Вычисление соотношения концентраций кислоты и соли для получения буферной смеси с заданным значением рН

 


Задача 45.
Вычислите, в каком соотношении надо смешать ацетат натрия и уксусную кислоту, чтобы получить буферный раствор с рН = 5,00. 
Решение:
KD(CH3COOH) = 1,78 · 10–5.
Зная рН раствора можно рассчитать концентрацию ионов водорода Н+, получим:

рН = 5,00, [H+] = 10-5 = 10-5 · 0,00 = 1 · 10–5 моль/дм3

Для буферных растворов, образованных слабой кислотой и солью этой кислоты, [Н+] находят по формуле:

[H+] = КD · Ск/Сс = KD(CH3COOH) · CМ(CH3COOH)/CМ(CH3COONa)

Из этого выражения вычислим, в каком соотношении надо смешать ацетат натрия (CH3COONa) и уксусную кислоту (CH3COOН), чтобы получить буферный раствор с рН = 5,00, получим:

CМ(CH3COOH)/CМ(CH3COONa) = [H+]/KD(CH3COOH);
CМ(CH3COOH)/CМ(CH3COONa) = (1 · 10–5)/(1,78 · 10–5) = 1:1,8.

Таким образом, для получения буферного раствора с рН = 5 надо смешать CH3COOH и CH3COONa в отношении 1:1,8, т.е. на 1,0 частей CH3COOH надо взять 1,8 частей CH3COONa.
 


Задача 46.
Формиатный буферный раствор имеет рН = 5,50. Рассчитайте соотношение концентраций муравьиной кислоты и формиата натрия в этом растворе, если КD = 1,77 · 10–4.
Решение:
KD(НCOOH) = 1,77 · 10–4
рН = 5,50, [H+] = 10–5,50 = 10–6 · 0,50 = 3,16 · 10–6 моль/дм3 . Из формулы примера [H+] = КD . Ск/Сс следует: 

CМ(НCOOH)/CМ(НCOONa) = [H+]/KD(НCOOH);
CМ(НCOOH)/CМ(НCOONa) = (3,16 · 10–6)/(1,77 · 10–4) = 0,018.

Таким образом, для получения буферного раствора с рН = 5,5 надо смешать НCOOH и НCOONa в отношении 0,018:1 = 1:55,5, т.е. на 1 часть НCOOH нужно взять примерно 55,5 частей НCOONa.
 


Задача 47
Вычислите рН раствора, полученного смешенного 38 см3 6,2 Н. раствора уксусной кислоты и 2 см3 2,0 Н. раствора ацетата натрия.
Решение:
Получается буферный раствор - смесь слабой кислоты и ее соли (анионов слабой кислоты):

рН = рКа + lg[соли]/[кислоты])

СM = СН/z, где z - число эквивалентности.

Для кислоты число эквивалентности (z) равно основности, для соли - числу катионов или анионов, умноженному на заряд соответствующего иона.
Уксусная кислота - одноосновная, поэтому z = 1.
В формулеле ацетата натрия имеется по 1 иону с единичным зарядом, поэтому для ацетата натрия z = 1.
Соответственно, для уксусной кислоты и ацетата натрия СН = СМ.

При смешивании растворов получен буферный раствор объемом 40 см3 (38 + 2 = 40) = 0,04 дм3.

Так как С1V1 = C2V2;  CН(CH3COOH) . V(CH3COOH) = CН(CH3COONa) . V(CH3COONa)

отсюда:

CМ(CH3COONa) =  [CН(CH3COONa) . V(CH3COONa)]/V(буф.) = (6,2 . 0,038)/0,04 = 5,89 М;
CМ(CH3COOH) =  [CН(CH3COOH) . V(CH3COOH)]/V(буф.) = (2 . 0,002)/0,04 = 0,10 М.

СM(CH3COONa, буф.) =CН(CH3COOH) . V(CH3COOH)]/V(буф.) = 6,2 . 0,019 /0,02 = 5,89 М;
СM(CH3COOH, буф.) = CН(CH3COONa) . V(CH3COONa)/V(буф.) = 2 . 0,001 / 0,02 = 0,1 М.

рКа (CH3COOH) = 4,76; 
рН = 4,76 + lg(5,89/0,1) = 6,53.

Ответ: рН = 6,53.