№1. Показать, как работает любая буферная смесь при добавлении щелочи и сильной кислоты. №2. Вычислить pH буферной

№1. Буферная смесь - это раствор, который может сохранять почти постоянный pH при добавлении небольших количеств сильных кислот или щелочей. Позвольте мне объяснить, как работает буферная смесь при добавлении щелочи и сильной кислоты.

Представьте, что у нас есть буферная смесь, состоящая из слабой кислоты и ее соли или сильной щелочи и ее соли. Когда мы добавляем щелочь, щелочность повышается, и реагенты в буферной смеси реагируют с добавленными ионами гидроксида (OH-). Эта реакция называется гидролизом.

В случае слабой кислоты, она реагирует с добавленными ионами гидроксида следующим образом:

$$\text{HA}+{\text{OH}}^{-}\to {\text{A}}^{-}+{\text{H}}_2\text{O}$$

При этом происходит образование аниона соли (A-) и молекулы воды. Эта реакция позволяет поглощать ионы гидроксида и поддерживать постоянное значение pH.

Если в буферной смеси присутствует сильная кислота, добавленные ионы гидроксида реагируют с кислотой следующим образом:

$${\text{H}}^{+}+{\text{OH}}^{-}\to {\text{H}}_2\text{O}$$

При этом происходит образование молекулы воды. Такая реакция позволяет поглощать ионы гидроксида и поддерживать постоянное значение pH.

№2. Для вычисления pH буферной смеси, полученной путем смешивания 10 мл СН3COON с концентрацией 0,1 М и 5 мл ацетата натрия с той же концентрацией, мы можем использовать формулу гидролиза:

$$\text{pH}=\text{pKa}+\log \left(\frac{[\text{соли}]}{[\text{кислоты}]}\right)$$

где [\text{соли}] и [\text{кислоты}] - концентрации соли и кислоты соответственно.

В данном случае, концентрация соли и кислоты одинакова, поэтому:

$$\text{pH}=\text{pKa}+\log (1)=\text{pKa}$$

Подставим значения в формулу:

$$\text{pH}=4,74$$

№3. Чтобы вычислить pH буферного раствора, полученного путем смешивания равных объемов гидроксида и хлорида аммония, мы также можем использовать формулу гидролиза:

$$\text{pH}=\text{pKa}+\log \left(\frac{[\text{соли}]}{[\text{кислоты}]}\right)$$

где [\text{соли}] и [\text{кислоты}] - концентрации соли и кислоты соответственно.

Сначала найдем концентрацию гидроксида аммония и хлорида аммония после их смешивания. Мы суммируем объемы растворов и делим на два:

$$\text{Общий объем}=\frac{V_{\text{гидроксида}}+V_{\text{хлорида}}}{2}=\frac{V_{\text{гидроксида}}+V_{\text{хлорида}}}{2}$$

Теперь найдем концентрацию соли (гидроксида аммония) и кислоты (хлорида аммония) после их смешивания. Расчет производится аналогично:

$$\text{Концентрация соли}=\frac{C_{\text{гидроксида}}\times V_{\text{гидроксида}}}{\text{Общий объем}}$$
$$\text{Концентрация кислоты}=\frac{C_{\text{хлорида}}\times V_{\text{хлорида}}}{\text{Общий объем}}$$

Подставим полученные значения в формулу гидролиза:

$$\text{pH}=\text{pKa}+\log \left(\frac{\text{Концентрация соли}}{\text{Концентрация кислоты}}\right)$$

Вычислим значения и получим pH буферного раствора.

№4. При добавлении раствора соляной кислоты к фосфатному буферу происходит изменение общей и активной кислотности.

Общая кислотность определяется суммарным количеством кислот и оснований в растворе. При добавлении раствора соляной кислоты, количество кислот в буфере увеличивается, следовательно, общая кислотность увеличивается.

Активная кислотность определяет способность буферного раствора поддерживать постоянный pH при добавлении кислот или оснований. Фосфатный буфер имеет активную кислотность, основанную на реакции фосфата монооснования с водой:

$${\text{HPO}}_4^{2-}+{\text{H}}_2\text{O}\leftrightarrow {\text{H}}_2{\text{PO}}_4^{-}+{\text{OH}}^{-}$$

При добавлении соляной кислоты, соли фосфата реагируют с кислотой и образуют более кислый раствор, уменьшая активную кислотность.

Таким образом, при добавлении раствора соляной кислоты, общая кислотность фосфатного буфера увеличивается, а активная кислотность уменьшается.