Какой объем аммиака надо пропустить через 500 см3 раствора аммиака
Задача 20
Вычислить рН раствора, содержащего 0,05 моль/л аммиака и 0,02 моль/л хлорида аммония.
Решение:
При смешении слабого основания с его солью получается щелочная буферная смесь.
Для щелочной буферной смеси рН = 14 – рКb + lg(Cосн./Cсоли)
рКb аммиака = – lg Kb
Kb (NH4OH)=1,8∙10^-5
рН =14 + lg(1,8∙10^-5) + lg (0,05 / 0,02) = 9,653 ≈ 9,65
Задача 21
Какую массу NH4Cl надо растворить в 100 мл раствора NH3 с массовой долей 1%, чтобы получить раствор с pН=9?
Решение:
для щелочной буферной смеси рН = 14 – рКb + lgCосн/Cсоли
рКb аммиака = 4,75
См(NH3) = 1000ωρ/M
ρ (1% NH3) = 0,9940 (справ. табл. http://techemy.com/handbook/tab0002.php)
См(NH3) = 1000 ∙ 0,01 ∙ 0,9940 / 17 = 0,585 М
lg(0,585/[NH4Cl]) = 9 – 14 + 4,75 = –0,25
[NH4Cl]= 0,585 / 10^–0,25 = 1,040 M
m=nM = CVM = 1,040 ∙ 0,100 ∙ 53,50 = 5,564 г
Решение:
Для щелочной буферной смеси рН = 14 – рКb + lg(Cосн/Cсоли)
рКb(NH3) = 4,75
lg(Cосн/Cсоли) = рН –14 + рКb = –0,25
для слабого основания рН = 14 – рКb/2 + lgСосн./2
lgСосн. = (рН – 14 + рКb/2)2 = 2рН – 28 + рКb = 22 – 28 + 4,75 = –1,25
lg(Cсоли) = lgСосн. – lg(Cосн/Cсоли) = –1,25 + 0,25 = –1
Cсоли = 10^–1 = 0,1 моль/л
m=nM = CVM = 0,1 ∙ 0,25 ∙ 53,50 = 1,3375 г
Задача 23
Рассчитайте рН буферного раствора, один литр которого содержит 0,1 моль уксусной кислоты и 0,01 моль ацетата натрия. Константа диссоциации уксусной кислоты Ка=1,74∙10-5; рКа=4,76.Ответ: рН=3,76.
Решение:
рН = рКа + lg ([соли] / [кислоты]) = 4,76 + lg (0,01 / 0,1) = 3,76
Задача 25
Рассчитайте объем 0,5%-ного раствора соляной кислоты (плотность раствора 1,002 г/мл) и 0,2М раствора аммиака необходимых для приготовления 200 мл буферного раствора с pH=8,5.
Решение:
В рез. частичной реакции аммиака с соляной кислотой: HCl + NH3 → NH4Cl
(или точнее: NH3∙H2O + HCl → NH4Cl + H2O),
образовалась смесь аммиака с хлоридом аммония, т.е. щелочная буферная смесь.
Для щелочной буферной смеси рН = 14 – рКb + lg(Cосн/Cсоли)
рКb аммиака = 4,75
lg(Cосн/Cсоли) = рН –14 + рКb = 8,5 –14 + 4,75 = – 0,75
Cосн/Cсоли = 10^– 0,75=0,1778
Основание и соль находятся в одном объеме буферного раствора, поэтому вместо отношения конц-й можно использовать отношение количеств веществ в молях:
n осн/ n соли = 0,1778
По ур. реакции, для получения 1 моль соли прореагировали 1 моль кислоты и 1 моль аммиака. Т.е. до реакции на 0,1778+1=1,1778 часть аммиака приходилась 1 часть кислоты, и образовалась 1 часть соли. Т.о. кол-во кислоты = кол-ву полученнной соли.
Общий объем полученного раствора равен 200 мл = 0,2 л
n = СV
См(NH3) = 0,2М
См(HCl) = 1000ρω / M = 1002 ∙ 0,005 / 36,46 = 0,1374 М
Обозначим объем раствора аммиака Vо=х, а объем раствора взятой кислоты Vк=200–х
СоVо / СкVк = 1,1778 / 1
0,2х / 0,1374(200–х) = 1,1778
Vо= х= 89,45 мл
Vк = 200,0–89,45 = 110,55 мл
Задача 26
Рассчитать буферную ёмкость раствора, содержащего 0,3 моль/л хлорида метиламмония и 0,25 моль/л метиламина.
