Дано:
- Концентрации всех растворов составляют 0,1 моль/л.
- Растворы: уксусная кислота (CH3COOH), ацетат натрия (CH3COONa), дигидрофосфат калия (KH2PO4), гидрофосфат натрия (Na2HPO4), аммиак (NH3), хлорид аммония (NH4Cl).
- Требуемый pH буферного раствора: 8,6.
Найти:
- Два раствора для приготовления буферного раствора с заданным pH и их объемы для получения 1 л буферного раствора.
Решение:
1. Определим, какие компоненты можно использовать. Растворы аммиака и хлорида аммония можно использовать как основу и кислоту соответственно, так как аммиак является слабой основой, а хлорид аммония — соль, образуемая слабыми основаниями и сильными кислотами.
2. Буферный раствор основан на уравнении:
pH = pKa + log([A-]/[HA]),
где pKa — константа диссоциации кислоты, [A-] — концентрация основания, [HA] — концентрация кислоты.
3. Для аммонийной системы:
- pKa = 9,25 (для NH4+).
- Таким образом, pKa = 9,25 для NH4Cl.
4. Подставим известные величины в уравнение:
8,6 = 9,25 + log([NH3]/[NH4+]),
8,6 - 9,25 = log([NH3]/[NH4+]),
-0,65 = log([NH3]/[NH4+]).
5. Преобразуем из логарифмического уравнения:
[NH3]/[NH4+] = 10^(-0,65) ≈ 0,22.
6. Обозначим объем аммиака V_NH3 и объем хлорида аммония V_NH4Cl.
Из условия задачи, сумма объемов равна 1 Л:
V_NH3 + V_NH4Cl = 1,0 Л.
7. Отношение концентраций:
[NH3] = 0,1*V_NH3,
[NH4+] = 0,1*V_NH4Cl.
Подставим в уравнение:
0,1*V_NH3 / (0,1*V_NH4Cl) = 0,22,
V_NH3 / V_NH4Cl = 0,22.
8. Теперь выразим V_NH4Cl через V_NH3:
V_NH4Cl = V_NH3 / 0,22.
9. Подставим в уравнение для суммы:
V_NH3 + V_NH3/0,22 = 1,
V_NH3(1 + 1/0,22) = 1.
10. Найдем V_NH3:
V_NH3 * (1 + 4,545) = 1,
V_NH3 * 5,545 = 1,
V_NH3 = 1 / 5,545 ≈ 0,180 Л.
11. Найдем V_NH4Cl:
V_NH4Cl = 1 - V_NH3 = 1 - 0,180 ≈ 0,820 Л.
Ответ:
Для приготовления буферного раствора с pH 8,6 следует взять:
- 0,180 Л раствора аммиака (NH3),
- 0,820 Л раствора хлорида аммония (NH4Cl).