Определение степени диссоциации кислот в буферных растворах

 

Задача 84. 
Как изменится рН и степень диссоциации СН3СООН в 0,1 М растворе, если к 100 см3 этого раствора прибавили 50 см3 0,3 М раствора СН3СООNа. 
Решение:
KD(CH3COOH) = 1,78 · 10–5;
СМ(CH3COOH) = 0,1 М;
СМ(CHCOONa) = 0,3 М;
V(CH3COOH) = 100 cм3 = 0,1 дм3;
V(CH3COONa) = 50 cм3 = 0,05 дм3;
рН1 = ?
рН2 = ?
α1 = ?
α2 = ?

1. Расчет рН и степени диссоциации СН3СООН в 0,1 М растворе до смешения с СН3СООNа 

CH3COOH – слабая кислота. Для слабых кислот [H+] вычисляется по формуле:

рн

рН1 = –lg[H+] = –lg1,334 · 10–3 = 3 – lg1,334 = 2,87.

Для расчета степени диссоциации кислоты будем использовать формулу: [H+] = СМ · α

Тогда

α1 = [H+]/CM(CH3COOH) = (1,334 · 10–3)/0,1 = 0,01334 или 1,334%.

2. Расчет рН и степени диссоциации раствора СН3СООН в 0,1 М растворе после смешения с СН3СООNа 

Объём раствора, полученного после сливания исходных растворов, равен 150 cм3 [V(p-pa) = 100 + 50 = 150 см3].

Рассчитаем молярность веществ в полученном растворе смеси, получим:

СM(СН3СООН) =  [СM(СН3СООН) · V(СН3СООН)]/V(p-pa) = (0,1 · 100)/150 = 0,0667 моль/дм3;
СM(СН3СООNa) = [СM(СН3СООNa) · V(СН3СООNa)]/V(p-pa) = (0,3 · 50)/150 = 0,1000 моль/дм3.

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

[H+] = Кк · (Ск/Cс);

Тогда

[H+] = KD(СН3СООН) ·[СM(СН3СООН)/СM(СН3СООNa)] = 1,78 · 10–5 . (0,0667/0,1000) = 1,2 · 10–5 моль/дм3

рН2 = –lg[H+]; pH = –lg1,2 · 10–5 = 5 – lg1,2  = 4,92.

Для расчета степени диссоциации кислоты будем использовать формулу: [H+] = СМ · α

Тогда

α2 = [H+]/CM(CH3COOH) = (1,2 · 10–5)/0,1 = 0,00012 или 0,012%. 


Ответ: рН1 = 2,87 и α1 = 1,334%; рН2 = 4,92 и α2 = 0,012%.
 


Задача 85. 
Вычислите концентрацию ионов Н+, ОН и рН раствора полученного смешением 15 см3 0,1 М раствора НСООН и 12 см3 0,2 М раствора НСООNа. 
Решение:
KD(НСООН) = 1,77 · 10–4;
СМ(НСООН) = 0,1 М;
V(НСООН) = 15 см3;
СМ(НСООNа) = 0,2 М;
V(НСООNа) = 12 см3;
pH = ?
[H+] = ?
[OH] = ?

Объём раствора, полученного после сливания исходных растворов, равен 27 cм3 [V(p-pa) = 15 + 12 = 27 см3].

Рассчитаем молярность веществ в полученном растворе смеси, получим:

СM(НСООН) =  [СM(НСООН) · V(СНСООН)]/V(p-pa) = (0,1 · 15)/27 = 0,056 моль/дм3;
СM(НСООNa) = [СM(НСООNa) · V(НСООNa)]/V(p-pa) = (0,2 · 12)/27 = 0,089 моль/дм3.

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

[H+] = Кк · (Ск/Cс);

Тогда

[H+] = KD(НСООН) ·[СM(НСООН)/СM(НСООNa)] = 1,77 · 10–4 . (0,056/0,089) = 1,2 · 10–4 моль/дм3

рН = –lg[H+]; pH = –lg1,2 · 10–4 = 4 – lg1,2 = 3,95.

Тогда

рН + рОН = 14;

рОН = 14 - рН = 14 - 3,95 = 10,05.

Отсюда

рОН = -lg[OH];
[OH] = 10-10,05 = 8,91 · 10 –11 моль/дм3.

Ответ: [Н+] = 1,12 · 10–4 моль/дм3;  [ОН] = 8,91 · 10 –11 моль/дм3; рН = 3,95. 
 


Задача 86. 
Вычислите рН раствора если к 2 дм3 воды прибавили НСООН и НСООК массой 23,00 и 21,00 г соответственно. 
Решение:
KD(НСООН) = 1,77 · 10-4
V(р-ра) = 2 дм3 = 2000 см3;
М(НСООН) = 46 г/моль;
М(НСООК) = 84 г/моль;
m(НСООН) = 23,00 г;
m(НСООК) = 21,00 г;
pH = ?

1. Рассчитаем молярность НСООН и НСООК

СМ(НСООН) = [m(НСООН) · 1000)/V(р-ра]/М(НСООН) = [23,00 · 1000)/2000]/46 = 0,25 М;
СМ(НСООК) = [m(НСООК) · 1000)/V(р-ра]/М(НСООК) = [21,00 · 1000)/2000]/84 = 0,125 М.

2. Расчет концентрации ионов водорода в буферной системе

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

[H+] = Кк · (Ск/Cс);

Тогда

[H+] = KD(НСООН) ·[СM(НСООН)/СM(НСООК)] = 1,77 · 10-4 · (0,25/0,125) = 3,54 · 10–4 моль/дм3.

3. Расчет рН буферного раствора

рН = –lg[H+]; pH = –lg3,54 · 10–4 = 4 – lg1,13  = 3,45.

Ответ: рН = 3,45.