Расчет рН буферных систем I типа

Для расчета рН буферных систем I типа используется следующая формула:

где: рК_а = -lgК_а

К_а – константа ионизации слабой кислоты буферной системы.

 ν = СV или , т.е. число моль или моль эквивалентов.

Расчет рН и рОН буферных систем II типа

 

Для расчета рОН буферных систем II типа используется формула:

Для расчета рН буферных систем II типа используется формула:      ,

где: рК_b = -lgК_b

К – константа ионизации слабого основания буферной системы.

        ν = СV или , т.е. число моль или моль эквивалентов.

Механизм буферного действия

 

Буферным действием называют способность данной системы сохранять постоянство рН при добавлении сильных кислот или оснований. Сущность механизма буферного действия заключается в том, что компоненты буфера вступают в химическое взаимодействие с ионами Н⁺ и ОН^- посторонних кислот и оснований и переводят их в связанное состояние, т.е в состав малодиссоциированных электролитов. Реакции носят характер протолитических. В буферных системах I типа, состоящих из слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания, роль протолитической кислоты выполняет кислота буфера, а роль протолитического основания выполняет анион соли.

Буферная система I типа	Состав (кислота – соль)	Протоли- тическая кислота	Протолитическое основание
Гидрокарбонатная		Н2СО3	НСО3-
Фосфатная		Н2РО4-	НРО42-
Белковая
Гемоглобиновая	HHb-KHb	HHb	Hb-
Оксигемоглобиновая		HHbО2	HbО2-
Ацетатная		СН3СООН	СН3СОО-

В буферных системах II типа, состоящих из слабого основания и соли этого основания и сильной кислоты, роль протолитической кислоты выполняет катион соли, а роль протолитического основания – основание буфера

Буферная система II типа	Состав (основание – соль)	Протоли- тическая кислота	Протоли- тическое основание
Аммиачная
Анилиновая
Пиридиновая

Рассмотрим алгоритм записи механизма буферного действия.

Пример 1. Механизм буферного действия гидрокарбонатной буферной системы

Описание механизма буферного действия производится по следующему алгоритму:

· записывается состав буферной системы

       ;

· состояние компонентов буферной системы в водной среде отражают уравнения ионизации или диссоциации компонентов БС. – слабая кислота, процесс ее распада на ионы обратим – ионизация (ставим знак ). – сильный электролит, диссоциирует нацело (ставим знак ). Ионизация двухосновной угольной кислоты идет по первой ступени:

· при добавлении посторонней сильной кислоты, например, НСl в действие вступит соль буфера, т.к. она содержит анион, выполняющий роль протолитического основания.   

 

 

 

 

Таким образом, посторонняя сильная кислота заменяется эквивалентным количеством слабой протолитической кислоты, входящей в состав буфера, и рН раствора незначительно уменьшается;

· при добавлении постороннего сильного основания, например NaOH в действие вступит кислота буфера, т.к. с точки зрения протолитической теории кислота, как донор протонов, служит для связывания  посторонней щелочи; при этом образуется анион соли, входящей в состав буфера, выполняющий роль слабого протолитического основания.

 

 

Таким образом,  постороннее сильное основание заменяется эквивалентным количеством соли (слабого протолитического основания), входящей в состав буфера, и рН раствора незначительно увеличивается.

 

Пример 2. Механизм буферного действия фосфатной буферной системы:

· состав фосфатной буферной системы:

;

· уравнения ионизации или диссоциации компонентов буферной системы:

 

· при добавлении посторонней сильной кислоты, например, НСl в действие вступит та соль буфера, анион которой содержит меньше ионов водорода. Анион  выполняет роль протолитического основания.               

 

 

Вывод: посторонняя сильная кислота заменяется эквивалентным количеством слабой протолитической кислоты (соли ), входящей в состав буфера, и рН раствора незначительно уменьшается.

· при добавлении постороннего сильного основания, например NaOH в действие вступит та соль буфера ( ), анион которой выполняет роль протолитической кислоты. Эта соль содержит больше ионов водорода.

(Обязательно один компонент буфера превращается в другой, ставится знак ).

 

 

Вывод:  постороннее сильное основание заменяется эквивалентным количеством соли  (слабого протолитического основания), и рН раствора незначительно увеличивается.

Пример 3. Механизм буферного действия аммиачной буферной системы:

· состав: это буферная система II типа, состоит из слабого основания и его соли

· уравнения ионизации или диссоциации компонентов буферной системы:

 

· при добавлении посторонней сильной кислоты, например, НСl в действие вступит основание буфера:

 

Вывод:  посторонняя сильная кислота заменяется эквивалентным количеством соли (слабой протолитической кислоты), входящей в состав буфера, и рН раствора незначительно уменьшается.

