Calculul pH este o resursă importantă pe care elevul o are pentru a determina caracterul. acid, bazic sau neutru de o soluţie. În acest text vom propune sfaturi pentru calcularea pH-ului unei soluții tampon într-un mod simplu.
Este de remarcat faptul că a soluție tampon poate fi format din următoarele amestecuri:
Amestec de sare cu o bază slabă, care trebuie să aibă același cation ca sarea. Este un tampon de bază;
Amestecând o sare cu un acid slab, care trebuie să aibă același anion ca sarea. Este un tampon acid.
Să mergem la sfaturi ?!
Primul sfat: formule în funcție de tipul soluției tampon
Când aveți o soluție tampon acidă, utilizați:
pH = pKa + log [sare]
[acid]
Când aveți o soluție tampon de bază, utilizați:
pOH = pKb + log [sare]
[baza]
Când aveți o soluție tampon de bază și un Kw diferit (constantă de ionizare a apei), utilizați:
pH = pKb - pKb - log [sare]
[baza]
Al doilea sfat: Când exercițiul oferă concentrațiile participanților și constanta de ionizare...
Vom avea concentrația de acid sau bază care formează soluția;
Vom avea concentrația de sare care formează soluția;
Vom avea constanta de ionizare (Ka sau Kb) a acidului sau bazei care formează soluția.
Exemplu: (UNIFOR-CE-Adapted) Un amestec de acid lactic (CH3CH (OH) COOH) și lactat de sodiu (CH3CH (OH) COONa) în soluție apoasă funcționează ca o soluție tampon, adică practic nu își modifică pH-ul prin adăugarea de H+ sau oh-. O soluție care conține 0,12 mol / L de acid lactic și 0,12 mol / L de lactat de sodiu are un pH care poate fi calculat prin ecuația:
pH = pKa + log [sare]
[acid]
Ka = 1,0x10-4 = constanta de ionizare acida. Neglijând cantitatea de acid care suferă ionizare, determinați valoarea pH-ului soluției.
Rezoluţie:
În acest exemplu, avem o soluție tampon formată din sare și acid. Datele furnizate sunt:
[sare] = 0,12 mol / L
[acid] = 0,12 mol / L
Ka = 1,10-4
NOTĂ: exercițiul a dat Ka, dar în formulă folosim pKa, care este pur și simplu - logKa.
Deoarece este un tampon acid, folosiți doar expresia:
pH = pKa + log [sare]
[acid]
pH = - log 1,10-4 + jurnal 0,12
0,12
pH = - log10-4 + jurnal 0,12
0,12
pH = 4.log 10 + log 1
pH = 4,1 + 0
pH = 4
Al treilea sfat: când exercițiul necesită modificarea pH-ului unei soluții tampon care a primit o cantitate de acid sau bază puternică ...
Exercițiul va oferi concentrația de acid sau bază care îl formează;
Vom avea concentrația de sare care formează soluția;
Vom avea constanta de ionizare (Ka sau Kb) a acidului sau bazei care formează soluția;
Exercițiul va furniza valoarea pH-ului tamponului după adăugarea acidului puternic sau a bazei;
Este necesar să găsiți valoarea pH-ului tamponului înainte de a adăuga acidul sau baza puternică;
Apoi trebuie să scădem pH-ul după adăugare din pH înainte de adăugare.
Exemplu: (Unimontes-MG) Un litru de soluție tampon conține 0,2 mol / L de acetat de sodiu și 0,2 mol / L de acid acetic. Prin adăugarea de hidroxid de sodiu, pH-ul soluției s-a schimbat la 4,94. Având în vedere că pKa acidului acetic este de 4,76 la 25 ° C, care este modificarea pH-ului soluției tampon?
Rezoluţie: În acest exemplu avem o soluție tampon formată din sare și acid. Datele furnizate sunt:
pH după adăugarea unei baze puternice = 4,94
[sare] = 0,2 mol / L
[acid] = 0,2 mol / L
pKa = 4,76
Inițial trebuie să calculăm pH-ul tamponului înainte de a adăuga baza puternică. Pentru aceasta, trebuie să folosim expresia pentru tampon acid:
pH = pKa + log [sare]
[acid]
pH = 4,76 + log 0,2
0,2
pH = 4,76 + log 1
pH = 4,76 + 0
pH = 4,76
În cele din urmă, scădem pH-ul după adăugarea bazei din pH înainte de adăugare:
ΔpH = după - înainte de adăugarea bazei
ΔpH = 4,94 - 4,76
ΔpH = 0,18
Al patrulea sfat: Calculul pH-ului unui tampon atunci când exercițiul asigură masa unuia dintre participanți
Exercițiul va furniza concentrația sau cantitatea de materie de acid, bază sau sare care o formează;
Când exercițiul furnizează cantitatea de materie (mol), acesta va furniza și volumul, deoarece în calculul pH-ului folosim concentrația (împărțind molul la volum);
Vom avea constanta de ionizare (Ka sau Kb) a acidului sau bazei care formează soluția;
Este necesar să se calculeze masa molară și cantitatea de materie a participantului căruia i sa dat masa în exercițiu.
Exemplu: (UFES - Adaptat) S-a preparat o soluție adăugând 0,30 mol de acid acetic și 24,6 grame de acetat de sodiu într-o cantitate suficientă de apă pentru a completa 1,0 litri de soluție. Sistemul CH3COOH și CH3COONa constituie o soluție tampon în care acest sistem este în echilibru. Astfel, determinați pH-ul soluției preparate. (Date: Ka = 1,8 × 10-5, jurnal 1,8 = 0,26)
Rezoluţie:
Datele furnizate de exercițiu au fost:
Ka = 1,8 × 10-5
log 1,8 = 0,26
Volum = 1L
Numărul de moli de acid 0,30 moli
Deoarece volumul este 1 L, deci [acid] = 0,30 mol / L
Masa de sare folosită = 24,6 g
Primul: Trebuie să calculăm Masă molară (M1) de sare:
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
Al doilea: Acum să determinăm numărul de moli de sare împărțind masa furnizată de exercițiu la Masă molară găsite:
n = 24,6
82
n = 0,3 mol
Al treilea: Trebuie să calculăm concentrația molară de sare prin împărțirea numărului de aluniți la volumul furnizat:
M = Nu
V
M = 0,3
1
M = 0,3 mol / L
Cameră: Trebuie să calculăm pH-ul folosind expresia soluției tampon acid:
pH = pKa + log [sare]
[acid]
pH = -log 1.8.10-5 + jurnal 0.3
0,3
pH = 5 - log 1,8 + log 1
pH = 5 - 0,26 + 0
pH = 4,74
Al cincilea sfat: Calculul pH-ului unei soluții tampon care a fost preparată prin amestecarea unui acid și a unei baze
Vom avea concentrația molară și volumul soluției acide;
Vom avea concentrația molară și volumul soluției de bază;
Vom avea constanta de ionizare a acidului sau a bazei;
Determinați numărul de moli de acid și bază utilizate în preparat (înmulțind concentrația molară cu volumul);
Respectați raportul stoichiometric, adică pentru fiecare H + al acidului, se folosește un OH- al bazei pentru neutralizare;
Deoarece acidul și baza se neutralizează reciproc și formează o sare, trebuie să știm dacă mai există acid (tampon acid) sau bază (tampon bazic);
Determinați concentrația molară a resturilor și a sării prin împărțirea numărului de moli la volum (suma volumelor utilizate în preparat).
Exemplu: (UEL) Soluțiile tampon sunt soluții care rezistă schimbării pH-ului atunci când se adaugă acizi sau baze sau când are loc diluarea. Aceste soluții sunt deosebit de importante în procesele biochimice, deoarece multe sisteme biologice sunt dependente de pH. De exemplu, este menționată dependența de pH de rata de scindare a legăturii amidice a aminoacidului tripsină de către enzimă. chimotripsină, în care o schimbare a unei unități de pH 8 (pH optim) la 7 are ca rezultat o reducere de 50% a acțiunii enzimatic. Pentru ca soluția tampon să aibă o acțiune de tampon semnificativă, trebuie să aibă cantități comparabile de acid și bază conjugate. Într-un laborator de chimie, s-a preparat o soluție tampon prin amestecarea a 0,50 L de acid etanoic (CH3COOH) 0,20 mol L-1 cu 0,50 L hidroxid de sodiu (NaOH) 0,10 mol L-1. (Dat: pKa de acid etanoic = 4,75)
Rezoluţie:
Datele furnizate de exercițiu sunt:
[acid] = 0,20 mol / L
Volumul acidului = 0,5 L
[bază] = 0,10 mol / L
Volumul de bază = 0,5 L
pKa = 4,75
Primul: calculul numărului de moli de acid (na):
na = 0,20. 0,5
na = 0,1 mol
Al doilea: calculul numărului de aluni ai bazei:
nb = 0,10. 0,5
nb = 0,05 mol
Al treilea: Determinați cine rămâne în soluție:
Acidul etanoic are un singur hidrogen ionizabil, iar baza are o grupare hidroxil, deci raportul dintre ele este 1: 1. Deci, numărul de moli al ambelor ar trebui să fie același, dar avem o cantitate mai mare (0,1 moli) de acid decât cantitatea de bază (0,05 moli), lăsând 0,05 moli de acid.
Cameră: Determinarea numărului de moli de sare
Deoarece cantitatea de sare formată este întotdeauna legată de componentele cu proporție stoichiometrică mai mică (echilibrare), în acest exemplu, cantitatea de sare urmează coeficientul 1, adică numărul său de moli este, de asemenea, 0,5 mol.
A cincea: Determinarea concentrației molare de acid și sare
0,5 L de acid s-au amestecat cu 0,5 L de bază, rezultând un volum de 1 L. Astfel, concentrația de acid și sare este egală cu 0,05 mol / L.
Şaselea: determinarea pH-ului
Deoarece tamponul este acid, folosiți doar valorile din următoarea expresie:
pH = pKa + log [sare]
[acid]
pH = 4,75 + log 0,05
0,05
pH = 4,75 + log 1
pH = 4,75 + 0
pH = 4,75
Al șaselea sfat: Când exercițiul pune la îndoială noua valoare a pH-ului după adăugarea unei cantități de acid puternic sau bază ...
Vom avea valoarea concentrației molare a acidului sau bazei care a fost adăugată la tampon;
Trebuie să avem concentrația molară a sării, acidului sau bazei care formează tamponul. În cazul în care nu îl avem, calculați-l așa cum se vede în sfaturile anterioare;
Concentrația adăugată va fi întotdeauna scăzută din concentrația de acid sau bază;
Concentrația adăugată va fi adăugată întotdeauna la concentrația de sare.
Exemplu: Determinați pH-ul soluției tampon după adăugarea a 0,01 mol de NaOH știind că, în 1,0 L de soluție preparată, avem 0,05 mol / L de acid acetic și 0,05 mol / L de acetat de sodiu. Date: (pKa = 4,75, jurnal 0,0666 = 0,1765)
Rezoluţie:
Date furnizate:
[sare] = 0,05 mol / L
[acid] = 0,05 mol / L
[baza adăugată la tampon] = 0,01 mol / L
pKa = 4,75
pH = pKa - log (sare - bază)
(acid + bază)
pH = 4,75 - log (0,05 - 0,01)
(0,05 + 0,01)
pH = 4,75 - log 0,04
0,06
pH = 4,75 - log 0,666
pH = 4,75 + 0,1765
pH = 4,9265
De mine. Diogo Lopes Dias
Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-ph-uma-solucao-tampao.htm