С.К. Пискарёва - Аналитическая химия (1110124), страница 25
Текст из файла (страница 25)
10' 10' 10' Н+), 'ж, /л'......".........."...'."...'...". 10-- !О- * Ю-* рН .............................................. !3 !2 Н Пример 5. Чему равен рН 0,5 м расцюра»цаон? Из условия [Он )»5.10 з моль/л, ъогда рОН= — 185 1О з» вЂ” (0,7-2) 30, рН= !4 — 1,30»12,70. Пример 6. Чему равна концентрация гндроксиднык ионов в распюре,' если рН раствора равен 8? Известно, по рН= — !8[И+); рН»8; [Н')»1О е моль/л; [ОН )» »1О' '4/!О "=Ю * моль/л. Слабые кислоты.
Из уравнения диссоциация кислоты следует: НАпс0Н++Ап Н+ и Ап -ионы образуются в равных количествах, и их концентрации будут равны: [Н')»[А 7). Если раствор мало разбавлен, то почти вся присутствующая кислота находится в виде недиссоциированных молекул. Следовательно, можно принять, что [НАп)»с,„. По закону действующих масс [Н+)[Ап ) (11) [НАп) так как [Н+)»[Ап 1, то отсюда »[Н')'/с [Н+)» /~„„„с (12) Чтобы от [Н+) перейти к рН раствора, прологарифмируем уравнение (12) и переменим знаки у -логарифмов на обратные: -18[Н+)» — 18К, — )яс ! 1 2 2 (13) Обозначим — 1йКка через рК, который называют силовым локазателем кислоты. Уравнение (13) перепишем в следующем виде: рН»~ /зрК вЂ” 1/218с„„ (14) Пример 7. Вычислить рН 0,1 м раствора муравьиной кислоты НСООН. Находим рК кислоты:, рКрсюн»3,74, рн=0/0.3„74 — '/к!80,1»1,87+0,5»237.
Прамер 8. Вычислить (Н 1 и рн 0,1 м раствора СНзСООН, если К »1,74. !О з, Запишем уравнение диссоциацин СНзСООН 1 — Н +СНзСОО 1О 0! Й, 0,,; = 0.10.1 10 =!1010 рН 18(1 36. 10 — з) ( 3+О 13) 2 87 110 Слабые гидроксилы (анилин, )ЧН4ОН и др.). Из уравнения ди оциации слабого гндроксиДа )ЧН4ОН следует. )ЧН,ОН ?4Н,'+ОН- кон(»ентрации МН4- и ОН -ионов равны между собой: [НН:) = [ОН-). В разбавленном растворе гидроксид находится в недиссоциированном состоянии.
Следовательно, [ХН4ОН)»с,. По закону действующих масс [?4Н;) [ОН-) [1ЧН,ОН) ' отсюда К,» —, [ОН ]»з/К,с„ [ОН)' с, 10 ' [ОН )» —. [Н )* (16) отсюда Пример 9. Вычвслнть [Н ) и рН в 0,0! М растворе ?4Н4ОН. [МН4~)=[ОН )»х; [ОН )» /К,с„' К,»1,8.10 3; с,»0,01»10 з моль/л; хх К,с,»1,8 10 4.10 з»1,8 !О ', [ОН )» /1,8 !О т»4,22 1О 4 моль/л; 1О '4 [Н+) м2,36. 1О " моль/л; 4,22 10 4 рН=!1 — 0„38» 10,62. 8 3.
БУФеРные РАстВОРы Буферные системы являются растворами смесей слабой кислоты с ее солью или слабого основания с его солью, которые регулируют концентрацию Н4-ионов, уменьшая влияния всевозможных фак»оров, изменяющих рН раствора. Такие системы называют буферными растворами или регуляП1 [Н') »,/К ., (17) 10 44 [Н+)» —. (18) /К,с„ Если прологарифмируем зто выражение и изменим знаки у логарифмов на обратные, то получим РН» 14- ~/зРК + ~/0 1Ь0с,.