· при добавлении постороннего сильного основания, например NaOH в действие вступит соль буфера, содержащая катион , выполняющий роль протолитической кислоты:

 

Вывод: постороннее сильное основание заменяется эквивалентным количеством слабого протолитического основания , входящего в состав буфера, и рН раствора незначительно увеличивается.

 

Расчет буферной емкости

Для оценки способности буферной системы поддерживать постоянство рН при добавлении посторонних кислот и щелочей используются величины буферной емкости. Буферная емкость  является  количественным  выражением  буферного    действия.

Буферная емкость по кислоте измеряется числом моль эквивалентов посторонней сильной кислоты, добавленных к 1 л раствора, чтобы изменить его рН на единицу.

Буферная емкость по основанию измеряется числом моль эквивалентов постороннего сильного основания, которые нужно добавить к буферу объемом 1 л чтобы изменить его рН на единицу.

Чем выше емкость, тем больше кислоты или основания можно добавить к буферу, не вызывая сдвига рН.

5.6. Оценка буферной емкости и буферное отношение.
Факторы, определяющие емкость буфера

 

Буферным отношением для БС I типа называют соотношение, стоящее под логарифмом в формуле для вычисления рН: . Выражение называют буферным отношением для буферных систем I типа.

Формула расчета pH для БС II типа . Выражение называют буферным отношением для буферных систем II типа.

Если буфер содержит больше протолитического основания, то его емкость по кислоте выше. При избытке протолитической кислоты в буфере он будет иметь более высокую емкость по основанию.

На величину буферной емкости влияет ряд факторов:

- концентрация компонентов буфера;

- буферное соотношение;

- разведение буферного раствора.

С ростом концентрации компонентов буфера величина емкости так же возрастает. Большей емкостью обладает раствор, в котором концентрация компонентов буфера выше.

Величина буферного соотношения значительно влияет на емкость буфера. При буферном соотношении, равном 1, буферная емкость по кислоте равна емкости по основанию и значения их при этом максимальные: В_к=В_о, если υ _к=υ _с.

При разведении буферного раствора буферная емкость уменьшается.

Интервал рН=рКа±1 называется зоной буферного действия.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ V.
БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

 

Выберите один правильный ответ

 

1. буфернОЙ системОЙ I типа ЯВЛЯЕТСЯ

1) пиридиновая   

2) ацетатная                   

3) аммиачная

2. буфернОЙ системОЙ II типа ЯВЛЯЕТСЯ:

1) фосфатная                              

2) ацетатная        

3) аммиачная                         

4) гемоглобиновая

3. буфернОЙ системОЙ II типа ЯВЛЯЕТСЯ

1) фосфатная                              

2) гидрокарбонатная

3)гемоглобиновая                      

4) анилиновая

4. БУФЕРНЫЕ СВОЙСТВА МОЖЕТ ПРОЯВЛЯТЬ СМЕСЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

1) NaHCO₃, CO₂ ∙ H₂O     

2) NH₃ ∙ H₂O, NaCl          

3) Na₃PO₄, K₃PO₄            

4) CH₃COOH, HNO₃

5. к буферным системам первого типа  относит-ся Каждая из двух буферных систем

1) аммиачная и гемоглобиновая           

2) белковая и фосфатная  

3 ) оксигемоглобиновая ипиридиновая

4) фосфатная и анилиновая

6. БУФЕРНЫЕ СВОЙСТВА МОЖЕТ ПРОЯВЛЯТЬ СМЕСЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

1) КСl, СН₃СООК

2) СН₃СООН, СН₃COONa

3) КСl, НСl

4) Na₂СO₃, NaOH

 

7. к буферным системам ВТОРОГО типа относит-ся Каждая из двух буферных систем

1) аммиачная и пиридиновая;

2) гемоглобиноваяи оксигемоглобиновая

3 ) фосфатная и аммиачная

4) белковая и анилиновая

 

8. буферная система второго типа состоит из

1) слабого основания и соли этого основания и сильной кислоты

2) сильного основания и соли этого основания и сильной  кислоты

3) сильного основания и соли этого основания и слабой кислоты

4) слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания

 

9. К буферным системам 1 типа не относится

1) аммиачная              2) гемоглобиновая         

3) белковая        4) фосфатная

 

10. буферная система первого типа состоит из

1) сильного основания и соли этого основания и сильной  кислоты

2) слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного ос-нования

3) слабого основания и соли этого основания и сильной     кислоты

4) сильной кислоты и соли этой кислоты и сильного ос-нования

 

11. Водородный показатель гидрокарбонатного буфера, состоящего из 50 мл с концентрацией 0, 2 моль/л раствора  и 100 мл с концентрацией 0, 1 моль/л раствора РАВЕН

1) 8, 2               2) 5, 8         3) 6, 4         4) 6, 8

 

12. Водородный показатель фосфатной буферной системы , состоящей из 100 мл раствора гидрофосфата натрия с концент-рацией 0, 03 моль/л и 100 мл раствора дигидро-фосфата натрия с концентрацией 0, 3 моль/л РАВЕН

1) 7, 8               2) 6, 9         3) 5, 8         4) 6, 8

 

13. Водородный показатель оксигемоглобино-вой буферной системы , состоя-щей из 50 мл раствора с концентрацией 1 моль/л и 5 мл раствора  с концентра-цией 1 моль/л.

1) 8, 12             2) 7, 2         3) 6, 2         4) 8, 2

 

14. Водородный показатель фосфатной буферной системы РАССЧИТЫВАЕТСЯ ПО ФОРМУЛЕ

1) рН = рК + lg      

2)       

3) рН = ½ (рК_к-ты + рС)   

4) рН = рα + рС

 

15. ФОРМУЛОЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ВодороднОГО показа-телЯ буферного раствора II типа ЯВЛЯЕТСЯ

1)     

2)

3)   

4)           

 

16. Водородный показатель аммиачной буфер-ной системы , состоящей из
100 мл раствора  с концентрацией
0, 2 моль/л (0, 2М) и 10 мл раствора  с кон-центрацией 0, 2 моль/л (0, 2М) РАВЕН

1) 10, 26           2) 3, 74       3) 8, 26       4) 5, 74

 

17. Водородный показатель анилиновой буферной системы , состоя-щей из 50 мл раствора с кон-центрацией 0, 2 моль/л (0, 2М) и 50 мл раствора с концентрацией 0, 02 моль/л (0, 02М) РАВЕН

 1) 10, 38          2) 8, 38       3) 4, 62       4) 5, 62

 

18. Водородный показатель аммиачной буфер-ной системы , состоящей из 20 мл 0, 1М  и 100 мл 0, 2 М .

1) 10, 24           2) 8, 24       3) 5, 76       4) 3, 76

19. ФОРМУЛОЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ВодороднОГО пока-зателЯ АММИАЧНОЙ БУФЕРНОЙ СИСТЕМЫ ЯВЛЯЕТСЯ

1)

2) pH=14-  

3) рН = ½ (рК_осн+ рС)         

4) рН = рα + рС

 

20. роль протолитической кислоты В гидрокарбо-натной буферной системе выполняет

1)          2)      3) H₂CO₃

 

21. роль протолитического основания В фосфат-ной неорганической системе выполняет

1)        2)      3)      4)

 

22. При добавлении постороннего сильного основания к аммиачной буферной системе протекает процесс

1)        

2)

3)             

4) NH₄⁺ +OH^-  NH₃·H₂O

23. роль протолитической кислоты В фосфатной неорганической буферной системе выполняет:

1) H₃PO₄  2 ) Na₂HPO₄      3) NaH₂PO₄     4) Na₃PO₄

 

24. При добавлении постороннего сильного основания к гемоглобиновой буферной системе протекает процесс

1) H₃O⁺ + Hb^- ↔ H₂O + HHb                 

2) HHb + OH^- ↔ Hb^- + H₂O

3) HHb + H₂O ↔ Hb^- + H₃O⁺                  

4) Hb^- + H₂O ↔ HHb + OH^-

 

25. роль протолитической кислоты В аммиачной буферной системе выполняет

1) NH₃∙ H₂O      2) NH₄Cl    3) NH₃       4) H₂O

 

26. При добавлении посторонней сильной кис-лоты к аммиачной буферной системе протекает процесс

1) NH₄⁺ + OH^- ↔ NH₃∙ H₂O                    

2) NH₄⁺ + H₂O ↔ NH₃∙ H₂O + H⁺

3) H₃O⁺ + NH₃∙ H₂O ↔ NH₄⁺ + 2H₂O                 

4) NH₃∙ H₂O ↔ NH₄⁺ + OH^-

 

27. роль протолитической кислоты В оксигемо-глобиновой буферной системе выполняет

1) KHb 2 ) HHbO₂   3) HHb                   4) KHbO₂    

 

28. При добавлении посторонней сильной кисло-ты к фосфатной буферной системе протекает процесс:

