Приготування буферних розчинів із заданим рН

Буферний розчин із заданим рН з відомою парою буферуючих компонентів можна приготувати трьома способами:

- змішуючи в необхідному співвідношенні кількості речовини; розчини слабкої кислоти і розчинної солі цієї кислоти («кислотою» може виступати кисла сіль багатоосновної кислоти);

- змішуючи в необхідному співвідношенні кількості речовини; розчин слабкої кислоти і розчин лугу;

- змішуючи в необхідному співвідношенні кількості речовини; розчин солі слабкої кислоти і розчинн сильної кислоти.

Приклад 3. У якому співвідношенні треба змішати розчини, щоб отримати буфер з рН = 5,0?

1) 0,20 моль/л NaAc і 0,15 моль/л НAc;

2) 0,20 моль/л NaAc і 0,15 моль/л НCl;

3) 0,20 моль/л NaOH і 0,15 моль/л НAc.

Розв’язання. 1) За схемою М. П. Комаря.

Hac D Ac^- + H⁺ lgK_а = 4,76,

c 0, 15·V_Hac 0,20·V_Naac

V_Hac+V_Naac V_Hac+V_Naac

Δс -х х х

[ ] c_Hac -x c_Naac + x x

Знехтувавши змінами введених концентрацій кислоти і солі, враховуючи, що x = 10^-рН = 10^-5 , зробимо підстановку в вираз константи ЗДМ і прологарифмуємо з негативним знаком.

pH – pK_a = lg ;

5,0 – 4,76 = lg;

10^0,24 = ;

₌ 1,30.

Відповідь: Для приготування буферного розчину з рН = 5,0 треба змішати 0,15 моль/л НAc і 0,20 моль/л NaAc у співвідношенні 1:1,3 (або до 100 мл 0,15 моль/л Нac додати 130 мл 0,20 моль/л NaAc).

2) Розглянемо рівняння реакції протонування ацетат-іона.

Ac^- + H⁺ D HAc K_H = 10^4,76

n 0,20·V_NaAc 0,15·V_{HCl -}

Після змішувння розчинів

c_Ас = (0,20·V_NaAc − 0,15·V_HCl)/ (V_NaAc + V_HCl);

с_HAc = 0,15·V_HCl / (V_NaAc + V_HCl);

c c_Ас - с_HAc

Δc x x -x

[ ] c_Ас+ x x с_HAc−x

x = 10^-5; c_Ас+ x= c_Ас; с_HAc−x= с_HAc. Підставляємо в ЗДМ:

;

10^0,24 = 1,333 V_NaAc /V_HCl –1,0;

.

Відповідь: Для приготування буферного розчину з рН = 5,0 треба змішати 0,15 моль/л НCl і 0,20 моль/л NaAc у співвідношенні 1:2,05 або до 100 мл 0,20 моль/л NaAc додати 48,7 мл 0,15 моль/л НСl.

3) Розглянемо рівняння реакції нейтралізації HAc розчином NaOH.

НAc + OH^- D Ac^- + H₂O K_aK_w^-1 = 10^9,24

n 0,15·V_HAc 0,20·V_{NaOH -}

Після змішувння розчинів

c_Ас = 0,20·V_NaOH / (V_NaOH + V_HAc);

с_HAc = (0,15·V_HAc − 0,20·V_NaOH)/ (V_NaAc + V_HCl);

c c_HАс - с_Ac-

Δc x x -x

[ ] c_HАс+ x x с_Ac−x

x = K_w/[H⁺]=10^-14/10^-5= 10^-9; c_HАс+ x= c_HАс; с_Ac−x= с_Ac. Підставляємо в ЗДМ

;

10^9.24-9,0 = 10^0,24 = ;

;

.

Відповідь: Для приготування буферного розчину з рН = 5,0 треба змішати 0,15 моль/л НAc і 0,20 моль/л NaOH у співвідношенні 2,10:1 або до 100 мл 0,15 моль/л HAc додати 47,6 мл 0,20 моль/л NaOH.