Лабораторная работа № 12 Определение буферной емкости
Цель работы: приготовить буферные растворы с заданным значением рН и определить их буферную емкость:
вариант 1 – ацетатный буферный раствор;
вариант 2 – аммиачный буферный раствор.
Сущность работы. В ряде технологических процессов и при проведении анализов необходимо проводить исследования при постоянном значении рН. Для этих целей используются буферные растворы.
Характерной особенностью буферных систем является их способность сохранять постоянное значение рН при разбавлении и при добавлении небольших количеств сильных кислот и оснований. Буферное действие прекращается, как только одна из составных частей буферного раствора полностью израсходуется. Например, на рис. 22 показана область буферного действия ацетатного буфера.
Рис. 22. Зависимость буферной емкости 0,2 М ацетатного буферного раствора от рН
Для количественной характеристики способности буферного раствора противостоять влиянию сильных кислот и оснований используется величина, называемая буферной емкостью. Буферная емкость (π) – это число моль эквивалентов сильной кислоты или щелочи, которое следует добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его значение рН на единицу (понизить при добавлении кислоты и повысить при добавлении щелочи):
где
где
– количество моль-экв. кислоты или
щелочи; ΔрН – изменение рН после
добавления кислоты или щелочи;V
– объем
буферного раствора, л.
Количество моль-экв. кислоты или щелочи можно рассчитать по формуле
где
– молярная концентрация эквивалента
кислоты (щелочи), моль/л;V(X)
– объем раствора кислоты (щелочи), л.
Величина буферной емкости зависит от концентрации компонентов буферной смеси и отношения между этими концентрациями. С увеличением концентрации компонентов буферной смеси буферная емкость увеличивается. При разбавлении буферной смеси буферная емкость уменьшается.
Буферная емкость максимальна при одинаковых концентрациях соли и кислоты или соли и основания в буферной смеси. Если молярные концентрации эквивалента кислоты и соли равны, то значение рН буферной смеси будет равно рKа. Следовательно, для приготовления буферной системы с наибольшей буферной емкостью надо выбирать кислоту с наиболее близкой к заданному значению рН величиной рKа.
Для смесей, образованных слабым основанием и его солью, взятых в одинаковых концентрациях, рН = 14 – рKb, т. е. для их приготовления надо выбирать основание с рKb 14 – рН.
Оборудование и реактивы: мерные цилиндры (10 мл), мерные колбы (50,0 или 100,0 мл), воронка, пипетки (10,00–15,00 мл), бюретка, конические колбы для титрования, уксусная кислота 0,1 М, гидроксид натрия 1 М и 0,1 М, гидроксид аммония 0,2 М, соляная кислота 0,1 М, 0,2 М и 1 М, индикаторы метиловый оранжевый и фенолфталеин.
Выполнение работы
Вариант 1. Определение буферной емкости ацетатного буферного раствора
1. Приготовление буферных растворов. Получают у преподавателя задание из табл. 13.
Таблица 13
Задания для лабораторной работы
|
№ задания |
Объем буферного раствора, мл |
рН |
Исходные растворы | |
|
1 |
50 или 100 |
4,5 |
0,1 М СН3СООН |
0,1 М NaOH |
|
2 |
5,0 |
0,1 М СН3СООН |
0,1 М NaOH | |
|
3 |
5,2 |
0,1 М СН3СООН |
0,1 М NaOH | |
Рассчитывают соотношения и абсолютные значения объемов исходных растворов, необходимые для приготовления буферного раствора заданного объема с определенным значением рН, используя формулу для расчета рН буферного раствора, состоящего из слабой кислоты и ее соли.
Раствором, объем которого меньше, ополаскивают бюретку, затем заполняют им бюретку. В мерную колбу приливают из бюретки необходимый объем этого раствора. Вторым раствором доводят объем буферной смеси до метки, используя воронку (последние 0,5–1 мл раствора прибавляют по каплям с помощью пипетки). Колбу плотно закрывают и перемешивают полученный раствор, переворачивая колбу несколько раз.
2. Определение буферной емкости ацетатного буфера по щелочи. Отбирают аликвоту 10,00 мл ацетатного буфера в колбу для титрования, добавляют 2 капли фенолфталеина (рТ = 9,0) и титруют стандартным раствором щелочи до появления неисчезающей розовой окраски.
Титрование повторяют не менее 3 раз при условии, что DV ≤ 0,1 мл. По полученным результатам рассчитывают буферную емкость раствора.
По указанию преподавателя разбавляют исходный буферный раствор в n раз и определяют его буферную емкость путем титрования. Сравнивают полученные значения буферной емкости.
Вариант 2. Определение буферной емкости аммиачного буферного раствора
1. Приготовление буферных растворов. Получают у преподавателя задание из табл. 14.
Таблица 14