Разберите механизм буферного действия при добавлении небольших количеств сильной кислоты и сильного основания к фосфатному буферному раствору. Вычислите рН буферного раствора, состоящего из 4 мл NaH2РО4, и 7 мл Na2НРО4, одинаковой концентрации. К2 = 6.23*10^-8
Буферное действие заключается в том, что при добавлении кислоты или основания к буферному раствору происходит реакция с буферными компонентами, которая препятствует резкому изменению pH раствора. В данном случае, при добавлении кислоты или основания к фосфатному буферному раствору, реагируют компоненты NaH2РО4 и Na2НРО4, образуя слабую кислоту Na2HPO4 и ее соль.
Уравнение реакции:
NaH2PO4 + Na2HPO4 + HCl → 2Na2HPO4 + NaCl
Для расчета pH буферного раствора воспользуемся уравнением Хендерсона-Хассельбальха:
Буферное действие заключается в том, что при добавлении кислоты или основания к буферному раствору происходит реакция с буферными компонентами, которая препятствует резкому изменению pH раствора. В данном случае, при добавлении кислоты или основания к фосфатному буферному раствору, реагируют компоненты NaH2РО4 и Na2НРО4, образуя слабую кислоту Na2HPO4 и ее соль.
Уравнение реакции:
NaH2PO4 + Na2HPO4 + HCl → 2Na2HPO4 + NaCl
Для расчета pH буферного раствора воспользуемся уравнением Хендерсона-Хассельбальха:
pH = pKa + log[Na2HPO4]/[NaH2PO4][Na2HPO4]/[NaH2PO4][Na2HPO4]/[NaH2PO4]
pKa для фосфатных буферов равен 2,12.
Сначала найдем молярные концентрации компонентов в растворе. Для этого нужно учитывать молярные массы и объемы:
Молярная масса NaH2РО4 = 119 г/моль
Молярная масса Na2HPO4 = 141 г/моль
Сначала найдем количество вещества в каждом компоненте:
nNaH2РО4NaH2РО4NaH2РО4 = 4мл/10004 мл / 10004мл/1000 1моль/119г1 моль / 119 г1моль/119г = 0,0336 моль
nNa2НРО4Na2НРО4Na2НРО4 = 7мл/10007 мл / 10007мл/1000 1моль/141г1 моль / 141 г1моль/141г = 0,0495 моль
Теперь вычислим молярные концентрации:
NaH2РО4NaH2РО4NaH2РО4 = nNaH2РО4NaH2РО4NaH2РО4 / 4мл/10004 мл / 10004мл/1000 = 0,0336 моль / 0,004 л = 8,4 моль/л
Na2НРО4Na2НРО4Na2НРО4 = nNa2НРО4Na2НРО4Na2НРО4 / 7мл/10007 мл / 10007мл/1000 = 0,0495 моль / 0,007 л = 7,07 моль/л
Подставим полученные значения в уравнение Хендерсона-Хассельбальха:
pH = 2,12 + log7,07/8,47,07 / 8,47,07/8,4 ≈ 2,02
Таким образом, pH буферного раствора, состоящего из 4 мл NaH2РО4 и 7 мл Na2НРО4, равно примерно 2,02.