ёмкость  (видео 7) | Буферные растворы | Химия

Ответ: V(NH3)(p-pa) = 200 мл; m(NH4Cl) = 2,6 г.  


Расчет буферной емкости раствора

Задача 347.
Для получения карбонатного буферного раствора к 50 мл раствора NaHCO3 (4,20  г/л) прибавили 0,10 М  NaOH и разбавили водой до 100 мл. Какой объем раствора гидроксида натрия следует взять, чтобы получить буферный раствор, имеющий рН = 10,5? Чему равна буферная емкость полученного раствора? (рКa (II ступень) = 10,32).
Решение:
Кw = 1 · 10–14;
M(NaHCO3) = 84,0066 г/моль;
M(NaOH) = 40 г/моль;
m(NaHCO3) = 4,20 г/л;
Vp-p(NaHCO3) = 50 мл;
См(NaOH) = 0,10 М;
V(б.р.) = 100 мл;
рКa (II ступень) = 10,32;
pH(б.р.) = 10,5;
1. Рассчитаем СМ(NaHCO3), получим:

m(NaHCO3)/M(NaOH) = 4,20/40 = 0,105 М.

2. Рассчитаем буферную емкость раствора, получим:

Восн. =  2,303[(C(B) . C(BH+)]/[(C(B) + C(BH+)], где

Восн. — буферная емкость;
C(B) и C(BH+) — концентрации слабого основания и его соли соответственно.

Тогда

Восн. =  2,303[(C(B) . C(BH+)]/[(C(B) + C(BH+)] = (0,1 . 0,105)/(0,1 + 0,105) = 0,051.

3. Рассчитаем концентрацию ионов водорода и теоретическую рН в буферном растворе по формуле:

[H+] = [Кw . C(BH+)]/[КD(осн) . C(B)],  где

Кw — ионное произведение воды (KW = 10–14 при 25 °С);
КD(осн) — константа диссоциации слабого основания;
C(B) и C(BH+) — концентрации слабого основания и его соли соответственно.

Видео:Буферные растворы. Практическая часть. 11 класс.Скачать

Буферные растворы. Практическая часть.  11 класс.

Тогда

[H+] = [Кw . C(BH+)]/[КD(осн) . C(B)] = [(1 .10–14) . 0,048)]/[(1,76 . 10–5) · 0,5] = 5,45 . 10-11 моль/л.

Отсюда

рН(теорет.) = –lg[Н+] = –lg5,45 . 10-11 = 11 — lg5,45 = 11 — 0,74 = 10,26.


Как рассчитать рН буферного раствора

Задача 348.
Рассчитайте рН аммиачной буферной смеси содержащей 10 мл 0,1 Н раствора NН4ОН и 5 мл 0,01 Н NН4CI. КD(NН4ОН) = 1,8 . 10-5.
Решение:
KD(NH4OH) = 1,8 . 10-5;
CНисх.(NH4OH) = 0,1 н;
CНисх.(NH4Cl) = 0,01 н;
V(NH4OH) = 10 мл = 0,01 л;
V(NH4Cl) = 5 мл = 0,005 л;
рН = ?
Рассчитаем общий объем буферной смеси:

Vб.р. = V(NH4OH) + V(NH4Cl) = 0,01 + 0,005 = 0,015 л.

Рассчитаем концентрации NН4ОН и NН4CI в буферной смеси, полученной путем смешения растворов гидроксида аммония и хлорида аммония:

CН((NH4OH) = [CНисх.(NH4OH) . V(NH4OH)]/Vб.р. = (0,1 .  0,01)/0,015 = 0,0125 Н = 1,25 . 10-2 Н;
CН(NH4Cl) = [CНисх.(NH4Cl) . V((NH4Cl)]/Vб.р. = (0,01 . 0,005)/0,015 = 0,000625 Н = 6,25 . 10-4 Н.

Для буферного раствора, состоящего из слабого основания и сопряженной ему кислоты, концентрацию ионов водорода вычисляют по формуле:

[H+] = [Kw . CН(соль)]/[KD(осн.) . СН(осн.)], где

Kw — константа диссоциации воды, 10^-14;
KD(осн.) — константа диссоциации основания;
СН(осн.) и CН(соль) – концентрации слабого основания и его соли соответственно.

Видео:Буферные системы, ацидоз и алкалоз, ур-ие Гендерсона-Гассельбаха (Атриум и Учим химию)Скачать

Буферные системы, ацидоз и алкалоз, ур-ие Гендерсона-Гассельбаха (Атриум и Учим химию)

Тогда

[H+] = [Kw . CН(NH4Cl)]/[KD(NH4OH) . СН(NH4OH)] = (10-14 . 6,25 .10-4)/(1,8 . 10-5  .  1,25 . 10-2) = 2,78 . 10-11 моль/л.