1) OH^- + H₂PO₄^- ↔ H₂O + HPO₄^2-                       

2) H₃O⁺ +H₂PO₄^- ↔ H₃PO₄ + H₂O

3) H₃O⁺ + HPO₄^2- ↔ H₂O + H₂PO₄^-                     

4) OH^- + HPO₄^2- ↔ H₂O + PO₄^3-

29. роль протолитического основания В гидро-карбонатной буферной системе выполняет:

1) H₂СО₃   2 ) NаНСО₃           3) Na₂СО₃   4) Н₂О

 

30. При добавлении постороннего сильного основания к гидрокарбонатной буферной системе протекает процесс

1) Н₂СО₃ + ОН^- ↔ НСО₃^- + Н₂О            

2) НСО₃^- + ОН^- ↔ СО₃^2- + Н₂О

3) Н₃О^- + ОН^- ↔ 2Н₂О                           

4) НСО₃^- + Н₃О⁺ ↔ Н₂СО₃ + Н₂О

 

31. К аммиачной буферной системе объемом 30 мл добавили 3 мл 0, 1 М НСl. При этом рН изменился на 0, 1. Буферная емкость по кислоте (В МОЛЬ ЭКВ/Л) равна

1) 0, 01 2) 0, 1   3) 0, 09    4) 10

 

32. К гидрокарбонатной буферной системе объемом 50 мл добавили 5 мл 1 М NaOH. При этом рН изменился на 0, 1. Буферная емкость по основанию (В МОЛЬ ЭКВ/Л) равна

1) 0, 01           2) 0, 1         3) 1            4) 10

 

33. Для ацетатной буферной системы, состоя-щей из 100 мл 0, 1 М и 100 мл 0, 2 М

1) B_k> B_o              

2)                         

3) B_k=B_o

 

34. буферное отношение для оксигемоглоби-новой буферной системы, если она обладает большей буферной емкостью по кислоте

1)                  2)               3)

35. буферное отношение для аммиачной буферной системы, если она обладает большей буферной емкостью по кислоте

1)                    

2)                    

3)

 

36. Для ацетатной буферной системы С буфернЫМ отношениеМ

1)     2) B_k < B_o     3)

 

37. Для гидрокарбонатной буферной системы, обладающей большей емкостью по основанию, чем по кислоте справедливо соотношение:

1) n_с/n_к > 1 2) n_c/n_o > 1 3) n_c/n_к < 1 4) n_c/n_к = 1

 

38. При равных концентрациях компонентов буфера большей емкостью по основанию обладает ацетатная буферная система

1) 200 мл CH₃COOH; 100 мл CH₃COONa                   

2) 100 мл СН₃СООН; 200 мл СН₃СООNa

3) 150 мл СН₃СООН; 150 мл СН₃СООNa

4) 200 мл СН₃СООН; 300 мл СН₃СООNa

 

39. Для фосфатной буферной системы, обладающей большей емкостью по кислоте, чем по основанию справедливо соотно-шение

1) n_с/n_к < 1 2) n_c/n_o < 1 3) n_c/n_o = 0 4) n_c/n_к > 1

 

40. При равных концентрациях компонентов буфера большей емкостью по кислоте обладает ацетатная буферная система

1) 200 мл CH₃COOH; 100 мл CH₃COONa

2) 100 мл СН₃СООН; 200 мл СН₃СООNa

3) 150 мл СН₃СООН; 150 мл СН₃СООNa

4) 300 мл СН₃СООН; 200 мл СН₃СООNa

 

41. Большей емкостью по кислоте обладает система

1) 100 мл Н₂СО₃ С = 0, 1 М; 200 мл NaHCO₃ С = 0, 1 М

2) 200 мл Н₂СО₃ С = 0, 2 М; 200 мл NaHCO₃ С = 0, 1 М

3) 100 мл Н₂СО₃ С = 0, 1 М; 50 мл NaHCO₃ С = 0, 1 М

4) 100 мл Н₂СО₃ С = 0, 1 М; 50 мл Na₂НРО₄ С = 0, 2 М

 

42. Для аммиачной буферной системы, состо-ящей из равных объемов 0, 1 М раствора NH₃∙ H₂O и 0, 2 М раствора NH₄Cl

1) В_о < В_к   2) В_к = В_о          3) В_к < В_о.

43. Возможное ЗНАЧЕНИЕ рН Для ацетатной буферной системы (рКа=4, 76)

1) 3        2) 5        3) 6        4) 8

 

 

Ответы к тесту на стр. 224

Тестовые задания для самоконтроля по теме V  на стр. 299

Ответы к тестовым заданиям для самоконтроля по теме V на стр. 313

 

ТЕМА VI. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
РАСТВОРОВ

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: