Каковы реакции, происходящие при добавлении кислоты или щёлочи к буферной системе, основанной на гидрофосфатной системе H₂PO₄/HPO₄, и как определить соотношение мольных долей ионных форм при различных значениях рН, а также на каком из рН (3,6 или 10,0) мольная доля Н₂РО₄ будет наибольшей? Кроме того, как рассчитать необходимые количества NaH₂PO₄·2H₂O и Na₂HPO₄·12H₂O для приготовления буферного раствора с рН 6,5 объемом 500 мл? И какой из буферных растворов H₂PO₄/HPO₄ с рН 6,5 и рН 7,9 будет иметь большую устойчивость к действию кислоты и щёлочи?

Химия Колледж Буферные растворы и их свойства реакции буферной системы гидрофосфатная система соотношение мольных долей значение рН мольная доля Н₂РО₄ расчет NaH₂PO₄·2H₂O расчет Na₂HPO₄·12H₂O буферный раствор рН 6,5 устойчивость буферных растворов влияние кислоты и щёлочи химия 12 класс Новый

Давайте разберем ваш вопрос по частям, чтобы понять, как работают буферные системы, основанные на гидрофосфатной системе H₂PO₄/HPO₄, и как можно рассчитать необходимые количества солей для приготовления буферного раствора.

1. Реакции при добавлении кислоты или щёлочи к буферной системе:

• При добавлении кислоты (например, HCl) в буферную систему происходит реакция с ионом HPO₄²⁻, в результате чего образуется H₂PO₄⁻. Это помогает минимизировать изменение pH.
• При добавлении щёлочи (например, NaOH) ион OH⁻ реагирует с H₂PO₄⁻, образуя HPO₄²⁻. Это также помогает сохранить стабильность pH.

2. Определение соотношения мольных долей ионных форм при различных значениях рН:

Для определения соотношения мольных долей ионных форм H₂PO₄⁻ и HPO₄²⁻ можно использовать уравнение Хендерсона-Хассельбаха:

pH = pKa + log([A⁻]/[HA]),

где:

• pH - значение pH раствора;
• pKa - константа диссоциации для H₂PO₄⁻ (примерно 7,2);
• [A⁻] - концентрация HPO₄²⁻;
• [HA] - концентрация H₂PO₄⁻.

Таким образом, можно рассчитать соотношение ионных форм для разных значений pH:

1. Для pH 3,6: pKa - pH = 7,2 - 3,6 = 3,6. Это значит, что H₂PO₄⁻ будет доминировать.
2. Для pH 10,0: pKa - pH = 7,2 - 10,0 = -2,8. Это значит, что HPO₄²⁻ будет доминировать.
3. Таким образом, при pH 6,5, H₂PO₄⁻ и HPO₄²⁻ будут в равновесии, но при pH 3,6 мольная доля H₂PO₄⁻ будет наибольшей.

3. Расчет необходимых количеств NaH₂PO₄·2H₂O и Na₂HPO₄·12H₂O для приготовления буферного раствора с pH 6,5 объемом 500 мл:

Для приготовления буфера с pH 6,5, мы можем использовать уравнение Хендерсона-Хассельбаха:

6,5 = 7,2 + log([HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻]).

Решая это уравнение, мы находим, что соотношение [HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻] примерно равно 0,63.

Теперь, предположим, что мы хотим получить 0,1 М буферный раствор. Объем 500 мл означает, что нам нужно 0,1 моль * 0,5 л = 0,05 моль буфера.

Теперь, используя соотношение 0,63:

• [H₂PO₄⁻] = 0,05/(1 + 0,63) = 0,0306 моль;
• [HPO₄²⁻] = 0,05 - 0,0306 = 0,0194 моль.

Теперь мы можем рассчитать массу необходимых солей:

• Молярная масса NaH₂PO₄·2H₂O ≈ 156 г/моль, значит, 0,0306 моль * 156 г/моль ≈ 4,78 г;
• Молярная масса Na₂HPO₄·12H₂O ≈ 358 г/моль, значит, 0,0194 моль * 358 г/моль ≈ 6,95 г.

4. Устойчивость буферных растворов к действию кислоты и щёлочи:

Буфер с pH 6,5 будет более устойчивым к добавлению кислоты или щёлочи, чем буфер с pH 7,9, потому что pH 6,5 ближе к pKa (7,2) и, следовательно, будет иметь более сбалансированное соотношение ионных форм, что позволяет лучше нейтрализовать добавленные кислоты или щёлочи.

Таким образом, мы рассмотрели основные реакции, определили соотношение ионных форм, рассчитали необходимые количества солей для приготовления буферного раствора и обсудили устойчивость различных буферов. Если у вас есть дополнительные вопросы, не стесняйтесь задавать!