Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитайте концентрации ионов Н⁺ и ОН^– в 0,01 М растворе КОН.

2. Раствор Ва(ОН)₂ имеет рН = 11,00. Определите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента гидроксида бария.

3. Вычислите рН 0,01 М раствора уксусной кислоты, если константа ее диссоциации равна 1,75 · 10^–5.

4. Вычислите рН 0,01 М раствора уксусной кислоты, если степень ее диссоциации равна 4,00 %.

5. В растворе какой кислоты при одинаковой молярной концентрации, равной 0,10 моль/л, степень диссоциации кислоты наименьшая:

а). HNO₂;   b). HClO;   c). HCN?

6. Рассчитайте ионную силу раствора, в одном литре которого присутствуют 0,01 моль катионов натрия и 0,005 моль сульфат-анионов.

7. Рассчитайте ионную силу раствора, в одном литре которого растворено 11,10 г CaCl₂.

8. Раствор гидроксида калия разбавили водой до изменения рН раствора на 1. Во сколько раз разбавили этот раствор?

9. Рассчитайте [H⁺] в растворе, если рН равно: 3,70; 11,60.

10. Рассчитайте рН следующих растворов: 0,10М HCl; 0,10М Н₃ВО₃; 0,10М NH₃∙H₂O

11. Рассчитайте молярную концентрацию муравьиной кислоты, если степень диссоциации 0,05 %.

12. В 0,05М растворе циановодородной кислоты степень диссоциации равна 1,26 · 10^–4. При какой концентрации кислоты степень ее диссоциации увеличится в 5 раз?

13. Вычислите равновесные концентрации всех продуктов диссоциации по ступеням в 0,01М растворе фосфорной кислоты.

14. Какая масса НСООН содержится в 0,30 л раствора этой кислоты, имеющей рН = 4,00?

15. Чему равна константа диссоциации кислоты, если рН 0,080М раствора кислоты равен 2,40?

16. Вычислите рН раствора, в 0,40 л которого содержится 0,40 моль аммиака.

17. Рассчитайте молярную концентрацию фосфорной кислоты в растворе с рН = 2,70.

18. Вычислите рН 0,05М раствора азотной кислоты.

19. Рассчитайте ионную силу раствора и рН в растворе следующего состава: 0,20М H₂SO₄ и 0,10М K₂SO₄.

20. Рассчитайте ионную силу, активность иона ОН^– и рН в растворе содержащего 0,05М Ва(ОН)₂ и 0,10М КСl.

21. Рассчитайте рН 0,30М раствора серной кислоты с учетом ионной силы раствора.

22. Рассчитайте, как изменится рН 0,50М раствора КОН при введении в него 0,50 моль/л KCl.

23. Раствор содержит 500 г воды; 0,25 моль сульфата натрия и 0,30 гидроксида натрия. Определите рН этого раствора.

24. Раствор содержит 0,98 г серной кислоты; 0,12 г хлорида натрия и 0,29 г сульфата натрия в 100 г воды. Вычислите рН этого раствора.

25. Рассчитайте рН раствора, полученного при сливании 50 мл 0,05М раствора серной кислоты и 50 мл 0,08М раствора гидроксида натрия.

26. Определите рН полученного раствора, если к 200 мл 1,00 % КОН прибавить 10 мл 8,00 % раствора азотной кислоты (плотность 1,04 г/мл).

27. Вычислите рН раствора, полученного при сливании 200 мл 0,01М Ва(ОН)₂ и 5,00 мл 2,00 % раствора серной кислоты (плотность 1,01 г/мл).

 

Буферные растворы, механизм действия

В большинстве случаев для проведения химического анализа необходимо поддерживать постоянство рН растворов. Свойство растворов сохранять постоянное значение рН при добавлении к ним небольших количеств сильного основания или сильной кислоты, а также при разбавлении называется буферным действием.

Растворы, оказывающие буферное действие, называют буферными растворами или буферными системами.

Как правило, буферные растворы представляют собой смеси веществ, содержащих одноименные ионы:

— смесь слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием;

— смесь слабого основания и его соли, образованной сильной кислотой.

— смесь кислых солей разной основности;

— смесь средней и кислой соли слабой кислоты.

 

Примеры буферных систем приведены в таблице:

 

Название буферной системы	Отношение компонентов 1:1	рН
Формиатная	НСООН + НСООNa	3,80
Ацетатная	CH3COOH + CH3COONa	4,80
Фосфатная	NaH2PO4 + Na2HPO4	6,60
Аммиачная	NH3H2O + NH4Cl	9,20
Карбонатная	NaHCO3 + Na2CO3	9,90

 

Как видно из таблицы, буферные системы могут быть основные и кислотные.

2.1 Механизм действия буферной системы

Рассмотрим механизм действия буферной системы на примере ацетатного буферного раствора.

Данная буферная система представлена уксусной кислотой и ацетатом натрия.

Слабая кислота диссоциирует:

CH₃COOH + H₂O ↔ CH₃COO^– + Н₃О⁺.

Соль диссоциирует:

CH₃COONa → CH₃COO^– + Na⁺.

При добавлении к данному раствору сильного электролита (например, соляной кислоты) увеличивается концентрация ионов гидроксония (кислоты Бренстеда). Кислота Бренстеда (Н₃О⁺) взаимодействует с ацетат ионами (основанием Бренстеда):

CH₃COO^– + Н₃О⁺ Û CH₃COOH + H₂O.

Таким образом, сильная кислота HCl, которая является источником катионов водорода в растворе, замещается на эквивалентное количество слабой кислоты CH₃COOH. Незначительное увеличение в растворе концентрации слабой кислоты не приводит к ощутимому изменению рН.

В молекулярной форме этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:

CH₃COONa + HCl → CH₃COOH + NaCl.

При добавлении к раствору сильного электролита (например, гидроксида натрия) гидроксид-ионы (основание Бренстеда) взаимодействуют с уксусной кислотой (кислота Бренстеда):

ОН^– + CH₃COOH ↔ CH₃COO^– + H₂O.

Как следует из уравнения, сильное основание ОН^– замещается эквивалентным количеством слабого основания CH₃COO^–.

NaOH + CH₃COOH ↔ CH₃COONa + H₂O.

Таким образом, компоненты буферного раствора, являясь кислотами и основаниями, в результате реакций с сильными кислотами или основаниями переводят их в эквивалентное количество слабых кислот и оснований. Это позволяет сохранить практически в неизмененном виде значение рН водного раствора.