Оглавление:
Буферные растворы
Важным случаем кислотно-основного равновесия является равновесие в растворах, содержащих кислотно-основные сопряженные пары и обладающих буферным действием (буферные растворы). Их готовят разными способами: растворяя в воде слабую кислоту и ее соль (буферный раствор кислотного типа); слабое основание и его соль (буферный раствор основного типа); две соли многоосновных кислот разной степени замещения (например 
); проводя реакцию частичной нейтрализации многоосновной кислоты сильным основанием.
Буферное действие подобных систем проявляется в способности поддерживать 
в растворе практически неизменным при внесении в него или образовании в нем некоторых количеств сильной кислоты или основания вследствие замены сильного протолита образующимся слабым.
В растворе, содержащем сопряженную пару, например НА и 
, устанавливаются равновесия:
Концентрация ионов водорода в таком растворе (с учетом автопротолиза воды) выражается уравнением:
При достаточно высоких концентрациях 
можно считать, что 
, поэтому, пренебрегая величиной 
, получаем формулу для приближенной оценки в буферных растворах:
Каждый буферный раствор характеризуется сопротивляемостью к изменениям pH. Количественно ее выражают буферной емкостью 
: Она определяется числом молей эквивалентов сильной кислоты или основания, которые нужно добавить, чтобы изменить раствора на единицу:
где 
— прирост концентрации сильной кислоты или основания, вызвавший изменение показателя кислотности среды на 
.
Буферная емкость связана с концентрацией компонентов буферной системы:
и с константой диссоциации кислоты 
:
Зная буферную емкость, можно найти изменение раствора при добавлении сильной кислоты или основания, определить состав буферной смеси и решать другие вопросы. См. также пример 3.16.
Пример 3.8.
К 12 мл 0,030 М раствора муравьиной кислоты прибавлено 15 мл 0,15 М раствора формиата калия. Вычислить pH полученной смеси.
Решение:
являются компонентами буферной смеси (кислотой и сопряженным основанием). Рассчитаем их концентрации после смешения 
:
Рассчитаем кислотного буфера:
Пример 3.9.
К 20 мл 0,20 М раствора двухзамещенного фосфата калия прибавлено 10 мл 0,25 М раствора 
. Определить раствора.
Решение:
При смешивании данных растворов происходит реакция:
Количество добавленной сильной кислоты меньше, чем 
. Поэтому, наряду с образовавшейся в результате реакции солью 
, в растворе будет оставаться . Рассчитаем концентрации анионов (солей) в образовавшемся буферном растворе с учетом разбавления и взаимодействия:
Находим раствора:
Пример 3.10.
Сравнить эффективность двух буферных растворов:
Решение:
Рассчитаем каждого буферного раствора:
Эффективность буферного раствора будем оценивать по величине буферной емкости. Для этого к каждому буферному раствору “добавим” 0,01 моль 
. При этом 
каждого раствора изменится вследствие протекания реакции:
Рассчитаем буферную емкость с учетом формулы (3.12):
Первый буферный раствор обладает большей буферной емкостью, так как в этом растворе 
Пример 3.11.
Определить состав аммонийной буферной смеси с 9,25, при добавлении к 0,50 л которой 25 ммоль 
значение pH изменяется не более, чем на 0,050.
Решение:
Найдем 
, соответствующее добавляемой в буферный раствор щелочи:
Найдем необходимую буферную емкость по формуле (3.12):
Рассчитаем константу кислотности иона аммония:
Зная 
рассчитаем 
. по формуле (3.14):
Из уравнения (3.11) находим отношение компонентов:
Следовательно, состав смеси: 
Эти примеры взяты со страницы примеров решения задач по аналитической химии:
Решение задач по аналитической химии
Возможны вам будут полезны эти страницы:
