Tlumivé roztoky
Nevím si rady s těmito příklady, za každý nápad budu moc vděčná...
Tlumivý roztok se získal smícháním 1 litra 0,1 molárního roztoku NaH2PO4 a 1 litra 0,1 molárního roztoku Na2HPO4. Kolik gramů HCl se musí přidat do tohoto roztoku, aby byl poměr c(NaH2PO4): C(Na2HPO4)byl 10:1 a 100:1. jaká bude pH roztoku bez HCl a s HCl?
Máme 50ml 1 molárního hydroxidu sodného. Kolik ml 1 molárního roztoku kyseliny octové musíme přidat k hydroxidu, aby pH vzniklého roztoku po zředění na objem 500ml bylo 5,9? Disociační konstanta je K = 1,8 * 10-5 mol/dm-3
Tlumivý roztok se získal smícháním 1 litra 0,1 molárního roztoku NaH2PO4 a 1 litra 0,1 molárního roztoku Na2HPO4. Kolik gramů HCl se musí přidat do tohoto roztoku, aby byl poměr c(NaH2PO4): C(Na2HPO4)byl 10:1 a 100:1. jaká bude pH roztoku bez HCl a s HCl?
Máme 50ml 1 molárního hydroxidu sodného. Kolik ml 1 molárního roztoku kyseliny octové musíme přidat k hydroxidu, aby pH vzniklého roztoku po zředění na objem 500ml bylo 5,9? Disociační konstanta je K = 1,8 * 10-5 mol/dm-3
Odpovědi
Diskuze
pH = pKa + log(cs/ca). Abychom ji správně použili, musíme si uvědomit, co je kyselina a co její sůl. Podle Bronstedtovy teorie je kyselinou to, co může uvolňovat H+, aniontem soli je to, co zůstane po uvolnění H+. Takže NaH2PO4 je kyselinou, Na2HPO4 je její sůl. Sodný iont Na+ bude disociobvat vždycky, je to ion silné zásady. Pro naše výpočty je tedy rozhodující poměr koncentrací c(H2PO4-) - kyseliny, a c(HPO4--) - soli. Disociační konstantu kyseliny H2PO4- v tabulkách nenajdeš, ale najdeš tři disociační konstanty H3PO4. První, pKa1 je disociační konstanta H3PO4 ⇄ H+ + H2PO4-. Druhá, pKa2 odpovídá disociaci do druhého stupně:
H2PO4- ⇄ H+ + HPO4-- a třetí, pKa3 je HPO4-- ⇄ H+ + PO4---. Pro nás je podstatná pKa2 = 7,21.
Když tedy smícháme 1dm3 0,1M(NaH2PO4) a 1dm3(Na2HPO4), bude poměr kyseliny a její soli
cs/ca = 0,05/0,05 = 1 a pH = 7,21 + log(1) = 7,21; pokud by poměr cs/ca byl 1:10 = 0,1 tak
cs/ca = 1/10 = 0,1; pH = 7,21 + log(0,1) = 7,21 + (-1) = 6,21 , a konečně
cs/ca = 1/100 = 0,01; pH = 7,21 + log(0,01) = 5,21
Nyní k základnímu pufru s pH 7,21 přidáme silnou kyselinu, převedeme jejím působením ekvivalentní část HPO4-- na NaHPO4- a tím z i poměr cs/ca. M(HCl) = 36,4609g/mol. Označme látkové množství přidané HCl jako x. Pro poměr cs/ca = 0,1 dostaneme:
0,05-x/(0,05 + x) = 0,1 => 0,05 - x = 0,001 + 0,1*x => 1,1*x = 0,049 => x = 0,049/1,1 = 0,0445 mol HCl; m(HCl) = = n*M = 0,0445*36,4609 = 1,624g HCl
Pro poměr 100/1 dostaneme:
(0,05 - x)/(0,05 + x) = 0,01 => 0,05 - x = 0,0005 - 0,01*x => 1,01*x = 0,0495 => x = 0,049mol
m(HCl) = 1,787g HCl.
Tento příklad ukazuje význam pufrační kapacity pufru: . Přídavek 1,624g HCl snížil pH o jednotku. Ke snížení o další jednotku stačilo přidat 0,163g HCl. To proto, že pufrační kapacita byla předchozím přídavkem HCl do značné míry vyčerpaná. Za přijatelný rozsah práce pufru se považuje změna členu log(cs/ca) od -1 do +1, a tedu změna pH o ±1.
pKa - -log(Ka) = -log(1,8*10^-5) = 4,745. S pomocí Henderson Hasselbalchovy rovnice vypočteme poměr cs/ca:
pH = pKa + log(cs/ca) => log(cs/ca) = pH - pKa) => cs/ca = 10^(pH-pKa)
cs/ca = 10^(5,9 - 4,745) = 14,29
K roztoku NaOH tedy musíme přidat nadbytek kyseliny. Musí být tak velký, aby byl veškerý NaOH zneutralizován a poměr octan/kyselina byl vypočtených 14,29. A ukážeme si ještě jednu věc:
Obě látky, jak sůl tak volná kyselina, jsou ve stejném objemu. Protože cs = ns/V a ca = na/V,
cs/ca = (ns/V)/(na/V) = ns/na. ˇředěním pufru se tedy poměr cs/ca nemění, pokud nejde o velmi nízké koncentrace. Mění je jen pufrační kapacita. Ale záměna koncentrací látkovými množstvími výpočet usnadní.
Máme tedy ns = n(NaOH) = 1*0,05dm3 = 0,05mol. Množství kyseliny na musí být takové,
aby ns/(n(oct.) - ns) = 14,29 => 0,05/(n(oct.) - 0,05) = 14,29
0,05 = 14,29*n(oct.) - 0,7145 => 14,29/n(oct.) = 0,7645/14,29 = 0,0535 mol CH3COOH.
V(1Moct.) = n/c = 0,0535mol/1M = 0,0535dm3 = 53,5Cm3
Jasné?