Υπολογισμός του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος

Ο υπολογισμός του pH είναι ένας σημαντικός πόρος που ο μαθητής πρέπει να καθορίσει χαρακτήρα. όξινο, βασικό ή ουδέτερο του α λύση. Σε αυτό το κείμενο θα προτείνουμε συμβουλές για τον υπολογισμό του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος με απλό τρόπο.

Αξίζει να σημειωθεί ότι α ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί να σχηματιστεί με τα ακόλουθα μείγματα:

Μείγμα αλατιού με ασθενή βάση, το οποίο πρέπει να έχει το ίδιο κατιόν με το αλάτι. Είναι ένα βασικό buffer.
Ανάμιξη αλατιού με ασθενές οξύ, το οποίο πρέπει να έχει το ίδιο ανιόν με το αλάτι. Είναι ένα όξινο ρυθμιστικό.

Ας πάμε στις συμβουλές ;!

1η Συμβουλή: Τύποι ανάλογα με τον τύπο του ρυθμιστικού διαλύματος

Όταν έχετε ένα όξινο ρυθμιστικό διάλυμα, χρησιμοποιήστε:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

Όταν έχετε μια βασική λύση buffer, χρησιμοποιήστε:

pOH = pKb + αρχείο καταγραφής [άλας]
[βάση]

Όταν έχετε μια βασική ρυθμιστική λύση και ένα διαφορετικό Kw (Water Ionization Constant), χρησιμοποιήστε:

pH = pKb - pKb - αρχείο καταγραφής [άλας]
[βάση]

2η Συμβουλή: Όταν η άσκηση παρέχει τις συγκεντρώσεις των συμμετεχόντων και σταθερά ιονισμού...

instagram story viewer

Θα έχουμε τη συγκέντρωση του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.
Θα έχουμε τη συγκέντρωση αλατιού που σχηματίζει τη λύση.
Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού (Ka ή Kb) του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.

Παράδειγμα: (UNIFOR-CE-Adaptted) Ένα μείγμα γαλακτικού οξέος (CH₃CH (OH) COOH) και γαλακτικό νάτριο (CH₃CH (OH) COONa) σε υδατικό διάλυμα λειτουργεί ως ρυθμιστικό διάλυμα, δηλαδή, ουσιαστικά δεν αλλάζει το pH του με την προσθήκη H⁺ ή ω^-. Ένα διάλυμα που περιέχει 0,12 mol / L γαλακτικού οξέος και 0,12 mol / L γαλακτικού νατρίου έχει ρΗ που μπορεί να υπολογιστεί με την εξίσωση:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

Ka = 1.0x10^-4= σταθερά ιονισμού οξέος. Παραβλέποντας την ποσότητα οξέος που υφίσταται ιονισμό, προσδιορίστε την τιμή pH του διαλύματος.

Ανάλυση:

Σε αυτό το παράδειγμα, έχουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από αλάτι και οξύ. Τα δεδομένα που παρέχονται είναι:

[αλάτι] = 0,12 mol / L
[οξύ] = 0,12 mol / L
Ka = 1,10^-4

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: η άσκηση έδωσε το Ka, αλλά στον τύπο χρησιμοποιούμε το pKa, το οποίο είναι απλά - logKa.

Επειδή είναι ρυθμιστικό οξέος, απλώς χρησιμοποιήστε την έκφραση:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

pH = - log 1.10^-4 + ημερολόγιο 0,12
0,12

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

pH = 4.log 10 + log 1

pH = 4,1 + 0

pH = 4

3η συμβουλή: Όταν η άσκηση απαιτεί αλλαγή του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος που έχει λάβει μια ποσότητα ισχυρού οξέος ή βάσης ...

Η άσκηση θα παρέχει τη συγκέντρωση οξέος ή βάσης που το σχηματίζει.
Θα έχουμε τη συγκέντρωση αλατιού που σχηματίζει τη λύση.
Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού (Ka ή Kb) του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.
Η άσκηση θα παρέχει την τιμή pH του ρυθμιστικού μετά την προσθήκη του ισχυρού οξέος ή της βάσης.
Είναι απαραίτητο να βρείτε την τιμή pH του ρυθμιστικού πριν προσθέσετε το οξύ ή την ισχυρή βάση.
Τότε πρέπει να αφαιρέσουμε το pH μετά την προσθήκη από το pH πριν από την προσθήκη.

Παράδειγμα: (Unimontes-MG) Ένα λίτρο ρυθμιστικού διαλύματος περιέχει 0,2 mol / L οξικού νατρίου και 0,2 mol / L οξικού οξέος. Προσθέτοντας υδροξείδιο του νατρίου, το ρΗ του διαλύματος άλλαξε σε 4,94. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το pKa του οξικού οξέος είναι 4,76 στους 25 ° C, ποια είναι η αλλαγή στο pH του ρυθμιστικού διαλύματος;

Ανάλυση: Σε αυτό το παράδειγμα έχουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα που σχηματίζεται από αλάτι και οξύ. Τα δεδομένα που παρέχονται είναι:

pH μετά την προσθήκη ισχυρής βάσης = 4,94
[αλάτι] = 0,2 mol / L
[οξύ] = 0,2 mol / L
pKa = 4,76

Αρχικά πρέπει να υπολογίσουμε το pH του ρυθμιστικού πριν προσθέσουμε την ισχυρή βάση. Για αυτό, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την έκφραση για ρυθμιστικό οξέος:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

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

pH = 4,76 + log 1

pH = 4,76 + 0

pH = 4,76

Τέλος, αφαιρούμε το pH μετά την προσθήκη βάσης από το pH πριν από την προσθήκη:

ΔpH = μετά - πριν από την προσθήκη βάσης

ΔpH = 4,94 - 4,76

ΔpH = 0,18

4η Συμβουλή: Υπολογισμός του pH ενός buffer όταν η άσκηση παρέχει τη μάζα ενός από τους συμμετέχοντες

Η άσκηση θα παρέχει τη συγκέντρωση ή την ποσότητα της ύλης του οξέος, της βάσης ή του άλατος που την σχηματίζει.
Όταν η άσκηση παρέχει την ποσότητα της ύλης (mol), θα παρέχει επίσης τον όγκο, επειδή στον υπολογισμό του pH χρησιμοποιούμε συγκέντρωση (διαιρώντας το mol με τον όγκο).
Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού (Ka ή Kb) του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.
Είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η γραμμομοριακή μάζα και το ποσό της ύλης του συμμετέχοντος στον οποίο δόθηκε η μάζα στην άσκηση.

Παράδειγμα: (UFES - Προσαρμοσμένο) Ένα διάλυμα παρασκευάστηκε με προσθήκη 0,30 mol οξικού οξέος και 24,6 g οξικού νατρίου σε επαρκή ποσότητα νερού για να ολοκληρωθεί 1,0 λίτρο διαλύματος. Το σύστημα CH₃COOH και CH₃Το COONa αποτελεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα στο οποίο αυτό το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία. Έτσι, προσδιορίστε το ρΗ του παρασκευασμένου διαλύματος. (Δεδομένα: Ka = 1,8 × 10^-5, log 1.8 = 0.26)

Ανάλυση:

Τα στοιχεία που παρείχε η άσκηση ήταν:

Ka = 1,8 × 10^-5
log 1,8 = 0,26
Όγκος = 1L
Αριθμός γραμμομορίων οξέος 0,30 γραμμομόρια
Καθώς ο όγκος είναι 1L, έτσι [οξύ] = 0,30 mol / L

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)
Χρησιμοποιούμενη μάζα αλατιού = 24,6 g

Πρώτα: Πρέπει να υπολογίσουμε το μοριακή μάζα (Μ₁) αλάτι:

Χ.Χ.₃ΚΟΝΑ

Μ₁ = 1.12 + 3.1+ 1.12 + 1.16 + 1.16 + 1.23

Μ₁ = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 23

Μ₁ = 82 g / mol

Δεύτερος: Τώρα ας προσδιορίσουμε τον αριθμό γραμμομορίων αλατιού διαιρώντας τη μάζα που παρέχεται από την άσκηση με το μοριακή μάζα βρέθηκαν:

η = 24,6
82

η = 0,3 mol

Τρίτος: Πρέπει να υπολογίσουμε το μοριακή συγκέντρωση του αλατιού διαιρώντας τον αριθμό γραμμομορίων με τον όγκο που παρέχεται:

Μ = όχι
Β

Μ = 0,3
1

Μ = 0,3 mol / L

Δωμάτιο: Πρέπει να υπολογίσουμε το pH χρησιμοποιώντας την έκφραση για όξινο ρυθμιστικό διάλυμα:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

pH = -log 1.8.10^-5 + καταγραφή 0.3
0,3

pH = 5 - log 1,8 + log 1

pH = 5 - 0,26 + 0

pH = 4,74

5η Συμβουλή: Υπολογισμός του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος που παρασκευάστηκε με ανάμιξη ενός οξέος και μιας βάσης

Θα έχουμε τη μοριακή συγκέντρωση και τον όγκο του όξινου διαλύματος.
Θα έχουμε τη μοριακή συγκέντρωση και τον όγκο του βασικού διαλύματος.
Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού του οξέος ή της βάσης.
Προσδιορίστε τον αριθμό γραμμομορίων οξέος και βάσης που χρησιμοποιούνται στο παρασκεύασμα (πολλαπλασιάζοντας τη μοριακή συγκέντρωση με τον όγκο).
Σεβαστείτε τη στοιχειομετρική αναλογία, δηλαδή, για κάθε Η + του οξέος, χρησιμοποιείται ένα ΟΗ- της βάσης για εξουδετέρωση.
Καθώς το οξύ και η βάση εξουδετερώνουν το ένα το άλλο και σχηματίζουν ένα αλάτι, πρέπει να γνωρίζουμε εάν έχει απομείνει οξύ (ρυθμιστικό οξέος) ή βάση (βασικό ρυθμιστικό).
Προσδιορίστε τη μοριακή συγκέντρωση του υπολείμματος και του αλατιού διαιρώντας τους αριθμούς γραμμομορίων με τον όγκο (άθροισμα των όγκων που χρησιμοποιήθηκαν στο παρασκεύασμα)

Παράδειγμα: (UEL) Τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι διαλύματα που αντιστέκονται στη μεταβολή του pH όταν προστίθενται οξέα ή βάσεις ή όταν συμβαίνει αραίωση. Αυτές οι λύσεις είναι ιδιαίτερα σημαντικές σε βιοχημικές διεργασίες, καθώς πολλά βιολογικά συστήματα εξαρτώνται από το ρΗ. Για παράδειγμα, αναφέρεται η εξάρτηση του ρΗ από τον ρυθμό διάσπασης του αμιδικού δεσμού της αμινοξέος τρυψίνης από το ένζυμο. χυμοτρυψίνη, στην οποία μια αλλαγή σε μία μονάδα του pH 8 (βέλτιστο pH) σε 7 οδηγεί σε μείωση της δράσης κατά 50% ενζυματική. Για το ρυθμιστικό διάλυμα να έχει σημαντική ρυθμιστική δράση, πρέπει να έχει συγκρίσιμες ποσότητες συζευγμένου οξέος και βάσης. Σε εργαστήριο Χημείας, παρασκευάστηκε ένα ρυθμιστικό διάλυμα με ανάμιξη 0,50 L αιθανοϊκού οξέος (CH₃COOH) 0,20 mol L-1 με 0,50 L υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) 0,10 mol L-1. (Δεδομένου: pKa αιθανοϊκού οξέος = 4,75)

Ανάλυση:

Τα δεδομένα που παρέχονται από την άσκηση είναι:

[οξύ] = 0,20 mol / L
Όγκος οξέος = 0,5 L
[βάση] = 0,10 mol / L
Βασικός όγκος = 0,5 L
pKa = 4,75

Πρώτα: υπολογισμός του αριθμού γραμμομορίων του οξέος (na):

na = 0,20. 0,5

na = 0,1 mol

Δεύτερος: υπολογισμός του αριθμού γραμμομορίων της βάσης:

nb = 0,10. 0,5

nb = 0,05 mol

Τρίτος: Προσδιορίστε ποιος μένει στη λύση:

Το αιθανοϊκό οξύ έχει μόνο ένα ιονισμένο υδρογόνο και η βάση έχει υδροξυλομάδα, οπότε η αναλογία μεταξύ τους είναι 1: 1. Έτσι, ο αριθμός των γραμμομορίων και των δύο θα πρέπει να είναι ο ίδιος, αλλά έχουμε μεγαλύτερη ποσότητα (0,1 mole) οξέος από την ποσότητα της βάσης (0,05 mole), αφήνοντας 0,05 mole οξέος.

Δωμάτιο: Προσδιορισμός του αριθμού των γραμμομορίων του άλατος

Καθώς η ποσότητα του αλατιού που σχηματίζεται σχετίζεται πάντα με τα συστατικά μικρότερης στοιχειομετρικής αναλογίας (εξισορρόπηση), σε αυτό το παράδειγμα, η ποσότητα αλατιού ακολουθεί τον συντελεστή 1, δηλαδή, ο αριθμός γραμμομορίων του είναι επίσης 0,5 mol.

Πέμπτος: Προσδιορισμός της μοριακής συγκέντρωσης οξέος και άλατος

0,5 λίτρα οξέος αναμίχθηκαν με 0,5 λίτρα βάσης, με αποτέλεσμα όγκο 1 λίτρο. Έτσι, η συγκέντρωση οξέος και άλατος είναι ίση με 0,05 mol / L.

Εκτος: προσδιορισμός του pH

Καθώς το buffer είναι όξινο, απλώς χρησιμοποιήστε τις τιμές στην ακόλουθη έκφραση:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

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

pH = 4,75 + log 1

pH = 4,75 + 0

pH = 4,75

6η Συμβουλή: Όταν η άσκηση αμφισβητεί τη νέα τιμή pH μετά την προσθήκη μιας ποσότητας ισχυρού οξέος ή βάσης ...

Θα έχουμε την τιμή της γραμμομοριακής συγκέντρωσης του οξέος ή της βάσης που προστέθηκε στο ρυθμιστικό.
Πρέπει να έχουμε τη μοριακή συγκέντρωση του άλατος, του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το ρυθμιστικό. Σε περίπτωση που δεν το έχουμε, απλά υπολογίστε το όπως φαίνεται στις προηγούμενες συμβουλές.
Η προστιθέμενη συγκέντρωση θα αφαιρείται πάντα από τη συγκέντρωση οξέος ή βάσης.
Η προστιθέμενη συγκέντρωση θα προστίθεται πάντα στη συγκέντρωση άλατος.

Παράδειγμα: Προσδιορίστε το ρΗ του ρυθμιστικού διαλύματος μετά την προσθήκη 0,01 mol ΝαΟΗ γνωρίζοντας ότι, σε 1,0 L του παρασκευασμένου διαλύματος, έχουμε 0,05 mol / L οξικού οξέος και 0,05 mol / L οξικού νατρίου. Δεδομένα: (pKa = 4,75, log 0,0666 = 0,1765)

Ανάλυση:

Παρεχόμενα δεδομένα: