№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:

\[
\text{HA} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{A}^{-} + \text{H}_2\text{O}
\]

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:

\[
\text{H}^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{H}_2\text{O}
\]

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.