Файл: Расчеты рН для кислот, оснований и солей. Буферные растворы.docx

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский Федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Химико-технологический институт

Кафедра «Аналитической химии»

РЕФЕРАТ

Тема: Расчеты рН для кислот, оснований и солей. Буферные растворы

Выполнил:

студент группы Х-210007

Сергеев Антон Алексеевич

Проверила:

доктор химических наук,

заведующая кафедрой аналитической химии

Козицина Алиса Николаевна

Екатеринбург, 2022

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Водородный показатель (pH произносится «пэ-аш») — мера определения кислотности водных растворов. Ассоциирована с концентрацией ионов водорода, что эквивалентно активности ионов водорода в сильно разбавленных растворах.

Для водных растворов (при стандартных условиях) водородный показатель составляет:

• 
  pH < 7 соответствует кислотному раствору;
  
• 
  pH = 7 соответствует нейтральному раствору;
  
• 
  pH > 7 соответствует щелочному раствору.
  

Водородный показатель может быть определён с помощью кислотно-основных индикаторов, измерен потенциометрическим pH-метром или вычислен по формуле как величина, противоположная по знаку и равная по модулю десятичному логарифму активности водородных ионов, выраженной в молях на литр:


pH = -lg [H⁺]


{\displaystyle {\mbox{pH}}=-\lg \left[{\mbox{H}}^{+}\right]}

---

РАСЧЕТ PH ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Расчет pH сильной кислоты и сильного основания

Протолитическое равновесие

HA + H₂O = H₃O⁺ + A^-

B + H₂O = BH⁺ + OH^-

смещено полностью вправо. Равновесие автопротолиза при C_к-ты 10^-6 моль/л или C_осн  10^-6 моль/л подавлено, поэтому

[H⁺] = C_к-ты pH = -lg [H⁺] = -lg C_к-ты

[OH^-] = C_осн pOH = -lg [OH^-] = -lg C_осн

Учитывая, что [H⁺][OH^-] = K_W, получаем

[H⁺] = , pH = pK_w – lg C_осн = 14 - lg C_осн

Если C_{к-ты }10^-6 моль/л или C_осн  10^-6 моль/л, надо необходимо учитывать ионы водорода, которые образуются при автопротолизе воды. В этом случае общее количество ионов H⁺ в растворе кислоты складывается из ионов, которые получились при диссоциации воды и автопротолизе воды. Концентрация последних равна [OH^-]^-:

[H⁺] = C_к-ты + [OH^-] =

тогда

[H⁺]² - C_к-ты*[H⁺] + K_w = 0

[H⁺] =

Расчет pH слабой кислоты и слабого основания

В растворе слабой кислоты устанавливается равновесие

HA + H₂O H₃O⁺ + A^-

Если кислота диссоциирована мало (  5%), можно считать, что C_к-ты = [HA]. Если ионов водорода, образовавшихся при диссоциации HA, достаточно для подавления автопротолиза воды, то можно считать единственным источником их появления и полагать, что [H⁺] = [A^-]. С учетом этих допущений получим

K_a = =

тогда

[H⁺] =

pH =

Источником гидроксил-ионов в растворе слабого основания является равновесие

B + H₂O BH⁺ + OH^-

Степень диссоциации основания достаточно мала, получаем:

[OH^-] =

---

или

[H⁺] = pH = pK_w –

Пусть допущения, сделанные при выводе формул, неправомерные. При   5% имеем [HA]  C_к-ты, [HA] = C_к-ты - [H⁺], тогда

K_a = =

После несложных преобразований получим уравнение

[H⁺]² + K_a[H⁺] - C_к-ты K_a

Решая его, получим

[H⁺] =

Аналогично, для основания при   5% получим

[H⁺] =

Если C_к-ты  10^-4 моль/л, K_a  10^-8 , то необходимо учитывать поступление ионов H⁺ или OH^- за счет автопротолиза. Применяя уравнение электронейтральности

[H⁺] = [A^-] + [OH^-],

получаем

[H⁺] = + , [H⁺] =

Расчет pH солей

Расчет pH солей производят исходя из уравнения гидролиза соответствующих солей

1. 
   Соль образована сильным основанием и сильной кислотой
   

Соль, которая образована сильным основанием (щелочью) и сильной кислотой (например, NaCl, K₂SO₄), не подвергается гидролизу. Водные растворы таких солей имеют нейтральную среду. pH таких солей равен 7.

2. 
   Соль образована сильным основанием и слабой кислотой
   

Если соль образована слабой кислотой и сильным основанием. Например, ацетат натрия CH₃COONa, то уравнение гидролиза запишется так

CH₃COONa + H₂O CH₃COOH + NaOH

CH₃COO^- + H₂O CH₃COOH + OH^-

Константа гидролиза уравнения будет равна:

K_г = = *

---

=

Степень гидролиза будет равна

h = =

Концентрация ионов OH^- будет равно

[OH^-] = hС_соли = С_соли * =

pOH = - lg [OH^-] = - lg ( ) = 7 - *lg C_соли - *pK_a

pH = 14 – pOH = 14 – 7 + *lg C_соли + *pK_a = 7 + *lg C_соли + *pK_a

В итоге pH соли сильного основания и слабой кислоты можно находить по формуле:

pH = 7 + *lg C_соли + *pK_a

3. 
   Соль образована слабым основанием и сильной кислотой
   

Если соль образована сильной кислотой и слабым основанием. Например, хлорид аммония NH₄Cl, то уравнение гидролиза запишется так

NH₄Cl + H₂O NH₃ * H₂O + HCl
NH₄⁺ + H₂O NH₃ * H₂O + H⁺

Константа гидролиза реакции будет равна
K_г = = * =
Степень гидролиза будет равна
h = =
Концентрация ионов H⁺ будет равна
[H⁺] = hС_соли = С_соли *

---

=

pH = - lg [H⁺] = - lg ( ) = 7 + *lg C_соли + *pK_b

В итоге pH соли слабого основания и сильной кислоты можно находить по формуле:

pH = 7 + *lg C_соли + *pK_b

4. 
   Соль образована слабой основанием и слабой кислотой
   

Если соль образована слабой кислотой и слабым основанием. Например, ацетат аммония CH₃COONH₄, то гидролиз

CH₃COONH₄ + H₂O CH₃COOH + NH₄OH

протекает практически полностью. Константа гидролиза рассчитывается

K_г =

pH такого раствора зависит только от величин констант диссоциации кислоты и основания и не зависит от концентрации соли:

pH = +

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Буферные растворы — это растворы, рН которых меняется незначительно при разбавлении или при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи

Буферные растворы могут быть:

• 
  Кислотно-основными — поддерживают постоянное значение рН при введении кислот или оснований;
  
• 
  Окислительно-восстановительными — сохраняют постоянным потенциал системы при введении окислителей или восстановителей;
  
• 
  Металлобуферными — поддерживают постоянное значение концентрации ионов металла.
  

Буферный раствор представляет собой сопряженную пару; в частности, кислотно-основный буферный раствор — сопряженную кислотно-основную пару. Например, ацетатный буферный раствор состоит из CH₃COOH и CH₃COONa, аммиачный — из NH₃ и NH₄Cl, фосфатный — из NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄.

Расчет pH буферных растворов

В растворе, который содержит сопряженную кислотно-основную пару, устанавливается два равновесия:

HA + H₂O

---