Номер 150, страница 315 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.150. При 25 °C буферный раствор имеет pH 4,80. Перед использованием раствор охладили до 5 °C. Изменится ли его pH? Почему?

Изменится ли его pH?

Да, pH буферного раствора изменится при охлаждении.

Почему?

Значение pH буферного раствора зависит от температуры. Это связано с тем, что водородный показатель (pH) определяется константой диссоциации ($K_a$) слабой кислоты или константой диссоциации ($K_b$) слабого основания, которые являются компонентами буферной системы. Эти константы, как и любые константы химического равновесия, зависят от температуры.

Для буферного раствора, состоящего из слабой кислоты (HA) и ее соли (которая является источником сопряженного основания A⁻), значение pH можно рассчитать с помощью уравнения Гендерсона-Хассельбаха:

$pH = pK_a + \lg{\frac{[A^-]}{[HA]}}$

где $pK_a = -\lg{K_a}$. Основное влияние на pH при изменении температуры оказывает изменение значения $pK_a$.

Зависимость константы равновесия от температуры описывается уравнением Вант-Гоффа. Качественно это влияние можно объяснить с помощью принципа Ле Шателье. Процесс диссоциации большинства слабых кислот (например, уксусной кислоты, которая часто используется в буферах с pH около 4,8) является эндермическим, то есть протекает с поглощением тепла ($\Delta H^\circ > 0$):

$HA(aq) \rightleftharpoons H^+(aq) + A^-(aq)$

При понижении температуры системы (с 25 °C до 5 °C) равновесие, в соответствии с принципом Ле Шателье, смещается в сторону обратной, экзотермической реакции, то есть влево. Это приводит к уменьшению степени диссоциации кислоты и, как следствие, к снижению концентрации ионов водорода $[H^+]$ в растворе.

Поскольку pH определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода ($pH = -\lg{[H^+]}$), уменьшение концентрации $[H^+]$ приведет к увеличению значения pH.

Ответ: Да, pH буферного раствора изменится. При охлаждении раствора с 25 °C до 5 °C его pH незначительно увеличится. Это происходит потому, что диссоциация слабой кислоты, входящей в состав буфера, как правило, является эндермическим процессом. Снижение температуры смещает равновесие диссоциации влево, в сторону образования недиссоциированных молекул кислоты. Это вызывает уменьшение концентрации ионов водорода $[H^+]$ и, соответственно, рост pH.