Тема: Свойства буферных растворов. Лабораторная работа. Свойства буферных растворов, определение буферной емкости.
Цель: научиться готовить буферные растворы и исследовать зависимость рН буферного раствора от концентраций и соотношений концентраций компонентов буферной системы.
Задание:
приготовить
буферные растворы с заданным значением
pH, колориметрическим методом определить
значение pH буферного раствора, определить
буферную емкость, установить зависимость
буферной емкости от разбавления,
определить как влияет добавление
небольших количеств сильных кислот и
оснований на рН буферного раствора.
Оборудование: спектрофотометр ПЭ-5300В с набором кювет, штатив с пробирками, стеклянные палочки, бюретки вместимостью 25 мл, градуированные пипетки, капельницы, воронки. Спектрофотометр ПЭ-5300В:
Реактивы: соляная кислота, растворы уксусной кислоты, ацетата натрия, гидроксида натрия (все с = 0,1 моль/л), раствор хлорида натрия 0,9%-й, растворы лакмоида, метилового оранжевого и метилового красного.
Сущность работы: Для расчета рН ацетатной буферной системы используют уравнение:
Анализ
приведенного уравнения позволяет
сделать следующие выводы: рН буферных
растворов зависит от константы диссоциации
сопряженной кислоты, от соотношения
концентраций (количеств веществ)
компонентов кислотно-основной пары,
практически не зависит от разбавления
раствора водой.
При введении в буферный раствор небольшого количества (X моль) сильной кислоты рН получившегося буферного раствора можно рассчитать следующим образом:
где
n – количество вещества компонента
буфера, моль.
При введении в
буферный раствор небольшого количества
(Y моль) сильного основания, рН буферного
раствора можно рассчитать по формуле:
Выполнение эксперимента:
Опыт 1. Приготовление буферных растворов с различным значением рН.
а Приготовление буферных растворов с различным значением рН.
Экспериментальные данные
|
Пробирка с исходным буферным раствором |
№1 |
№2 |
№3 |
|
с(NaCH3COO): с(CH3COOH) |
|
|
|
|
Цвет буферного раствора после добавления лакмоида |
|
|
|
|
рН исходного буферного раствора
|
|
|
|
|
Пробирка с разбавленным буферным раствором |
№4 |
№5 |
№6 |
|
с(NaCH3COO): с(CH3COOH) |
|
|
|
|
Цвет разбавленного буферного раствора после добавления лакмоида |
|
|
|
|
рН разбавленного буферного раствора |
|
|
|
Справочные данные: рКа(CH3COOH) = ________________
Расчет рН
Вывод(определяют зависимость рН буферного раствора от соотношения концентраций компонентов и от разбавления. Приводят объяснения):
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
б) Колориметрическое определение рН буферного раствора.
Определяют рН приготовленного буферного раствора с помощью универсального индикатора. На полоску бумаги универсального индикатора стеклянной палочкой наносят 1 каплю исследуемого раствора. Полоску индикаторной бумаги сравнивают со стандартной шкалой рН.
Определение рН проводят на спектрофотометре ПЭ-5300В. В первую пробирку с помощью пипетки отмеривают 9,0 мл исследуемого буферного раствора. Во вторую пробирку добавляют из бюретки 9,0 мл раствора карбоната натрия. В обе пробирки добавляют точно (из бюретки) по 1,0 мл раствора выбранного индикатора. Содержимое пробирок хорошо перемешивают стеклянной палочкой. Одну из кювет заполняют раствором из первой пробирки, предварительно ополоснув ее этим раствором, другую кювету – дистиллированной водой. Растворы в кюветы наливают до метки. При необходимости внешние стенки кювет вытирают фильтровальной бумагой. Измеряют оптические плотности исследуемого раствора (Ax) и раствора карбоната натрия, в котором индикатор полностью ионизирован (Amах). Рассчитывают степень ионизации индикатора в исследуемом растворе.