Решение:
при смешении слабого основания с его солью получается щелочная буферная смесь.
Бесконечно малый прирост сильной кислоты вызываеттакой же прирост концентрации слабой кислоты, а бесконечно малый прирост сильного основания приводит к появлению такого же количества слабого основания, только в первом случае рН немного уменьшится, а во втором увеличится.
Суммарная концентрация компонентов смеси Сбуф не меняется, отсюда уравнение материального баланса: Сбуф = Скисл + Ссоли
Поэтому для щелочного буферного раствора: β = 2,3 С осн. ∙ С соли / (С осн. + С соли)
(для кислого: β = 2,3 С кисл. ∙ С соли / (С кисл. + С соли))
β = 2,3 ∙ 0,3 ∙ 0,25 / (0,3+0,25) = 0,31 моль/л
[OH-] = Kb ∙ Cосн/Cсоли = Kосн ∙ 0,06/0,06 = Косн, рН=4,75
n(HCl) = CV = 0.01 ∙ 0.1 = 0.001 моль
Кислота одноосновная, поэтому z=1
При прибавлении 0,001 моль экв. к-ты Cосн = 0,059 н, Ссоли=0,061 н, [OH-] = Косн. ∙ 0,97,
рН=4,76,
ΔpH = 4,76-4,75 = 0,01
буферная емкость β – число эквивалентов кислоты или щелочи, которое следует добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить рН на единицу (ΔpH=1)
β = n / (z ∙ V ∙ ΔpH)
V(буфера) =1 л, z = 1
β = 0,001 / 0,01 = 0,1 моль-экв/л = 10^-1 моль-экв/л
Снежана,
Задача 28
Рассчитайте рН буферного раствора CH3COOH + CH3COONa, если концентрации кислоты и соли одинаковы, а объемы кислоты и соли 20 мл и 80 мл соотвтственно.
Решение:
Несмотря на то, что конц-и взятых растворов кислоты и соли одинаковы, их концентрации в полученном буферном растворе не одинаковы, т.к. они взяты в соотношении 1:4 (20 мл : 80 мл).
Для кислой буферной смеси рН = рКа – lgСк-ты/Ссоли
рКа(CH3COOH)= – lg Kа = – lg (1,75∙10^–5) = 4,76
рН = 4,76 – lg (20/80) = 5,36
Марина,
Задача 29
Для получения буферного раствора с pH = 5,76 к 1 л 1н раствора ацетата натрия необходимо добавить __ моль уксусной кислоты.
Решение:
для кислой буферной смеси рН=рКа – lg(Ск-ты/Ссоли)
рКа уксусной кислоты = 4,76
lg(Ск-ты/Ссоли) = рКа – рН = 4,76 – 5,76 = – 1
Cк-ты/Cсоли = nк-ты / nсоли = 10^– 1=0,1
1 л 1 н р-ра ацетата натрия содержит 1 моль соли
nк-ты = 0,1 nсоли = 0,1 моль
Задача 30
Чему будет равно pН раствора, если к 1 л воды прибавить 1 мл 5%-ого раствора муравьиной кислоты и 1 мл 5%-ного раствора едкого кали?
Решение:
в рез. реакции слабой кислоты со щелочью получим соль слабой кислоты:
НСООН + КОН → НСООК + Н2О
Если НСООН в избытке, получится кислая буферная смесь, содержащая слабую кислоту и ее соль.
Посчитаем кол-ва веществ:
n(в-ва) = m/M
m=m(p-pa) ∙ ω
m(p-pa)=V(p-pa) ∙ ρ
Отсюда: n(в-ва, моль)= V(p-pa, мл) ∙ ρ(г/мл) ∙ ω / M (г/моль)
Для кислой буферной смеси: рН = рКа– lgСкисл./Ссоли
С=n/V
V=1,002 л, однако оба в-ва находятся в одном и том же объеме раствора, поэтому вместо молярной конц-и можно подставить в выражение для расчета рН количества кислоты и соли в растворе:
рН = рКа– lg n кисл./n соли
рКа(НСООН)=3,75 (http://www.novedu.ru/ionkisl.htm)
рН = 3,75 – lg (0,93 ∙ 10^-3 / 0,17 ∙ 10^-3) = 3,75 – lg (0,93 / 0,17) = 3,01
Задачa 31
Вычислить pН 0.02 M растворов KOH и HCOOH (Ka=1.8 ∙ 10^-4), pH смеси по 50 мл и 100 мл этих растворов соответственно.
