Номер 173, страница 318 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.173. Какая из перечисленных смесей представляет собой буферный раствор?

1) ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}$ (50 мл; 0,05 моль/л) + NaOH (50 мл; 0,1 моль/л);

2) ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}$ (50 мл; 0,05 моль/л) + NaOH (50 мл; 0,05 моль/л);

3) ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}$ (50 мл; 0,1 моль/л) + NaOH (50 мл; 0,1 моль/л);

4) ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}$ (50 мл; 0,1 моль/л) + NaOH (50 мл; 0,05 моль/л).

Буферный раствор — это система, состоящая из слабой кислоты и ее сопряженного основания (или слабого основания и его сопряженной кислоты), способная поддерживать постоянство pH при добавлении небольших количеств сильных кислот или оснований. В данном случае мы рассматриваем ацетатный буфер, состоящий из слабой уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и ее сопряженного основания — ацетат-иона ($CH_3COO^−$).

Буферный раствор можно приготовить, смешав слабую кислоту с ее солью (например, $CH_3COOH$ и $CH_3COONa$) или частично нейтрализовав слабую кислоту сильным основанием. В последнем случае для образования буферной системы необходимо, чтобы слабая кислота была в избытке по сравнению с сильным основанием. Реакция, протекающая при смешивании:

$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$

Для определения, какая из смесей является буферной, необходимо рассчитать количество вещества (в молях) для каждого компонента в каждой смеси по формуле $n = C \cdot V$, где $C$ — молярная концентрация, а $V$ — объем. Буферная система образуется, если количество молей слабой кислоты ($CH_3COOH$) будет больше количества молей сильного основания ($NaOH$).

1) $CH_3COOH$ (50 мл; 0,05 моль/л) + $NaOH$ (50 мл; 0,1 моль/л)

Дано:

Найти:

Решение:

Рассчитаем количество вещества каждого реагента.

Количество вещества уксусной кислоты: $n(CH_3COOH) = C \cdot V = 0,05 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0025 \text{ моль}$.

Количество вещества гидроксида натрия: $n(NaOH) = C \cdot V = 0,1 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0050 \text{ моль}$.

Сравниваем количество веществ: $n(NaOH) > n(CH_3COOH)$. Сильное основание ($NaOH$) находится в избытке. Вся слабая кислота прореагирует. В конечном растворе будут содержаться ацетат натрия ($CH_3COONa$) и избыток гидроксида натрия. Такая смесь не является буферным раствором.

Ответ: Не является буферным раствором.

2) $CH_3COOH$ (50 мл; 0,05 моль/л) + $NaOH$ (50 мл; 0,05 моль/л)

Дано:

Найти:

Решение:

Рассчитаем количество вещества каждого реагента.

Количество вещества уксусной кислоты: $n(CH_3COOH) = 0,05 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0025 \text{ моль}$.

Количество вещества гидроксида натрия: $n(NaOH) = 0,05 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0025 \text{ моль}$.

Сравниваем количество веществ: $n(NaOH) = n(CH_3COOH)$. Кислота и основание взяты в эквимолярных количествах и прореагируют полностью. В конечном растворе будет содержаться только соль — ацетат натрия ($CH_3COONa$) и вода. Раствор не содержит слабой кислоты, необходимой для буферной системы.

Ответ: Не является буферным раствором.

3) $CH_3COOH$ (50 мл; 0,1 моль/л) + $NaOH$ (50 мл; 0,1 моль/л)

Дано:

Найти:

Решение:

Рассчитаем количество вещества каждого реагента.

Количество вещества уксусной кислоты: $n(CH_3COOH) = 0,1 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0050 \text{ моль}$.

Количество вещества гидроксида натрия: $n(NaOH) = 0,1 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0050 \text{ моль}$.

Как и в предыдущем случае, $n(NaOH) = n(CH_3COOH)$. Кислота и основание прореагируют полностью, образуя только соль $CH_3COONa$. Раствор не является буферным.

Ответ: Не является буферным раствором.

4) $CH_3COOH$ (50 мл; 0,1 моль/л) + $NaOH$ (50 мл; 0,05 моль/л)

Дано:

Найти:

Решение:

Рассчитаем количество вещества каждого реагента.

Количество вещества уксусной кислоты: $n(CH_3COOH) = 0,1 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0050 \text{ моль}$.

Количество вещества гидроксида натрия: $n(NaOH) = 0,05 \text{ моль/л} \cdot 0,05 \text{ л} = 0,0025 \text{ моль}$.

Сравниваем количество веществ: $n(CH_3COOH) > n(NaOH)$. Слабая кислота ($CH_3COOH$) находится в избытке. Гидроксид натрия прореагирует полностью, нейтрализовав часть кислоты.

Количество образовавшейся соли $CH_3COONa$ равно количеству прореагировавшего $NaOH$: $n(CH_3COONa) = n(NaOH) = 0,0025 \text{ моль}$.

Количество оставшейся уксусной кислоты: $n_{ост}(CH_3COOH) = n_{исх}(CH_3COOH) - n(NaOH) = 0,0050 \text{ моль} - 0,0025 \text{ моль} = 0,0025 \text{ моль}$.

В конечном растворе одновременно присутствуют значительные количества слабой кислоты ($CH_3COOH$) и ее сопряженного основания (в виде соли $CH_3COONa$). Такое сочетание компонентов и образует буферный раствор.

Ответ: Является буферным раствором.