Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Посмотреть оригинал

Буферные растворы и их применение в химическом анализе

Если в растворе слабого электролита необходимо понизить степень диссоциации, достаточно добавить в раствор сильный электролит, содержащий ион, одноименный с ионом слабого электролита. Так, при диссоциации гидроксида аммония добавление NH4Cl, который полностью распадается на ионы, приводит к смещению равновесия в сторону недиссоциированных молекул, т.е. подавлению диссоциации:

Малиновая окраска фенолфталеина в растворе NH4OH в присутствии иона NHJ ослабевает, что подтверждает понижение степени диссоциации слабого электролита в присутствии одноименного иона.

Точно так же для понижения концентрации ионов Н+ в растворе уксусной кислоты СН3СООН достаточно прибавить к нему немного соли этой кислоты, например ацетата натрия или калия, содержащей одноименный ион СН3СОО“.

Для выполнения аналитических операций, в частности реакций осаждения, иногда необходимо поддерживать в исследуемом растворе определенную, приблизительно постоянную концентрацию водородных ионов, которая не должна изменяться при разбавлении раствора, добавлении к нему небольших количеств сильной кислоты или щелочи. Эти задачи выполняют буферные растворы. Они представляют собой смеси электролитов, содержащих одноименные ионы.

Ацетатный буфер состоит из смеси 1М растворов уксусной кислоты СН3СООН (практически недиссоциирующей) и соли — ацетата натрия CH3COONa (полностью распадающейся на ионы и поставляющей одноименный ион СН3СОО ).

При добавлении к ацетатному буферу щелочи NaOH последняя будет нейтрализована уксусной кислотой. Реакция идет по схеме (а):

В буферной смеси концентрация СН3СООН немного уменьшится, концентрация соли CH3COONa (иона СН3СОО ) немного увеличится, а величина pH не изменится.

При добавлении к ацетатному буферу кислоты НС1 с компонентами буфера образуются соль NaCl и кислота СН3СООН. Реакция идет по схеме (б):

В буферной системе концентрация соли CH3COONa немного уменьшится, концентрация кислоты СН3СООН увеличится, а величина pH не изменится.

Величину pH ацетатного буфера рассчитывают по формуле

где Кшсл константа диссоциации слабой кислоты; рКкнсл = -1&Ккисл; Скисл и Ссол — концентрации кислоты и соли.

Смесь эквивалентных количеств СН3СООН и CH3COONa создает

Аммонийный буфер состоит из смеси NH4OH (практически недиссоциирующего) и соли NH^Cl (полностью распадающейся на ионы и поставляющей одноименный ион NH4).

При добавлении к аммонийному буферу щелочи NaOII образуются соль NaCl и практически недиссоциирующий NH4OH. Буферный раствор содержит большое количество ионов NH4, образуемых хорошо диссоциирующим хлоридом аммония NH4C1, эти катионы связывают ионы ОН в мало- диссоциирующие молекулы NH4OH. Реакция идет по схеме (а):

В буферной смеси концентрация NH4C1 немного уменьшится, концентрация NH4OH немного увеличится, а величина pH не изменится.

При добавлении к ацетатному буферу кислоты НС1 с компонентами буфера образуются соль NH4C1 и вода; Реакция идет по схеме (б):

В буферной системе концентрация соли NH4C1 немного увеличится, концентрация NH4OH уменьшится, а величина pH не изменится.

Величину pH аммонийного буфера рассчитывают по формуле

где К(ки — константа диссоциации слабого основания; рКоси = -lgСосн и Ссол — концентрации основания и соли.

Смесь эквивалентных количеств NH4OH и NH4C1 создает

Не происходит заметного изменения pH и при разбавлении буферов водой. В табл. 1.2 приведены некоторые буферные системы.

Таблица 1.2

Буферные растворы, применяемые в анализе

Буферная

смесь

Состав смеси (при молярном соотношении 1:1)

pH

Формиатная

Муравьиная кислота и формиат натрия (НСООН + HCOONa)

3,8

Бензоатная

Бензойная кислота и бензоат натрия (CGH5COOH + CGH5COONa)

4,2

Ацетатная

Уксусная кислота и ацетат натрия (СН3СООН + CH3COONa)

4,7

Фосфатная

Дигидрофосфат и гидрофосфат натрия (№112Р04 + Na2IlP04)

6,8

Аммонийная

Аммиак и хлорид аммония (NH^OH + NH4C1)

9,3

Рассмотрим еще несколько примеров.

Пример 1.8. Вычислим pH буферной смеси, состоящей из СН3СООН + + CII3COONa и содержащей по 0,1 моль каждого из веществ. Покажем, как изменяется pH: а) при добавлении к 1 л смеси 0,01 моль НС1; б) при добавлении к 1 л смеси 0,01 моль NaOII; в) при разбавлении смеси водой в 100 раз. Решение. pH ацетатного буфера рассчитывается по формуле

Поскольку для уксусной кислоты рК = 4,76 (р/С = -lg/Сдис), имеем

а) Если к 1 л этой смеси прибавить 0,01 моль НС1, то 0,01 моль CH3COONa превратится в равное число молей СН3СООН:

б) При добавлении 0,01 моль NaOI 1 равное количество молей О ЕСОО! I будет превращено в CII3COONa:

в) При разбавлении раствора в 100 раз получим

Пример 1.9. Вычислим pH буферной смеси, состоящей из NH,OH и NH,C1 и содержащей по 0,1 моль каждого из веществ. Покажем, как изменяется pH:

а) при добавлении к 1 л смеси 0,01 моль НС1; б) при добавлении к 1 л смеси 0,01 моль NaOH; в) при разбавлении смеси водой в 10 раз.

Решение. pH аммонийного буфера рассчитывается по формуле

а) Если к 1 л этой смеси прибавить 0,01 моль НС1, то 0,01 моль NH4C1 превратится в равное число молей N11,011:

б) При добавлении 0,01 моль NaOH равное количество молей N11,011 будет превращено в NH4C1:

в) При разбавлении раствора в 10 раз получим

Пример 1.10. Вычислим, как изменится pH ацетатного буфера при увеличении: а) концентрации 0,1М раствора СН3СООН в 10 раз; б) концентрации 0,1М раствора CH3COONa в 10 раз.

Решение.

Концентрации кислоты и соли в условиях а) и б) стали равными 1М. Поэтому:

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы