Номер 174, страница 318 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.174. Ацетатный буфер, содержащий 0,1 моль уксусной кислоты и 0,05 моль ацетата, разбавили водой в 2 раза. Как изменился pH раствора?

Дано:

$n(CH_3COOH) = 0.1$ моль (уксусная кислота)
$n(CH_3COO^-) = 0.05$ моль (ацетат-ион)
Коэффициент разбавления = 2

Найти:

$\Delta pH$ — изменение pH раствора.

Решение:

Ацетатный буферный раствор представляет собой смесь слабой уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и ее сопряженного основания — ацетат-иона ($CH_3COO^-$), источником которого обычно является ее соль (например, ацетат натрия).

Водородный показатель (pH) буферного раствора рассчитывается по уравнению Гендерсона-Хассельбаха:

$pH = pK_a + \lg \frac{C_{основания}}{C_{кислоты}}$

где $pK_a$ — это показатель константы диссоциации слабой кислоты, $C_{основания}$ — молярная концентрация сопряженного основания (ацетата), а $C_{кислоты}$ — молярная концентрация слабой кислоты.

Поскольку оба компонента буфера находятся в одном и том же объеме раствора $V$, отношение их молярных концентраций равно отношению их количеств вещества (числа молей):

$\frac{C_{основания}}{C_{кислоты}} = \frac{n_{основания}/V}{n_{кислоты}/V} = \frac{n_{основания}}{n_{кислоты}}$

Следовательно, уравнение для расчета pH можно записать в виде:

$pH = pK_a + \lg \frac{n_{основания}}{n_{кислоты}}$

1. Рассчитаем pH исходного раствора ($pH_1$).

$pH_1 = pK_a + \lg \frac{0.05}{0.1} = pK_a + \lg(0.5)$

2. Рассчитаем pH раствора после разбавления ($pH_2$).

При разбавлении раствора водой в 2 раза общий объем раствора увеличивается вдвое. При этом концентрации кислоты и основания уменьшаются в 2 раза, но их количества ($n_{кислоты}$ и $n_{основания}$) остаются неизменными.

Поскольку pH буферного раствора зависит от отношения количеств (или концентраций) его компонентов, а это отношение при разбавлении не меняется, то и pH раствора остается постоянным.

$pH_2 = pK_a + \lg \frac{n_{основания}}{n_{кислоты}} = pK_a + \lg \frac{0.05}{0.1} = pK_a + \lg(0.5)$

3. Найдем изменение pH.

$\Delta pH = pH_2 - pH_1 = (pK_a + \lg(0.5)) - (pK_a + \lg(0.5)) = 0$

Вывод: в рамках применимости уравнения Гендерсона-Хассельбаха, pH идеального буферного раствора не изменяется при разбавлении.

Ответ: pH раствора не изменился.