(19) торами. Примерами могут бытгп СНзСООН+СНзСОО а, [ '(Н еОН + ) '(Н 4С1. ! Буферным действием обладают также растворы силы(ы кислот и оснований, если концентрация их достаточно вели однако механизм буферного действия совершенно другой. Что заметно изменить рН распюра смесей сильных кислот и нований, необходимо значительно увеличить концентрации к лспы и щелочи, иначе изменения рН раствора не произойд Например, если к 1 л 0,1 М раствора Н!з)Оз прибавить 0 моль щелочи, то концентрация ионов Н понизится до 0,1 0,01=0,09 моль/л. При этом рН раствора повысится с 1 до 1,0 Рассмотрим механизм дейсзвия буферных растворов. Е к раствору смеси СНзСООН и СНзСООХа, содержащему О,! моль этих веществ в 1 л, прибавить 0,01 моль НС1, сильного изменения концентрации ионов Н+ в растворе произонцет. Если прибавить в воду (рН7) столько же кислот рН раствора изменится от 7 до 2, так как [Нз 1 станет рани 10 моль/л.
В ацетатном растворе ионы Н кислоты связы ются с СН СОО -ионами соли в неионизированные молеку СНзСООН, поэтому [Н'1 почти не меняется. Если к буферному раствору СН,СООН+ СН,СОО + )Х прибавить НС! (НС1- Н +С! ), то в результате реакции о разуются !з(аС! и СНзСООН. Экспериментальные данные показ вают, что РН раствора изменится с 4,72 до 4,67. Такое явление будет наблюдаться и в случае прибавления к апетатн смеси щелочи.
Если при растворении в 1 л воды 0,01 моль гидроксид натрия рН раствора повысится с 7 до 12, то в присутств .ацетатной смеси гидроксидиые ионы щелочи будут связыватьс с ионами Н кислоты и образовывать воду. Опытные данн показывают, что рН в этом случае повысится с 4,74 до 4, При разбавлении ацетатного раствора водой увеличивается ди социация кислоты, и РН раствора также мало изменяется. Следовательно, одновременное присутствие в растворе слаб кислоты и ее соли, или слабого основания и его соли регулиру в нем концентрацию Н+- и ОН -ионов и уменьшает влиян различных факторов. Наиболее распространенные буферные растворь1, применяемые в качественном анализе: 1М СНзСООН+1М СНзСООХа — анезатный буфер, рН 474 1М ХН зон+ 1М ХН4С! — аммоннйный буфер, рНаз 9,20 1М Ханзроз+1М Хазнроз — фоефатный буфер, РНззб,б0 1М НСООН+1М НСООХнз — -формиатный буфер, рн3,00 .
0,05М Хансоз+0,05М ХазСОз — карбонатный буфер, рНза9,93 Соли фосфатного буферного раствора диссоциируют по сле- 112 (21) с — )й [н'1= — )йк — 10 —, с с рН=рК „,— 10— (23) с„ Концентрация ионов Н+ зависит не только от концентрации кислоты и ее константы диссоциации, но и от концентрации ее соли. Чем больше концентрация ее соли, тем меньше [Н') в таких растворах. Следовательно, [Н+1 в подобных растворах зависит не от абсолютных количеств, а от соотношения концентрации кислоты и ее соли.
При разбавлении водой буферных растворов концентрация водородных ионов в них почти не изменяется. 113 д щим уравнениям: Ха,НРО~ 2Ха++НР01 ХанзрознзХа'+ НзРОТ При прибавлении к такому раствору Н+- или ОН -ионов протекают реакции: НРО1 +Н ~НзРОз Нзро, +ОН ззнзо+НРОз~ При г[рибавлении к карбонатному буферу Н+- нли ОН -ионов протекают следующие реакции: НСОз 1 ОН з~нзО+СОз СО, +Нз НСО Вычисление [Н+[ и рН в буферных растворах слабых кззслот и их солей. Зная константу диссоциации слабой кислоты, нетрудно вычислить рН буферного раствора. Диссоциация уксусной кислоты протекает по уравнению СнзСООНМН'+СнзСОО [н "1[сн,соо 1 [С Н 3СООНз К„„[СН зСООН1 [сн соо") Уксусная кисло.га почти вся не диссоцинрована, поэтому [СНзСООН)=сан Пренебрегая малым количеством (СНзСОО ), которое может быть получено при диссоциации кислоты, можно считать [СНзСОО ) равной концентрации соли, которая диссоциирует полностью.
