Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Буферных систем в анализе.

    Буферная емкость – это выраженное в грамм-эквивалентах количество сильной кислоты или сильного основания, которое при добавлении в буферную систему изменяют на «1» значение рН 1л буферного раствора.

                                       

                                        N _{к-та, осн}             С _N * V_{N (к-та, осн)}

                                     В =                           =                          (8)

                                              [ ΔpH ]* V _буф          [Δ pH ]* V _буф

где V_буф – объем буферной системы; n_{к-та, осн} – количество моль сильного основания или кислоты, добавленного к буферной системе; С_N – нормальная концентрация кислоты или основания; V – объем добавленной кислоты или основания.

Буферные системы играют большую роль в регулировании жизнедеятельности организмов, где нужно постоянное рН :

1) в крови буферные системы поддерживают рН = 7,4;

2) для комплексонометрического определения катионов Mg²⁺, Са²⁺, Pb²⁺ используют аммиачную буферную систему;

3) для отделения Ва²⁺ от Са²⁺ и Sr²⁺ с помощью Cr₂O₇^2- используют ацетатную буферную систему;

4) катионы Zn²⁺ осаждают H₂S в формиатном буфере и т.д.

 

ЭТАЛОНЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 1

Рассчитайте константу гидролиза K_h , степень гидролиза h ацетат – ионов CH₃COO^–  в водном растворе ацетата натрия CH₃COONa концентрацией c(CH₃COONa) = c_b =0,100 моль/л и найдите значение pH этого раствора. Константа кислотной диссоциации уксусной кислоты равна K_a= 1,74ž10 ^–5, pK_a = 4,76

Решение:

Ацетат натрия как сильный электролит в водном растворе полностью распадается на ионы:

CH₃COONa→ Na⁺ + CH₃COO^–

Образовавшиеся ацетат-ионы подвергаются гидролизу:

CH₃COO^– + H₂O = CH₃COOH + OH^–

Концентрационная константа гидролиза описывается соотношением

 K_h = [CH₃COOH][OH^–]/[CH₃COO^–]. В соответствии с уравнением (5.16) можно записать для рассматриваемого примера: K_h = K_W / K_a , где K_a – константа диссоциации уксусной кислоты. Учитывая, что K_W  = 10^–14 , после числовых значений получаем: K_h  = 10^–14/ (1,74ž10^–5) = 5,7 ž10^–10.

Для расчёта степени гидролиза h используем уравнение h = ( K_h /  с _b)^1/2 , где c_b = с(CH₃COONa):

h= (5,7 ž10^–10 / 0,100)^1/2 = 7,55ž10^–5  (или 7,55ž10^–3 %).

Значение рH раствора рассчитываем по формуле (5.17):

рH = 7+ 0,5(рK_a – рс _b) = 7+0,5(4,76 + lg0,100) = 8,9.

 

Задача 2

Рассчитайте значение pH водного раствора ацетата аммония CH₃COONH₄ при концентрации последнего, равной 0,01 моль/л. Для уксусной кислоты K _а =1,74ž10 ^–5 и pK _а = 4,76; для аммиака K_b= 1,74ž10 ^–5 и pK_b = 4,76

Решение:

Ацетат аммония — соль, образованная катионом NH₄⁺ слабого основания (аммиака) и анионом CH₃COO^– слабой кислоты (уксусной). Поэтому гидролиз соли в водном растворе протекает как по катиону, так и по аниону.

NH₄⁺ + H₂O = NH₃ + H₃O⁺

CH₃COO^– + H₂O = CH₃COOH + OH^–

(см. раздел 5.4). Поскольку в данном примере концентрация гидролизующихся катионов и анионов, равная исходной концентрации соли (0,01 моль/л), намного больше значений K _а уксусной кислоты и K_b аммиака, образующихся при гидролизе, т.е. K _а = 1,74ž10 ^–5 << 0,01, K_b= 1,74ž10 ^–5<< 0,01, то для расчёта pH раствора можно воспользоваться приближенным уравнением (см. раздел 5.4.3) pH ≈ 0,5(рK_W + pK _а — pK_b) = 0,5(14 + 4,76 — 4,76) = 7. Следовательно, раствор — нейтральный.