Рассчитаем рН буферной системы:

рН = -lg[H+] = -lg2,78 . 10-11 = 11 — lg2,78 = 11 — 0,44 = 10,56.

Ответ: рН = 10,56.


Задача 349.
Рассчитать рН ацетатной буферной смеси, состоящей из 50 мл 1 М раствора СН3СООН и 150 мл 1 М раствора СН3СООNa. КD(СН3СООН) = 1,75.10-5.
Решение:
KD(СН3СООН) = 1,75.10-5;
CНисх.(СН3СООН) = 1 Н;
CНисх.(СН3СООNa) = 1 Н;
V(СН3СООН) = 50 мл = 0,05 л;
V(СН3СООNa) = 150 мл = 0,15 л;
рН = ?
Рассчитаем концентрации СН3СООН и NН4CI в буферной смеси, полученной путем смешения растворов гидроксида аммония и хлорида аммония:

CМ(СН3СООН) = [CМисх.(СН3СООН) . V(СН3СООН)]/Vб.р. = (1 . 0,05) = 0,05 моль;
CМ(СН3СООNa) = [CМисх.(СН3СООNa) . V(СН3СООNa)]/Vб.р. = (1 . 0,15) = 0,15 моль.  

Общий объем буферной системы можно не считать, так как оба компонента находятся в одном объеме.
Для буферного раствора, состоящего из слабой кислоты и сопряженной ей основания, концентрацию ионов водорода вычисляют по формуле:

[H+] = [КD(НА) . CМ(НА)]/CМ(А), где

КD(НА) — константа диссоциации кислоты; CМ(НА) — концентрация кислоты; CМ(А) — концентрация соли.
Преобразуем формулу для расчета концентрации ионов водорода в буферном растворе, состоящем из раствора уксусной кислоты и ацетата натрия: 

[H+] = [КD(СН3СООН) . CМ(СН3СООН)/CМ(СН3СООNa) = (1,75.10-5 . 0,05)/0,15 = 5,8.10-6 моль/л; 
pH = -lg[H+] = -lg5,8.10-6 = 6 — 0,76 = 5,24.

Видео:pH и буферные растворы | Медицинская химия | МедвузаСкачать

pH и буферные растворы | Медицинская химия | Медвуза

Для кислотного буферного раствора рН можно рассчитать и так, по формуле Гендерсона-Хассельбаха:

pH = рКа — lg (Cкисл / Cсоли), где pKa = -lgKa;
pH = рК(СН3СООН) — lg(СН3СООН)/(СН3СООNa);
рК(СН3СООН) = -lgКD(СН3СООН) = -lg1,75.10-5 = 4,76.

Тогда

pH = 4,76 — lg(0,05)/(0,15) = 4,76 — 0,52 = 5,24

Ответ: рН = 5,24.


💥 Видео

Примеры решения задач на водородный показатель pH растворов. 11 класс.Скачать

Примеры решения задач на водородный показатель pH растворов. 11 класс.

Расчет рН растворов сильных и слабых кислот. Химия для поступающих.Скачать

Расчет рН растворов сильных и слабых кислот. Химия для поступающих.

Буферные растворы. 2 часть. 11 класс.Скачать

Буферные растворы. 2 часть. 11 класс.

Расчет рН растворов сильных и слабых оснований. Химия для поступающих.Скачать

Расчет рН растворов сильных и слабых оснований. Химия для поступающих.

Введение в буферные растворы (видео 1) | Буферные растворы | ХимияСкачать

Введение в буферные растворы (видео 1) | Буферные растворы | Химия

Буферные системы. рНСкачать

Буферные системы. рН

Вывод формулы для расчета pH буферного раствораСкачать

Вывод формулы для расчета pH буферного раствора

Нормальная физиология | Регуляция кислотно-основного состояния крови. Буферные системы кровиСкачать

Нормальная физиология | Регуляция кислотно-основного состояния крови. Буферные системы крови

Примеры решения задач на водородный показатель pH растворов. 11 класс.Скачать

Примеры решения задач на водородный показатель pH растворов. 11 класс.

Связь pH и pKa для буферных растворов (видео 6) | Буферные растворы | ХимияСкачать

Связь pH и pKa для буферных растворов (видео 6) | Буферные растворы | Химия

Буферные растворыСкачать

Буферные растворы

Определение рН потенциометрическим методомСкачать

Определение рН потенциометрическим методом

pH раствора солиСкачать

pH раствора соли
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии