Berechnung des pH-Werts einer Pufferlösung

Die Berechnung von pH ist eine wichtige Ressource, die der Schüler hat, um seinen Charakter zu bestimmen. sauer, basisch oder neutral von a Lösung. In diesem Text schlagen wir vor Tipps zur Berechnung des pH-Werts einer Pufferlösung auf einfache Weise.

Es ist bemerkenswert, dass a Pufferlösung kann durch folgende Mischungen gebildet werden:

Mischung eines Salzes mit einer schwachen Base, die das gleiche Kation wie das Salz haben muss. Es ist ein grundlegender Puffer;
Mischen eines Salzes mit einer schwachen Säure, die das gleiche Anion wie das Salz haben muss. Es ist ein saurer Puffer.

Kommen wir zu den Tipps?!

1. Tipp: Rezepturen nach Art der Pufferlösung

Wenn Sie eine saure Pufferlösung haben, verwenden Sie:

pH = pKa + log [Salz]
[Acid]

Wenn Sie eine basische Pufferlösung haben, verwenden Sie:

pOH = pKb + log [Salz]
[Base]

Wenn Sie eine basische Pufferlösung und eine andere Kw (Wasserionisierungskonstante) haben, verwenden Sie:

pH = pKb - pKb - log [Salz]
[Base]

2. Tipp: Wenn die Übung die Konzentration der Teilnehmer und Ionisationskonstante...

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Wir haben die Konzentration der Säure oder Base, die die Lösung bildet;
Wir haben die Salzkonzentration, die die Lösung bildet;
Wir haben die Ionisierungskonstante (Ka oder Kb) der Säure oder Base, die die Lösung bildet.

Beispiel: (UNIFOR-CE-angepasst) Eine Mischung aus Milchsäure (CH₃CH(OH)COOH) und Natriumlactat (CH₃CH(OH)COONa) in wässriger Lösung wirkt als Pufferlösung, d.h. es ändert seinen pH-Wert durch die Zugabe von H. praktisch nicht⁺ oder oh^-. Eine Lösung mit 0,12 mol/l Milchsäure und 0,12 mol/l Natriumlactat hat einen pH-Wert, der wie folgt berechnet werden kann:

pH = pKa + log [Salz]
[Acid]

Ka = 1,0x10^-4= Säureionisationskonstante. Unter Vernachlässigung der Säuremenge, die ionisiert wird, bestimmen Sie den pH-Wert der Lösung.

Auflösung:

In diesem Beispiel haben wir eine Pufferlösung aus Salz und Säure. Die bereitgestellten Daten sind:

[Salz] = 0,12 mol/L
[Säure] = 0,12 mol/L
Ka = 1,10^-4

HINWEIS: die Übung gab den Ka an, aber in der Formel verwenden wir den pKa, der einfach – logKa ist.

Da es sich um einen Säurepuffer handelt, verwenden Sie einfach den Ausdruck:

pH = pKa + log [Salz]
[Acid]

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. Tipp: Wenn beim Training der pH-Wert einer Pufferlösung geändert werden muss, die eine Menge starker Säuren oder Basen erhalten hat...

Übung wird die Konzentration der Säure oder Base liefern, die sie bildet;
Wir haben die Salzkonzentration, die die Lösung bildet;
Wir haben die Ionisierungskonstante (Ka oder Kb) der Säure oder Base, die die Lösung bildet;
Übung liefert den pH-Wert des Puffers nach Zugabe der starken Säure oder Base;
Vor der Zugabe der Säure oder starken Base muss der pH-Wert des Puffers ermittelt werden;
Dann müssen wir den pH-Wert nach der Zugabe von dem pH-Wert vor der Zugabe subtrahieren.

Beispiel: (Unimontes-MG) Ein Liter Pufferlösung enthält 0,2 mol/L Natriumacetat und 0,2 mol/L Essigsäure. Durch Zugabe von Natriumhydroxid änderte sich der pH-Wert der Lösung auf 4,94. Wenn man bedenkt, dass der pKa-Wert von Essigsäure bei 25°C 4,76 beträgt, wie ändert sich der pH-Wert der Pufferlösung?

Auflösung: In diesem Beispiel haben wir eine Pufferlösung aus Salz und Säure. Die bereitgestellten Daten sind:

pH nach Zugabe einer starken Base = 4,94
[Salz] = 0,2 mol/L
[Säure] = 0,2 mol/L
pKa = 4,76

Zunächst müssen wir den pH-Wert des Puffers berechnen, bevor wir die starke Base hinzufügen. Dazu müssen wir den Ausdruck für Säurepuffer verwenden:

pH = pKa + log [Salz]
[Acid]

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

pH = 4,76 + log 1

pH = 4,76 + 0

pH = 4,76

Schließlich subtrahieren wir den pH-Wert nach der Zugabe der Base vom pH-Wert vor der Zugabe:

ΔpH = nach - vor Zugabe der Base

pH = 4,94 - 4,76

pH = 0,18

4. Tipp: Den pH-Wert eines Puffers berechnen, wenn die Übung die Masse eines der Teilnehmer liefert provides

Übung wird die Konzentration oder Menge an Säure, Base oder Salz liefern, die sie bildet;
Wenn die Übung die Stoffmenge (Mol) liefert, liefert sie auch das Volumen, da wir bei der pH-Berechnung die Konzentration verwenden (Mol durch das Volumen dividieren);
Wir haben die Ionisierungskonstante (Ka oder Kb) der Säure oder Base, die die Lösung bildet;
Es ist notwendig, die Molmasse und die Stoffmenge des Teilnehmers zu berechnen, der die Masse in der Übung erhalten hat.

Beispiel: (UFES - Angepasst) Eine Lösung wurde hergestellt durch Zugabe von 0,30 Mol Essigsäure und 24,6 Gramm Natriumacetat in einer ausreichenden Menge Wasser, um 1,0 Liter Lösung zu vervollständigen. Das CH-System₃COOH und CH₃COONa stellt eine Pufferlösung dar, in der sich dieses System im Gleichgewicht befindet. Bestimmen Sie daher den pH-Wert der zubereiteten Lösung. (Daten: Ka = 1,8×10^-5, log 1,8 = 0,26)

Auflösung:

Die von der Übung gelieferten Daten waren:

Ka = 1,8×10^-5
log 1,8 = 0,26
Volumen = 1L
Anzahl der Säuremole 0,30 mol
Da das Volumen 1L beträgt, ist [Säure] = 0,30 mol/L

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Verwendete Salzmasse = 24,6 g

Zuerst: Wir müssen die. berechnen Molmasse (M₁) aus Salz:

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

Zweite: Lassen Sie uns nun die Anzahl der Salzmole bestimmen, indem wir die Masse der Übung durch die dividieren Molmasse gefunden:

n = 24,6
82

n = 0,3 mol

Dritte: Wir müssen die. berechnen Molare Konzentration des Salzes durch Division der Molzahl durch das zugeführte Volumen:

M = Nein
V

M = 0,3
1

M = 0,3 mol/L

Zimmer: Wir müssen den pH-Wert mit dem Ausdruck für saure Pufferlösung berechnen:

pH = pKa + log [Salz]
[Acid]

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. Tipp: Berechnung des pH-Wertes einer Pufferlösung, die durch Mischen einer Säure und einer Base hergestellt wurde

Wir haben die molare Konzentration und das Volumen der sauren Lösung;
Wir haben die molare Konzentration und das Volumen der basischen Lösung;
Wir haben die Ionisationskonstante der Säure oder Base;
Bestimmen Sie die Anzahl der Mole an Säure und Base, die in der Zubereitung verwendet wurden (multiplizieren Sie die molare Konzentration mit dem Volumen);
Beachten Sie das stöchiometrische Verhältnis, dh für jedes H+ der Säure wird ein OH- der Base zur Neutralisation verwendet;
Da Säure und Base sich gegenseitig neutralisieren und ein Salz bilden, müssen wir wissen, ob noch Säure (Säurepuffer) oder Base (Basispuffer) übrig ist;
Bestimmen Sie die molare Konzentration von Resten und Salz, indem Sie ihre Molzahlen durch das Volumen dividieren (Summe der in der Zubereitung verwendeten Volumina).

Beispiel: (UEL) Pufferlösungen sind Lösungen, die einer pH-Änderung bei Zugabe von Säuren oder Basen oder bei Verdünnung widerstehen. Diese Lösungen sind in biochemischen Prozessen besonders wichtig, da viele biologische Systeme pH-abhängig sind. Beispielsweise wird die pH-Abhängigkeit von der Spaltungsgeschwindigkeit der Amidbindung der Aminosäure Trypsin durch das Enzym erwähnt. Chymotrypsin, bei dem eine Änderung von einer Einheit von pH 8 (optimaler pH) auf 7 zu einer 50%igen Wirkungsminderung führt enzymatisch. Damit die Pufferlösung eine signifikante Pufferwirkung hat, muss sie vergleichbare Mengen an konjugierter Säure und Base aufweisen. In einem Chemielabor wurde eine Pufferlösung hergestellt, indem 0,50 L Ethansäure (CH₃COOH) 0,20 Mol L-1 mit 0,50 L Natriumhydroxid (NaOH) 0,10 Mol L-1. (Angegeben: pKa von Essigsäure = 4,75)

Auflösung:

Die von der Übung bereitgestellten Daten sind:

[Säure] = 0,20 mol/L
Säurevolumen = 0,5 L
[Base]= 0.10 mol/L
Grundvolumen = 0,5 L
pKa = 4,75

Zuerst: Berechnung der Molzahl der Säure (na):

na = 0,20. 0,5

na = 0,1 mol

Zweite: Berechnung der Molzahl der Base:

nb = 0,10. 0,5

nb = 0,05 mol

Dritte: Bestimmen Sie, wer in der Lösung noch übrig ist:

Ethansäure hat nur einen ionisierbaren Wasserstoff und die Base hat eine Hydroxylgruppe, daher beträgt das Verhältnis zwischen ihnen 1:1. Die Molzahl von beiden sollte also gleich sein, aber wir haben eine größere Menge (0,1 Mol) Säure als die Menge an Base (0,05 Mol), so dass 0,05 Mol Säure übrig bleiben.

Zimmer: Bestimmung der Molzahl des Salzes

Da sich die gebildete Salzmenge immer auf die Komponenten mit geringerem stöchiometrischen Anteil bezieht (Ausgleich), in diesem Beispiel folgt die Salzmenge dem Koeffizienten 1, d. h. seine Molzahl beträgt ebenfalls 0,5 mol.

Fünfte: Bestimmung der molaren Konzentration von Säure und Salz

0,5 L Säure wurden mit 0,5 L Base vermischt, was ein Volumen von 1 L ergab. Somit beträgt die Säure- und Salzkonzentration 0,05 mol/l.

Sechste: pH-Bestimmung

Da der Puffer sauer ist, verwenden Sie einfach die Werte im folgenden Ausdruck:

pH = pKa + log [Salz]
[Acid]

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

pH = 4,75 + log 1

pH = 4,75 + 0

pH = 4,75

6. Tipp: Wenn die Übung den neuen pH-Wert nach Zugabe einer Menge starker Säure oder Base in Frage stellt...

Wir haben den Wert der molaren Konzentration der Säure oder Base, die dem Puffer zugesetzt wurde;
Wir müssen die molare Konzentration des Salzes, der Säure oder Base haben, die den Puffer bildet. Falls wir es nicht haben, berechnen Sie es einfach wie in den vorherigen Tipps gesehen;
Die zugegebene Konzentration wird immer von der Säure- oder Basenkonzentration abgezogen;
Die zugesetzte Konzentration wird immer zur Salzkonzentration addiert.

Beispiel: Bestimmen Sie den pH-Wert der Pufferlösung nach Zugabe von 0,01 mol NaOH, wobei Sie wissen, dass in 1,0 l der hergestellten Lösung 0,05 mol/l Essigsäure und 0,05 mol/l Natriumacetat enthalten sind. Daten: (pKa = 4,75, log 0,0666 = 0,1765)

Auflösung:

Zur Verfügung gestellte Daten: