Дано:
- Концентрация дигидрофосфата калия (KH2PO4), [H2PO4-] = 0.02 моль/л
- Концентрация гидрофосфата натрия (Na2HPO4), [HPO4^2-] = 0.04 моль/л
Найти:
- pH буферного раствора
- Буферная емкость раствора
Решение:
Для расчета pH буферного раствора используем уравнение Хендерсона-Хассельбаха:
pH = pKa + log([A-]/[HA])
где:
- pKa - кислотная константа для пары H2PO4-/HPO4^2-.
- [A-] - концентрация основного компонента (HPO4^2-).
- [HA] - концентрация кислотного компонента (H2PO4-).
1. Найдем значение pKa. Для H2PO4- в протонной форме pKa ≈ 7.2.
2. Подставим значения в уравнение:
pH = 7.2 + log(0.04/0.02)
3. Рассчитаем логарифм:
log(0.04/0.02) = log(2) ≈ 0.301.
Тогда, pH = 7.2 + 0.301 ≈ 7.501.
Теперь найдем буферную емкость (β) раствора. Формула для расчета буферной емкости выглядит следующим образом:
β = (dC_H+ / d(pH))
где dC_H+ - изменение концентрации водородных ионов, а d(pH) - изменение pH.
Для буферного раствора можно использовать следующую приближенную формулу:
β ≈ 2.303 * (C_HA * C_A) / (C_HA + C_A)
где:
C_HA = [H2PO4-] = 0.02 моль/л
C_A = [HPO4^2-] = 0.04 моль/л
Подставим значения:
β ≈ 2.303 * (0.02 * 0.04) / (0.02 + 0.04)
β ≈ 2.303 * (0.0008) / (0.06)
β ≈ 2.303 * 0.01333
β ≈ 0.0307 моль/(л·pH)
Ответ:
pH ≈ 7.501
Буферная емкость (β) ≈ 0.0307 моль/(л·pH)