Задачи для самостоятельной работы

1. Рассчитайте степень гидролиза h и значение pH водного раствора нитрата аммония NH₄NO₃, содержащего 8,0 · 10^-3 г/мл этой соли. Константа основности аммиака K_b = 1,76 · 10^-5; pK_b = 4,76. Ответ: 7,6 · 10^-5; 5,14.

 

2. Определите, как изменится pH водного раствора формиата натрия HCOONa с концентрацией с(HCOONa) = 0,10 моль/л, если раствор разбавить водой в 10 раз. Константа кислотности муравьиной кислоты K_a = 1,8 · 10^-4; pK_a = 3,75.

Ответ: уменьшится на 0,5 единиц.

 

3. Рассчитайте приближённо значение pH водного раствора цианида аммония NH₄CN, гидролизующегося по катиону и аниону. Концентрация раствора равна 0,10 моль/л. Для синильной кислоты HCN и аммиака, образующихся при гидролизе, pK_a = 9,30 и pK_b = 4,76 соответственно. Ответ: 9,27.

 

4. Рассчитайте значение pH аммиачного буфера, в 1 л которого содержатся 0,10 моль аммиака и 0,20 моль нитрата аммония NH₄NO₃. Константа основности аммиака K_b = 1,76 · 10^-5_; pK_b = 4,76. Ответ: 8,93.

 

5. Рассчитайте значение pH буферной смеси, содержащей в 1 л раствора 0,10 моль гидрофосфата натрия Na₂HPO₄ и 0,30 моль дигидрофосфата натрия NaH₂PO₄. Константа диссоциации ортофосфорной кислоты H₃PO₄ по второй ступени равна K_a = 6,2 · 10^-8; pK_a = 7,21. Ответ: 6,73.

 

6. Рассчитайте буферную ёмкость β аммиачного буфера, если при прибавлении 0,001 моль хлороводородной кислоты к 100 мл этого раствора его значение pH уменьшилось на ∆pH = 0,09. Ответ: 0,11.

 

7. Рассчитайте отношение молярных концентраций ионов аммония и аммиака с(NH₄⁺)/c(NH₃) в аммиачной буферной смеси с pH = 9,00. Константа основности аммиака K_b = 1,76 · 10^-5; pK_b = 4,76. Ответ: 1,74.

Контрольные вопросы и задания по теме занятия

1. Что называют гидролизом?

2. Какие соли подвергаются гидролизу?

3. Что называют константой гидролиза?

4. Как количественно характеризуют гидролиз?

5. Чему равна константа гидролиза? Каким образом константа гидролиза связана с константой основности основания, сопряженного с кислотой, анион которой гидролизуется (вывод формулы)?

6. Чему равно pH соли, гидролизующейся по аниону слабой кислоты (вывод формулы)?

7. Чему равно pH соли, гидролизующейся по катиону слабого основания?

8. Чему равно pH соли, гидролизующейся и по катиону слабого основания, и по аниону слабой кислоты?

9. Что называют буферными системами?

10. В чем заключается механизм действия буферных систем?

11. Как рассчитать pH кислотных и основных буферных систем?

12. Что называют буферной ёмкостью? Как рассчитывают буферную ёмкость?

13. Где в аналитике используются буферные системы?

14. Как протекают качественные реакции катионов V группы: Mg²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺?

Основная литература:

1. Аналитическая химия (аналитика). Общие теоретические основы. Качественный анализ. [Текст]: учеб. для вузов / Ю.Я. Харитонов [и др.]. - М.: Высш. шк., 2008. – 126 – 140 с.

Дополнительная литература:

1. Аналитическая химия [Текст] / Г. Кристиан [и др.]. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 330 – 365 с.

Тема 9