Решение:
KOH: для сильного основания рН = 14 рН + lg[ОН–] = 14 + lg 0,02
HCOOH: для слабой кислоты рН = ½ рКа – ½ lgСк-ты
рКа = – lg Ка
рН = – 0,5 ∙ lg (1,8 ∙ 10^–4) – 0,5 lg 0,02
При смешивании слабой кислоты со щелочью в отношении 2:1 получим эквимолярный (1:1) раствор слабой кислоты и ее соли, т.е. кислую буферную смесь:
KOH + HCOOH → HCOOK + Н2О
Для кислой буферной смеси рН = рКа – lgСк-ты/Ссоли
Для эквимолярного буф. р-ра Ск-ты : Ссоли = 1:1, lgСк-ты/Ссоли = 0, отсюда
рН = рКа = – lg (1,8 ∙ 10^–4)
Задачa 33
К 40 мл 0,1 М раствора гидрофосфата калия добавлено 20 мл 0,1 М раствора соляной кислоты. Вычислите рН раствора (Кa1=7,1×10⁻³, Кa2=6,2×10^-8, Кa3=5,0×10^-13).
Как изменится рН буферного раствора, если прилить к нему 10 мл 0,1 М раствора гидроксида калия?
Решение:
К2НРО4 + HCl → КН2РО4 + КCl
2×10^-3 2×10^-3
После добавления 20 мл 0,1 М раствора соляной кислоты половина гидрофосфата калия превратилась в дигидрофосфат калия, так что раствор содержит эквимолярную смесь гидрофосфата калия и дигидрофосфата калия:
n(К2НРО4) = n(КН2РО4) = 0,04 ∙ 0,1/2 = 2×10^-3 моль
Образовалась фосфатная буферная смесь, в кот. ион Н2РО4ˉ играет роль кислоты, а ион НРО42– – сопряженного основания.
рН фосфатного буфера:
рН=рК (Н2РО4⁻) +lg[К2НРО4]/[КН2РО4] = рК (Н2РО4⁻) = – lgКa2=– lg(6,2×10^-8) = 7,21
Решение:
HCl + NH3 → NH4Cl
n(HCl) = CV = 0,2 ∙ 0,02 = 0,004 моль
n(NH3) = CV = 0,25 ∙ 0,04 = 0,01 моль
В получ. р-ре 0,004 моль NH4Cl и 0,01– 0,004 моль = 0,006 моль NH3 не прореагировали.
Получилась буферная смесь слабого основания и его соли.
рН = 14 – рКосн. + lgCосн./Cсоли
Т.к. оба в-ва в одном р-ре (V=const), то можно вместо отношения конц-й подставить колд-ва в-в:
рН1 = 14 – 4,755 + lg(0,006 / 0,004) = 9,421
При добавления 20 мл 0,1 NH4Cl:
n(NH4Cl) = n1 + n2 = 0,004 + 0,02∙0,1) = 0,006 моль
рН2 = 14 – 4,755 + lg(0,006 / 0,006) = 9,245
ΔрН = 9,421 – 9,245 = 0,176
Биржан,
Задачa 35
Вычислить pH раствора, содержащего в 500 мл 6 гр CH3COOH и 8,2 гр CH3COONa.
Вычислить pH буферного раствора, если к 1 литру добавить 2 грамма NaOH.
Решение:
для кислой буферной смеси рН = рКа – lgСк-ты/Ссоли
С=n/V=m/MV (л)
C(CH3COOH) = 6 г / (60 г/моль ∙ 0,5 л)=0,2 моль/л
C(CH3COONa) = 8,2 г / (82 г/моль ∙ 0,5 л)=0,2 моль/л
рКа(CH3COOH)= 4,76 (http://www.novedu.ru/ionkisl.htm)
рН1 = 4,76 – lg(0,2/0,2) = 4,76
1 л буф. раствора содержит n=CV = 0,2 моль CH3COOH и 0,2 моль CH3COONa.
