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:
K_D(CH₃COOH) = 1,78 · 10^–5;
С_М(CH₃COOH) = 0,1 М;
С_М(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:

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

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

Тогда

α₁ = [H⁺]/C_M(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:

С_M(СН₃СООН) =  [С_M(СН₃СООН) · V(СН₃СООН)]/V(p-pa) = (0,1 · 100)/150 = 0,0667 моль/дм³;
С_M(СН₃СООNa) = [С_M(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⁺] = K_D(СН₃СООН) ·[С_M(СН₃СООН)/С_M(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⁺] = С_М · α

Тогда

α₂ = [H⁺]/C_M(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:
K_D(НСООН) = 1,77 · 10^–4;
С_М(НСООН) = 0,1 М;
V(НСООН) = 15 см³;
С_М(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:

С_M(НСООН) =  [С_M(НСООН) · V(СНСООН)]/V(p-pa) = (0,1 · 15)/27 = 0,056 моль/дм³;
С_M(НСООNa) = [С_M(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⁺] = K_D(НСООН) ·[С_M(НСООН)/С_M(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:
K_D(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

С_М(НСООН) = [m(НСООН) · 1000)/V(р-ра]/М(НСООН) = [23,00 · 1000)/2000]/46 = 0,25 М;
С_М(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⁺] = K_D(НСООН) ·[С_M(НСООН)/С_M(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. 

---