Э
Приблизительное значение рН, рН = ___________
Выбранный индикатор: _______________________
Длина волны: λ = _______ нм
Значение оптической плотности: Ax = ___________ Amах = __________
Обработка результатов эксперимента:
Рассчитывают степень ионизации индикатора а в исследуемом растворе по формуле:
α
α =
Рассчитывают значение рН по уравнению:
pH
= pKa
+ lg
pH
=
Вывод:
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_
Опыт
2.
Выяснение
влияния добавления небольших количеств
сильных кислот и оснований на рН буферного
раствора.
|
№ раствора |
Объект изучения |
Окраска раствора после добавления лакмоида |
+ 5 капель НСl, с = 0,1 моль/л |
+ 5 капель НСl, с = 0,1 моль/л |
|
|
Буферный раствор |
|
|
______ |
|
|
Буферный раствор |
|
______ |
|
|
|
Физиологический раствор |
|
|
______ |
|
|
Физиологический раствор |
|
______ |
|
В
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Опыт 3. Установление зависимости буферной емкости раствора от разбавления.
Готовят
два буферных раствора с
одинаковым соотношением концентраций
составляющих его компонентов, но с
разной суммарной концентрацией. В
пробирке
1 готовят 10,0 мл буферного раствора с
соотношением концентраций ацетата
натрия и уксусной кислоты равным 1 : 9.
Рассчитанные объемы растворов отмеривают
из бюреток. В пробирку 2 отбирает пипеткой
1,0 мл раствора из пробирки 1 и добавляют
8,0 мл дистиллированной воды (точно).
Растворы перемешивают. В обе пробирки
добавляют по 2 капли раствора метилового
оранжевого. Наблюдаемую окраску
записывают в таблицу. В обе пробирки
добавляют по 5 капель раствора гидроксида
натрия с концентрацией 0,1 моль/л. Растворы
перемешивают. Наблюдаемую окраску
записывают в таблицу.
|
Пробирка |
Объект Исследования |
Окраска после добавления метилового оранжевого |
Окраска после добавления 5 капель раствора NaOH с=0,1 моль/л |
|
1 |
Исходный буферный раствор |
|
|
|
2 |
Разбавленный буферный Раствор |
|
|
В
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
Опыт 4. Определение буферной емкости раствора по кислоте и основанию.
(Оценка практических навыков).
В колбах 1 и 3 готовят по 10 мл испытуемого ацетатного буферного раствора с равными молярными концентрациями компонентов. В колбах 2 и 4 готовят по 10 мл буферных растворов-свидетелей с соотношением концентраций соли и кислоты, равными 1 : 9 (в колбе 2) и 9 : 1 в (колбе 4).
а) Определение буферной емкости раствора по кислоте.
В колбы 1 и 2 добавляют по 5 капель раствора метилового оранжевого, растворы перемешивают. Испытуемый раствор в колбе 1 титруют соляной кислотой до получения окраски, одинаковой с окраской раствора свидетеля (в колбе 2). Результаты титрования записывают в таблицу.
а) Определение буферной емкости раствора по основанию кислоте.
В колбы 3 и 4 добавляют по 5 капель раствора метилового красного, растворы перемешивают. Испытуемый раствор в колбе 3 титруют раствором гидроксида натрия до получения окраски, одинаковой с окраской раствора свидетеля (в колбе 4). Результаты титрования записывают в таблицу.
|
Колба |
Содержимое колб |
|
рН до титрования |
V титранта, мл |
рН после титрования |
β, моль/л |
|
|
По кислоте (с метиловым оранжевым) | |||||
|
1 |
Испытуемый раствор |
1 : 1 |
|
|
|
βa = |
|
2 |
Раствор свидетель |
1 : 9 |
|
__________ |
|
______ |
|
|
По основанию (с метиловым красным) | |||||
|
3 |
Испытуемый раствор |
1 : 1 |
|
|
|
βb = |
|
4 |
Раствор свидетель |
1 : 9 |
|
__________ |
|
______ |
Обработка результатов эксперимента:
Буферные емкости по кислоте (βa) и основанию (βb) рассчитывают по формулам:
βa
= 
; βb
= 
г
Вывод (указывают полученные результаты, сравнивают буферную емкость по кислоте и основанию. Дают объяснения полученным результатам).
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________