NaOH + CH3COOH → CH3COONa + Н2О
n(NaOH)=m/M=2/40=0,05 моль, в реакции прореагировали 0,05 моль CH3COOH и
образовались 0,05 моль CH3COONa.
По окончании реакции 1 л р-ра содержит 0,2+0,05=0,25 моль CH3COONa и 0,2–0,05 = 0,15 моль CH3COOH (образованной в реакции водой массой 0,05 ∙ 18=0,9 г можно пренебречь).
рН2 = 4,76 – lg(0,15/0,25) = 4,98
Задачa 36
Определите концентрацию ионов водорода и рН в растворе, содержащем 0,01 моль бензойной кислоты и 0,03 моль бензоата натрия.
Ответ: 2,09 ∙ 10^-5 моль/л; 4,68.
Решение:
Слабая кислота и ее соль образуют кислый буферный раствор, для которого:
рН = рКа – lgСк-ты/Ссоли.
Т.к. оба в-ва находятся в одном растворе, то V одинаков и Ск-ты/Ссоли = n к-ты/n соли.
рКа=4,2 (http://www.novedu.ru/ionkisl.htm)
рН = 4,2 – lg(0,01/0,03) = 4,68
[H+]=10^–рН = 10^–4,68 = 2,09 ∙ 10^-5 моль/л
Надя,
Задачa 37
К 25 мл 0,3 М раствора дигидрофосфата калия добавлено 20 мл 0,2 М раствора гидроксида калия. Вычислите pH раствора (К1 =7,1×10^-3, К2=6,2×10^-8, К3=5,0×10^-13).
Как изменится pH буферного раствора, если к нему прилить 8 мл 0,1М раствора соляной кислоты?
Решение:
КН2РО4 + КОН → К2НРО4 + Н2О
n(КН2РО4)=CV=0,3×0,025 = 7,5×10^-3 моль
n(КОН)=CV=0,2×0,020 = 4,0×10^-3 моль
После добавления 20 мл 0,2 М р-ра КОН 4,0×10^-3 моль дигидрофосфата калия превратилась в 4,0×10^-3 моль гидрофосфат калия, так что раствор содержит смесь обеих солей:
n(КН2РО4) = 3,5×10^-3 моль
n(К2НРО4) = 4,0×10^-3 моль
Задачa 38
Рассчитать массу муравьиной кислоты с концентрацией 100%, которую необходимо добавить к 2 л формиата калия с концентрацией 2% и плотностью 1,02 г/см3, чтобы получить буферный раствор с рН=12, если рКк=3,62.
Решение:
Достаточное буферное действие проявляется в интервале рН = рК ± 1, поэтому приготовить формиатный буфер с рН = 12 невозможно, поскольку 12 > рКк + 1.
Это же показывает расчет:
Слабая кислота и ее соль образуют кислый буферный раствор, для которого:
рН = рКа– lg(Скисл/Ссоли)
lg(Скисл/Ссоли) = рКк – рН = 3,62 – 12 = –8,38
Ссоли = 1000ρω/М=1000 ∙ 1,02 ∙ 0,02 / 84,12 = 0,2425 моль/л
Ск-ты/0,2425 = 10^–8,38
Ск-ты = 0,2425 ∙10^–8,38 = 1,011∙10^–9 моль/л
m (НСООН) = Ск-ты ∙ V(р-ра) ∙ М = 1,011∙10^–9 ∙ 2 ∙ 46,02 = 9,300∙10^–8 г
Т.е. невозможно приготовить буферный раствор с рн=12 из муравьиной кислоты и ее соли.
Решение:
для кислой буферной смеси рОН = 14 – рКа + lgСк-ты/Ссоли
Т.к. оба вещества находятся в одном объеме раствора, то вместо конц-й можно использовать их кол-ва:
n = СV, n к-ты = 0,01∙0,1 = 0,001 моль, n соли = 0,01∙0,05 = 0,0005 моль
рКа(CH3COOH)= 4,76 (http://www.novedu.ru/ionkisl.htm)
рОН1 =14 – 4,76 + lg(0,001/0,0005) = 14 – 4,76 + lg2 = 9,54
