Номер 1, страница 61, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Что такое буферные растворы? Приведите примеры.

1. Буферные растворы — это растворы, которые способны поддерживать практически постоянное значение водородного показателя (pH) при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или щелочей, а также при разбавлении. Это свойство называется буферным действием.

По своему составу буферные растворы делятся на два основных типа:

1. Кислотные буферные системы, состоящие из слабой кислоты и ее сопряженного основания (обычно в виде соли этой кислоты, образованной сильным основанием). Например, ацетатный буфер ($CH_3COOH + CH_3COONa$).

2. Основные (щелочные) буферные системы, состоящие из слабого основания и его сопряженной кислоты (обычно в виде соли этого основания, образованной сильной кислотой). Например, аммиачный буфер ($NH_3 \cdot H_2o + NH_4Cl$).

Механизм действия буферных растворов основан на том, что один их компонент связывает избыток ионов водорода ($H^+$), а другой — избыток гидроксид-ионов ($OH^-$), предотвращая резкое изменение pH.

Рассмотрим механизм действия на примере ацетатного буфера ($CH_3COOH + CH_3COONa$):

В растворе в равновесии находятся молекулы слабой уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и значительное количество ацетат-ионов ($CH_3COO^-$) из полностью диссоциирующей в воде соли.

- При добавлении сильной кислоты (источника ионов $H^+$), они вступают в реакцию с ацетат-ионами, образуя слабую, мало диссоциирующую уксусную кислоту. Таким образом, концентрация ионов $H^+$ в растворе практически не изменяется.

$CH_3COO^- + H^+ \rightleftharpoons CH_3COOH$

- При добавлении щелочи (источника ионов $OH^-$), они нейтрализуются уксусной кислотой с образованием воды и ацетат-ионов. Концентрация $OH^-$ также почти не возрастает.

$CH_3COOH + OH^- \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_2O$

Примеры буферных растворов и их применение:

- Ацетатный буферный раствор: смесь уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и ацетата натрия ($CH_3COONa$). Поддерживает pH в кислой среде (около 4,7). Широко используется в химическом анализе и биохимических исследованиях.

- Фосфатный буферный раствор: смесь дигидрофосфата калия ($KH_2PO_4$) и гидрофосфата калия ($K_2HPO_4$). Является одной из важнейших буферных систем в живых организмах, в частности, внутри клеток, поддерживая pH около 7,2-7,4.

- Аммиачный буферный раствор: смесь гидрата аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$) и хлорида аммония ($NH_4Cl$). Поддерживает pH в щелочной среде (около 9,25). Применяется в аналитической химии, например, при комплексонометрическом титровании.

- Гидрокарбонатный буферный раствор: система, состоящая из угольной кислоты ($H_2CO_3$) и гидрокарбонат-ионов ($HCO_3^-$). Это главная буферная система плазмы крови, которая поддерживает ее pH в очень узком диапазоне 7,35–7,45, что жизненно важно для функционирования организма.

Ответ: Буферные растворы – это системы, состоящие из сопряженной кислотно-основной пары (слабая кислота и ее соль или слабое основание и его соль), которые способны противостоять изменениям pH при добавлении кислот или щелочей. Примеры: ацетатный ($CH_3COOH/CH_3COONa$), фосфатный ($H_2PO_4^-/HPO_4^{2-}$), аммиачный ($NH_3 \cdot H_2O/NH_4Cl$) и гидрокарбонатный ($H_2CO_3/HCO_3^-$) буферные растворы.