Тогда (22) с „„ Логарифмируя уравнение и переменив знаки у логарифмов на обратные, получим: Вычислим [Н'] и рН ацетатного буферного раствора н. по уксусной кислоте и 0,01 н. по ацетату натрия: [н')- '-, к „=1,в.ю-'1 с '1 8-10 а 1О а [н')= ' =1,в.ю-', !0-2 рн= — !В(1,8 10 )=5 — !81,8=5 — 0,26=4,74. При 0,1 н. ко!щентрации этой же кислоты и соли и те же результаты: 1,8.10 а.10 ' [Н+) ' =1,8 10" а; рН 4,74. ю-' Рассмотрим, что происходит с буферным раствором при введении сильных кислот или оснований.
Предположим, что в 50 мл ацетатного буферного раствора 0,1 М по СНЭСООН и 0,1 М по СНЭСООХа вводят 1 мп 0,1 н. раствора хлороцодородной кислоты. В растворе протекает реакция СН,СОО!Ча+НП СН,СООН-~-МаС1 Данная реакция идет в сторону образования малодиссоциированных молекул СНЭСООН. В этом случае объем уксусной кислоты возрастает на 1 мл и будет равняться 51 мл, а концентрация соли уменьшится, так как будет находиться в объеме 49 мл в связи с тем, что эквивалентное количество НС1 соединилось с эквивалентным количеством СНаСООН. В формулу [н']='""'" """ подставляем концентрации кислоты и соли, полученные после прибавления сильной кислоты к буферному раствору: 51 [н']= —.1,8 !о-'=1,041 1,8 ю-', 49 рН= — !8[1,04! "1,8 Ю )=4?2. При введении сильной кислоты в буферный раствор с рН 4,74 почти не наблюдается изменение рН.
Как же будет изменяться рН, если к 50 мл воды прибавить 1 мл О,! М раствора хлороводородной кислоты? Концентрация кислоты станет в 50 раз меньше 0,1 моль,'л, т. е. получится 0,002 М раствор. Кислота диссоциирует практически полностью, а поэтому считаем [Н')=0,002 моль/л. Таким образом, рН= — 180002= — 182.10 ~=3 — 030=270. 114 отсюда [Он-) =к. [)Ч НФОН) [и н 4 ) 12а! Рассуждаем так же, как и в случае аце!атного буферного раствора. Так как слабое основание почти не диссоциировано, то [1!Н4ОН1=с,. Пренебрегая малым количеством ионов ХН44, образующихся при диссоциации основания, можно считать, что [ХНа~=с, .
Тогда [Он-) =к.— ". с.. „ Зная, что [ОН ]=!О '4/[Н+], получаем !О'~ с —,=к.—, [Н+) с откуда 1О-"с [н) ю '-.; кс, (26) рн = -!8[я') = м-рк.+!в — '. (27) с Фав промер. Вычналнгь рН основного 0,1 М буферного раствора по ХнаОН н 0,1 М по ХНаСИ к.-1,8-10-'; рк.=4,74; 1О-"с, ' !а-".О,! [Н+)= '= ' =0,56. 10 а моль)л; К,с, 1,8 10 а.о„! с„ О,1 рН = 14-рК,+18 — "=!4 — 4,74+18 — *=9,25. о,! 115 Следовательно, рН понижается на 4,30 единицы против рН воды, равного 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
