Материал: полезная метода

§4. Примеры решения задач.

1.Вычислите водородный показатель рН раствора гидроксида натрия,

содержащегося в растворе 4,2.10-3 моль/л.

Решение.

Исходя из ионного произведения воды Кв, находим концентрацию

ионов водорода, учитывая, что СОН- = 4,2.10-3 моль/л.

СН+ = К(Н2О)/СОН- = 10-14/4,2.10-3 = 0,24.10-11.

Водородный показатель раствора КОН равен:

рН = lgH+ = lg(0,24.10-11) = 11,62.

2. Рассчитайте концентрацию ионов ОН- в растворе, рН которого равен

3,28.

Решение По значению рН определяем концентрацию ионов Н+ в растворе:

рН = lgCH+; lgCH+ = 3,28 , отсюда СН+ = 5,25.10-4 моль/л.

Концентрацию ионов ОН- определяют по значению ионного

произведения воды:

СОН-=10-14/(5,25.10-4) = 0,19.10-10 моль/л.

3. Рассчитайте степень ионизации уксусной кислоты в водном растворе с концентрацией 0,100 моль/л и рН данного раствора (Кд = 1,75 10 5).

Решение:

1. Рассчитываем степень ионизации и равновесную концентрацию ионов оксония в растворе:

[H3O+] = Caαa = 0,100·1,32·10-2 = 1,32·10-3 моль/л 2. Вычисляем рН раствора:

рН = – lg a(H3O+) = – lg [H3O+] = – lg 1,32·10-3 = 2,88

§5. Задачи для самостоятельного решения

1.Для вывода из обморочного состояния в медицине используют раствор аммиака в воде – нашатырный спирт, 10 % раствор аммиака. Определите

степень диссоциации гидроксида аммония, если его рН равен 10,3 при

25 oС.

66

2. Вычислите концентрацию ионов гидроксила в биологических объектах при указанных значениях pH (таблица).

3.Вычислите pH водного раствора в 0,01М раствора КОН, считая, что щелочь продиссоциировала полностью.

4.Вычислите рН раствора, полученного при смешении равных объемов 0.04М раствора гидроксида натрия и 0.02 М раствора бромоводородной кислоты.

5.Рассчитайте концентрацию ионов ОН- в растворе, рOН которого равен

3,28.

6.Расчитайте рН 0,023 М раствора сахарина, если Кд для этого сахаразаменителя 2,1·10–12.

7.На предприятии не хватило запаса соды для нейтрализации кислотных

отходов, и 3,15 кг азотной кислоты были вылиты в канализацию, а оттуда попали в пруд емкостью 10000 м3. После этого в пруду погибла вся рыба. Определите водородный показатель воды, загрязненной азотной кислотой.

8.Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков - гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), так и прозрачный раствор ("известковую воду"). Рассчитайте рН 0,02М раствора Ca(OH)2.

9.Уксусная кислота - слабая (диссоциирует в водном растворе только частично). Тем не менее, поскольку кислотная среда подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, уксусную кислоту используют при консервировании пищевых продуктов, например, в составе маринадов.

67

Установлено, что в 0,01 M растворе уксусной кислоты степень диссоциации a составляет 4,2%. Рассчитайте рН этого раствора.

§6. Лабораторная работа «Определение рН растворов»

Цель работы: Научиться определять рН растворов с помощью индикаторов.

Опыт 1 Определение реакции растворов с помощью индикаторных полосок.

Этот метод достаточно широко вошел в практику, и выполним в любых условиях. Определение реакции растворов производят, используя монофункциональные или полифункциональные индикаторные полоски. Большинство полосок рассчитано на определение рН растворов в диапазоне от 0 до 14 и основано на индикаторном методе, суть которого заключается в использовании в качестве реагента индикаторной зоны для pH красителя лакмуса. Лакмус - это красящее вещество, добываемое из некоторых видов лишайника. Состав его сложен. Лакмус – слабая кислота, которой пропитывают бумагу. В зависимости от рН индикаторная зона приобретает соответствующий цвет. Значение pH определяется визуально (в соответствии со шкалой сравнения, где указано, какое значение pH какой окраске соответствует). Метод достаточно прост

ибыстр в исполнении. При его использовании необходимо соблюдать все требования, предъявляемые в инструкции к данному виду индикаторных полосок.

Ход работы: Полоску индикаторной бумаги обмакнуть в исследуемые растворы: кислота, основание/щелочь, соль, затем быстро положить на белую подложку. Быстро нужно класть потому, что индикатор растворится в жидкости и бумага станет белой. Далее сравнить окраску бумаги с эталоном цветной шкалы.

Опыт 2. Унифицированный метод определения рН с индикатором.

Практическое выполнение этого эксперимента очень просто и при большом количестве исследований значительно экономит время, однако дает только ориентировочное представление о кислой или щелочной реакции.

Ход работы: По 1 мл исследуемых растворов помещают в пробирки

идобавляют по 1 – 2 капли раствора индикатора. Граница переходных цветов индикатора указан в таблице; этот диапазон обеспечивает определение кислой и щелочной реакции. Например, желтый цвет метилоранжа соответствует слабощелочной и щелочной реакции, оранжевый – слабокислой, красный – кислой.

68

ТЕМА 6. БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Вопросы к занятию

1.Буферные системы, их классификация и механизм действия.

2.Основное уравнение теории буферного действия: уравнение Гендерсона – Гассельбаха.

3.Буферная емкость и ее определение.

4.Кислотно-щелочное равновесие в организме человека. Буферные системы и регуляции кислотно-основного равновесия в организме.

§1. Состав и классификация буферных растворов.

Буферными называют растворы, рН которых практически на изменяется от добавления к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи, а также при разведении.

Простейший буферный раствор это смесь слабой кислоты и соли, имеющей с этой кислотой общий анион (например, смесь уксусной кислоты СН3СООН и ацетата натрия СН3СООNa), либо смесь слабого основания и соли, имеющей с этим основанием общий катион (например, смесь гидроксида аммония NH4OH с хлоридом аммония NH4Cl).

С точки зрения протонной теории буферное действие растворов обусловлено наличием кислотно-основного равновесия общего типа: В основание + ВН+ сопряженная кислота НА кислота + А– сопряженное основание. Сопряженные кислотно-основные пары В /ВН+ и А– /НА называют буферными системами.

Буферные растворы играют большую роль в жизнедеятельности. К числу исключительных свойств живых организмов относится их способность поддерживать постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов кислотно-основной гомеостаз. Это постоянство обусловлено наличием нескольких буферных систем, входящих в состав этих тканей.

Буферные системы могут быть четырех типов: 1. Слабая кислота и ее анион А– /НА:

ацетатная буферная система СН3СОО–/СН3СООН в растворе СН3СООNa и СН3СООН, область действия рН 3,8–5,8.

Бикарбонатная система НСО3–/Н2СО3 в растворе NaНСО3 и Н2СО3, область её действия рН 5,4–7,4.

2. Слабое основание и его катион В/ВН+:

аммиачная буферная система NH3/NH4+ в растворе NH3 и NH4Cl, область ее действия рН 8,2–10,2

3. Солевые системы - анионы кислой и средней соли или двух кислых солей:

70