Beregning af pH i en bufferopløsning

Beregningen af pH er en vigtig ressource, den studerende har til at bestemme karakter. sur, basisk eller neutral af en opløsning. I denne tekst vil vi foreslå tip til beregning af pH i en bufferopløsning på en enkel måde.

Det er bemærkelsesværdigt, at en bufferopløsning kan dannes af følgende blandinger:

Blanding af et salt med en svag base, som skal have samme kation som saltet. Det er en grundlæggende buffer;
Blanding af et salt med en svag syre, som skal have den samme anion som saltet. Det er en sur buffer.

Lad os gå til tipene ?!

1. tip: Formler efter typen af bufferopløsning

Når du har en sur bufferopløsning, skal du bruge:

pH = pKa + log [salt]
[syre]

Når du har en grundlæggende bufferløsning, skal du bruge:

pOH = pKb + log [salt]
[grundlag]

Når du har en grundlæggende bufferopløsning og en anden Kw (vandioniseringskonstant), skal du bruge:

pH = pKb - pKb - log [salt]
[grundlag]

2. tip: Når øvelsen giver deltagerne og ioniseringskonstant...

Vi har koncentrationen af syren eller basen, der danner opløsningen;

instagram story viewer

Vi har den koncentration af salt, der danner løsningen;
Vi har ioniseringskonstanten (Ka eller Kb) for syren eller basen, der danner opløsningen.

Eksempel: (UNIFOR-CE-tilpasset) En blanding af mælkesyre (CH₃CH (OH) COOH) og natriumlactat (CH₃CH (OH) COONa) i vandig opløsning fungerer som en bufferopløsning, det vil sige, at den praktisk talt ikke ændrer sin pH ved tilsætning af H⁺ eller åh^-. En opløsning indeholdende 0,12 mol / L mælkesyre og 0,12 mol / L natriumlactat har en pH-værdi, der kan beregnes ved hjælp af ligningen:

pH = pKa + log [salt]
[syre]

Ka = 1,0x10^-4= syreioniseringskonstant. Ved at forsømme mængden af syre, der gennemgår ionisering, skal du bestemme opløsningens pH-værdi.

Løsning:

I dette eksempel har vi en bufferopløsning, der består af salt og syre. De leverede data er:

[salt] = 0,12 mol / l
[syre] = 0,12 mol / l
Ka = 1,10^-4

BEMÆRK: øvelsen gav Ka, men i formlen bruger vi pKa, som simpelthen er - logKa.

Da det er en syrebuffer, skal du bare bruge udtrykket:

pH = pKa + log [salt]
[syre]

pH = - log 1,10^-4 + log 0,12
0,12

pH = - log10^-4 + log 0,12
0,12

pH = 4 log 10 + log 1

pH = 4,1 + 0

pH = 4

3. tip: Når træning kræver ændring af pH i en bufferopløsning, der har modtaget en mængde stærk syre eller base ...

Motion giver den koncentration af syre eller base, der danner den;
Vi har den koncentration af salt, der danner løsningen;
Vi har ioniseringskonstanten (Ka eller Kb) for syren eller basen, der danner opløsningen;
Motion giver pH-værdien af bufferen efter tilsætning af den stærke syre eller base;
Det er nødvendigt at finde pH-værdien af bufferen før tilsætning af syren eller den stærke base;
Derefter skal vi trække pH efter tilsætning fra pH før tilsætning.

Eksempel: (Unimontes-MG) En liter bufferopløsning indeholder 0,2 mol / L natriumacetat og 0,2 mol / L eddikesyre. Ved tilsætning af natriumhydroxid blev opløsningens pH ændret til 4,94. I betragtning af at pKa for eddikesyre er 4,76 ved 25 ° C, hvad er ændringen i pH i bufferopløsningen?

Løsning: I dette eksempel har vi en bufferopløsning dannet af salt og syre. De leverede data er:

pH efter tilsætning af stærk base = 4,94
[salt] = 0,2 mol / l
[syre] = 0,2 mol / l
pKa = 4,76

Først skal vi beregne bufferens pH, før vi tilføjer den stærke base. Til dette skal vi bruge udtrykket for syrebuffer:

pH = pKa + log [salt]
[syre]

pH = 4,76 + log 0,2
0,2

pH = 4,76 + log 1

pH = 4,76 + 0

pH = 4,76

Endelig trækker vi pH efter tilsætning af base fra pH før tilsætning:

ΔpH = efter - før tilsætning af base

ΔpH = 4,94 - 4,76

ΔpH = 0,18

4. tip: Beregning af pH i en buffer, når øvelsen giver massen af en af deltagerne

Motion giver den koncentration eller mængde stof af syre, base eller salt, der danner det;
Når øvelsen tilvejebringer mængden af stof (mol), vil den også give volumen, fordi vi i pH-beregningen bruger koncentration (dividerer mol med volumen);
Vi har ioniseringskonstanten (Ka eller Kb) for syren eller basen, der danner opløsningen;
Det er nødvendigt at beregne molmassen og mængden af den deltager, der fik massen i øvelsen.

Eksempel: (UFES - tilpasset) En opløsning blev fremstillet ved tilsætning af 0,30 mol eddikesyre og 24,6 gram natriumacetat i en tilstrækkelig mængde vand til at fuldføre 1,0 liter opløsning. CH-systemet₃COOH og CH₃COONa udgør en bufferopløsning, hvor dette system er i ligevægt. Således bestemme pH-værdien af den fremstillede opløsning. (Data: Ka = 1,8 × 10^-5, log 1,8 = 0,26)

Løsning:

Dataene fra øvelsen var:

Ka = 1,8 × 10^-5
log 1,8 = 0,26
Volumen = 1 liter
Antal mol syre 0,30 mol
Da volumenet er 1 liter, er [syre] = 0,30 mol / l
Masse salt anvendt = 24,6 g

Først: Vi skal beregne Molar masse (M₁) salt:

CH₃COONa

M₁ = 1.12 + 3.1+ 1.12 + 1.16 + 1.16 + 1.23

M₁ = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 23

M₁ = 82 g / mol

Sekund: Lad os nu bestemme antallet af mol salt ved at dividere massen tilvejebragt af øvelsen af Molar masse fundet:

n = 24,6
82

n = 0,3 mol

Tredje: Vi skal beregne molær koncentration saltet ved at dividere antallet af mol med det leverede volumen:

M = ingen
V

M = 0,3
1

M = 0,3 mol / l

Værelse: Vi skal beregne pH ved hjælp af udtrykket for sur bufferopløsning:

pH = pKa + log [salt]
[syre]

pH = -log 1,8,10^-5 + log 0,3
0,3

pH = 5 - log 1,8 + log 1

pH = 5 - 0,26 + 0

pH = 4,74

5. tip: Beregning af pH-værdien for en bufferopløsning, der blev fremstillet ved blanding af en syre og en base

Vi har den molære koncentration og volumen af den sure opløsning;
Vi har den molære koncentration og volumen af den grundlæggende opløsning;
Vi har ioniseringskonstanten for syren eller basen;
Bestem antallet af mol syre og base anvendt i præparatet (multiplicer molkoncentrationen med volumenet)
Respekter det støkiometriske forhold, det vil sige for hver H + af syren anvendes en OH- af basen til at neutralisere;
Da syre og base neutraliserer hinanden og danner et salt, skal vi vide, om der er nogen syre (syrebuffer) eller base (basisk buffer) tilbage;
Bestem molkoncentrationen af rest og salt ved at dividere deres molantal med volumen (summen af de anvendte volumener i præparatet).

Eksempel: (UEL) Bufferopløsninger er opløsninger, der modstår ændringen i pH, når der tilsættes syrer eller baser, eller når der forekommer fortynding. Disse opløsninger er især vigtige i biokemiske processer, da mange biologiske systemer er pH-afhængige. F.eks. Nævnes pH-afhængigheden af spaltningshastigheden af amidbindingen af aminosyretrypsinet af enzymet. chymotrypsin, hvor en ændring i en enhed med pH 8 (optimal pH) til 7 resulterer i en 50% reduktion i handling enzymatisk. For at bufferopløsningen skal have en signifikant buffervirkning, skal den have sammenlignelige mængder konjugeret syre og base. I et kemilaboratorium blev en bufferopløsning fremstillet ved at blande 0,50 l ethansyre (CH₃COOH) 0,20 mol L-1 med 0,50 L natriumhydroxid (NaOH) 0,10 mol L-1. (Givet: pKa af etansyre = 4,75)

Løsning:

Dataene fra øvelsen er:

[syre] = 0,20 mol / l
Syrevolumen = 0,5 l
[base] = 0,10 mol / l
Basisvolumen = 0,5 l
pKa = 4,75

Først: beregning af antallet af mol syre (na):

na = 0,20. 0,5

na = 0,1 mol

Sekund: beregning af antallet af mol af basen:

nb = 0,10. 0,5

nb = 0,05 mol

Tredje: Bestem, hvem der er tilbage i løsningen:

Ethansyre har kun et ioniserbart hydrogen, og basen har en hydroxylgruppe, så forholdet mellem dem er 1: 1. Så antallet af mol af begge skal være det samme, men vi har en større mængde (0,1 mol) syre end mængden af base (0,05 mol), hvilket efterlader 0,05 mol syre.

Værelse: Bestemmelse af antallet af mol salt

Da mængden af dannet salt altid er relateret til komponenterne med mindre støkiometrisk andel (balancering), i dette eksempel følger mængden af salt koefficient 1, det vil sige, dets molnummer er også 0,5 mol.

Femte: Bestemmelse af molær koncentration af syre og salt

0,5 liter syre blev blandet med 0,5 liter base, hvilket resulterede i et volumen på 1 liter. Således er syre- og saltkoncentrationen lig med 0,05 mol / l.

Sjette: pH-bestemmelse

Da bufferen er sur, skal du bare bruge værdierne i følgende udtryk:

pH = pKa + log [salt]
[syre]

pH = 4,75 + log 0,05
0,05

pH = 4,75 + log 1

pH = 4,75 + 0

pH = 4,75

Tip 6: Når øvelsen sætter spørgsmålstegn ved den nye pH-værdi efter tilsætning af en mængde stærk syre eller base ...

Vi har værdien af den molære koncentration af syren eller basen, der blev tilsat bufferen;
Vi skal have den molære koncentration af saltet, syren eller basen, der danner bufferen. Hvis vi ikke har det, skal du bare beregne det som set i de foregående tip;
Den tilsatte koncentration trækkes altid fra syre- eller basekoncentrationen;
Den tilsatte koncentration føjes altid til saltkoncentrationen.

Eksempel: Bestem pH-værdien for bufferopløsningen efter tilsætning af 0,01 mol NaOH, vel vidende at vi i 1,0 L af den fremstillede opløsning har 0,05 mol / L eddikesyre og 0,05 mol / L natriumacetat. Data: (pKa = 4,75, log 0,0666 = 0,1765)

Løsning:

Data leveret: