Вычислить рН ацетатной буферной смеси, приготовленной из 100 мл 0,1М раствора CH3COOH и 200 мл 0,2М...

Для решения задачи используем концепцию буферных растворов и уравнение Хендерсона-Хассельбальха. Буферный раствор состоит из слабой кислоты (уксусной кислоты, CH3COOH) и её сопряжённого основания (ацетат натрия, CH3COONa).

1. Вычисление начального pH буферного раствора

Уравнение Хендерсона-Хассельбальха для буферного раствора:

[ \text{pH} = \text{pK}_a + \log\left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\right) ]

где (\text{pK}_a = -\log K_a), [A^-] — концентрация ацетат-ионов ((\text{CH}_3\text{COO}^-)), а [HA] — концентрация уксусной кислоты ((\text{CH}_3\text{COOH})).

1. Рассчитаем (\text{pK}_a):

[ \text{pK}_a = -\log(1,75 \times 10^{-5}) \approx 4,76 ]

1. Найдём концентрации компонентов после смешивания:

• Объём смеси: (100 \, \text{мл} + 200 \, \text{мл} = 300 \, \text{мл} = 0,3 \, \text{л}).

• Концентрация уксусной кислоты после смешивания: [ [\text{CH}_3\text{COOH}] = \frac{0,1 \, \text{моль/л} \times 0,1 \, \text{л}}{0,3 \, \text{л}} = \frac{0,01}{0,3} \approx 0,0333 \, \text{моль/л} ]

• Концентрация ацетат-иона после смешивания: [ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = \frac{0,2 \, \text{моль/л} \times 0,2 \, \text{л}}{0,3 \, \text{л}} = \frac{0,04}{0,3} \approx 0,1333 \, \text{моль/л} ]

1. Рассчитаем pH:

[ \text{pH} = 4,76 + \log\left(\frac{0,1333}{0,0333}\right) = 4,76 + \log(4) \approx 4,76 + 0,6 = 5,36 ]

2. Изменение pH при добавлении NaOH

При добавлении 30 мл 0,2 М раствора NaOH изменяется концентрация компонентов буфера.

1. Количество добавленного NaOH:

[ n_{\text{NaOH}} = 0,2 \, \text{моль/л} \times 0,03 \, \text{л} = 0,006 \, \text{моль} ]

1. Реакция нейтрализации:

NaOH полностью нейтрализует часть уксусной кислоты:

[ \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} ]

• Количество оставшейся уксусной кислоты: [ 0,01 - 0,006 = 0,004 \, \text{моль} ]

• Количество ацетат-ионов: [ 0,04 + 0,006 = 0,046 \, \text{моль} ]

1. Новые концентрации в общем объёме:

• Новый объём смеси: (300 \, \text{мл} + 30 \, \text{мл} = 330 \, \text{мл} = 0,33 \, \text{л}).

• Концентрация уксусной кислоты: [ [\text{CH}_3\text{COOH}] = \frac{0,004}{0,33} \approx 0,0121 \, \text{моль/л} ]

• Концентрация ацетат-ионов: [ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = \frac{0,046}{0,33} \approx 0,1394 \, \text{моль/л} ]

1. Новый pH:

[ \text{pH} = 4,76 + \log\left(\frac{0,1394}{0,0121}\right) = 4,76 + \log(11,52) \approx 4,76 + 1,06 = 5,82 ]

Таким образом, после добавления NaOH pH буферного раствора изменится с 5,36 до 5,82.

1. Рассчитываем концентрацию CH3COOH и CH3COONa в итоговом растворе: CH3COOH: 0,1М 100мл / 300мл = 0,033М CH3COONa: 0,2М 200мл / 300мл = 0,133М

2. Рассчитываем рН ацетатной буферной смеси: pKa = -log(Kд) = -log(1,75*10^-5) ≈ 4,76 pH = pKa + log([CH3COONa]/[CH3COOH]) = 4,76 + log(0,133/0,033) ≈ 5,35

3. При добавлении 30 мл 0,2М раствора NaOH рассчитываем концентрацию NaOH: NaOH: 0,2М * 30мл / (300мл + 30мл) = 0,02М

4. Рассчитываем изменение рН при добавлении NaOH: pH = pKa + log([CH3COONa]/[CH3COOH] + [OH-]) = 4,76 + log(0,133/0,033 + 0,02) ≈ 5,44

Таким образом, рН буферного раствора увеличится до примерно 5,44 после добавления 30 мл 0,2М раствора NaOH.

Для вычисления рН ацетатной буферной смеси сначала найдем концентрации ацетата и уксусной кислоты после их смешивания.

1. Найдем количество вещества ацетата натрия: n(CH3COONa) = V(CH3COONa) M(CH3COONa) = 0,2 л 0,2 М = 0,04 моль

2. Найдем количество вещества уксусной кислоты: n(CH3COOH) = V(CH3COOH) M(CH3COOH) = 0,1 л 0,1 М = 0,01 моль

3. Теперь найдем концентрации ацетата натрия и уксусной кислоты после их смешивания: V(общий) = V(CH3COONa) + V(CH3COOH) = 0,2 л + 0,1 л = 0,3 л n(общий) = n(CH3COONa) + n(CH3COOH) = 0,04 моль + 0,01 моль = 0,05 моль

C(CH3COONa) = n(общий) / V(общий) = 0,05 моль / 0,3 л = 0,1667 М C(CH3COOH) = n(общий) / V(общий) = 0,05 моль / 0,3 л = 0,1667 М

1. Теперь найдем рН ацетатной буферной смеси: pKа = -log(Kа) = -log(1,75*10^(-5)) = 4,76 pH = pKa + log(C(CH3COONa) / C(CH3COOH)) = 4,76 + log(0,1667 / 0,1667) = 4,76

Таким образом, рН ацетатной буферной смеси равен 4,76.

1. При добавлении 30 мл 0,2 М раствора NaOH происходит реакция нейтрализации с уксусной кислотой: CH3COOH + NaOH -> CH3COONa + H2O

Таким образом, уксусная кислота превращается в ацетат натрия, и концентрация ацетата натрия увеличивается, а концентрация уксусной кислоты уменьшается. Расчет изменения рН после добавления NaOH требует дополнительных данных о объеме и концентрации ионов, образующихся в результате реакции нейтрализации, и может быть выполнен с использованием уравнения Гендерсона-Хассельбальха.