Пример 9

Расчет рН растворов гидролизующихся солей

Вычислите рН раствора NH₄NO₃ с концентрацией 0,1 моль/л.

Решение. NH₄NO₃ - соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой.

Соли такого типа гидролизуются по катиону:

NH₄⁺ +Н₂О  NH₃ + H₃О⁺

При решении задачи воспользуемся уравнением:

pH=7 – 0,5 (pK_b + lg c(HB⁺)).

Предварительно, определив рK_b (табл. ):

р K_b = 14 - р K_а = 14 - 9,24 = 4,76, вычислим рН: рН = 7 – 0,5 (4,76 + lg 0,1) = 5,12.

Анализ полученного ответа: Задача решена верно, т.к. раствор соли NH₄NO₃ имеет кислую среду (рН < 7).

Пример 10 Расчет степени ионизации

Вычислите степень ионизации фенолфталеина в растворе с рН 9,2.

Решение. Для расчета степени ионизации индикатора используют формулу:



рН = рК_а + lg- ,

1 -  где  - степень ионизации индикатора.

рК_а – показатель константы ионизации индикатора( табличная величина; табл. )

Подставляя в данное уравнение известное по условию задачи значение рН раствора и определив по таблице ( ) рК_а(фенолфталеина) = 9,37, вычислим :



9,2 = 9,37 + lg-

1 -   = 0,4034

Ответ: 0,4034.

Пример 11 Расчет константы протолитического равновесия

Силовые показатели щавелевой кислоты по первой и второй ступеням равны 1,25 и 4,27, соответственно. Вычислите константу равновесия процесса:

НООС-СООН  2Н⁺ + ^-ООС-СОО^-

Решение. Запишем процесс диссоциации кислоты по ступеням:

Н₂С₂О₄  Н⁺ + НС₂О₄^-

НС₂О₄^-  Н⁺ + С₂О₄^2-

Запишем выражение для константы суммарного процесса:

с²(Н⁺)с(НС₂О₄^-)с(С₂О₄^2-) К =  = К_а1К_а2

с(Н₂С₂О₄)с(НС₂О₄^-)

Учитывая, что К_а = 10^{- рКа} , вычислим константу равновесия процесса:

НООС-СООН  2Н⁺ + ^-ООС-СОО^- К= К_а1К_а2 = 10^-1,2510^-4,27 = 3,019 10^-6.

Ответ: 3,019 10^-6.

Пример 12 Расчет рН буферных растворов

При определении альбумина по реакции с бромкрезоловым зеленым применяют ацетатный буфер. Уксусную кислоту объемом 50 мл смешивают с 13,2 мл раствора гидроксида натрия (концентрация каждого раствора равна 1 моль/л) и объем доводят дистиллированной водой до 1 л. Вычислите рН используемого раствора.

Решение. При смешении двух растворов протекает реакция:

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂О ,

а₁ b₂ b₁ а₂

в результате которой образуется ацетатный буферный раствор.

Вычислив концентрации компонентов буферного раствора, воспользуемся уравнением:

рН = рK_а + lg с_осн/ с_кисл где рK_а - табличная величина, (табл. ).

Для ацетатного буфера с_{b =} с(СН₃СООNа); с_{а =} с(СН₃СООН).

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂О

Было:50 ммоль 13,2 ммоль

Осталось: (50 - 13,2) ммоль

с(СН₃СООН) _{после смеш}. = /V буф.р-ра = (50 – 13,2) ммоль/1 л

с (CH₃COONa) _{после смеш}. = /V буф.р-ра = 13,2 ммоль/1 л = 13,2 ммоль/л

Для расчета рН буферного раствора воспользуемся уравнением, подставив в него известные значения:

13,2 ммоль/л

pH=4,76 + lg 

(50 – 13,2) ммоль/л

рН = 4,32

Ответ: рН буферного раствора равен 4,32.

Пример 13 Расчет масс веществ для приготовления буферного раствора с заданными параметрами

Вычислите массу хлорида аммония, которую следует добавить к раствору аммиака с концентрацией 0,137 моль/л и объемом 2 л, чтобы получить буферный раствор с рН 10,34.

Решение. Запишем протолитическое равновесие:

NH₃ + Н₂О = NH₄⁺ + ОН^-

b₁ а₂ a₁ b₂

При решении задачи воспользуемся уравнением. Для аммиачного буфера, состоящего из аммиака и хлорида аммония

с_b = с(NH₃); с_a = с(NH₄⁺)

Концентрацию NH₄⁺ выразим:

m(NH₄Cl)

с (NH₄⁺) = 

M(NH₄Cl)V

Тогда уравнение примет вид:

с(NH₃) M(NH₄Cl)V

рН = рК_а + lg 

m(NH₄Cl)

Преобразуем данное выражение:

с(NH₃) M(NH₄Cl)V

 = 10^1,1

m(NH₄Cl)

с(NH₃)M(NH₄Cl)V

 = 12,59

m(NH₄Cl)

Подставив в полученное выражение известные величины, вычислим m:

0,137 моль/л  53,5 г/моль  2л

 = 1,16

12,59 m = 1,16

Ответ: для получения буферного раствора с рН 10,34 необходимо взять 1,16 г хлорида аммония.

Пример 14 Расчет массы одного из компонентов буферного раствора с заданными параметрами

Имеется 100 мл раствора уксусной кислоты, в котором степень ее диссоциации равна 1,9 %. Вычислите массу ацетата калия, которую следует добавить в этот раствор для получения буферного раствора с рН 4,0.

Решение. Связь между степенью диссоциации и константой диссоциации слабых электролитов описывается уравнением Оствальда:

²с

К = 

1  

Расчет объемов веществ для приготовления буферного раствора с заданными параметрами  1, величиной  в знаменателе можно пренебречь, т.к.

1    1 и уравнение примет более простой вид:

К = ²с

K 1,74·10^-5

Откуда с =  =  = 0,0482 моль/л

² (0,019)²

Для ацетатного буфера с_{b =} с(СН₃СООК); с_{а =} с(СН₃СООН).

Для расчета массы соли воспользуемся уравнением [5.13], подставив в него известные значения:

m(СН₃СООК)

рН = рК_а + lg  ,

с(СН₃СООН)V(СН₃СООН) M (СН₃СООК)

где рK_а - табличная величина, (табл. ).