Номер 3, страница 61, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Приведите по одному примеру каждого вида буферного раствора.

Какие виды буферных растворов существуют?

Буферные растворы (или буферные системы) — это растворы, способные поддерживать практически постоянное значение водородного показателя (pH) при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или оснований, а также при разбавлении. По составу и характеру создаваемой среды их классифицируют на два основных вида:

1. Кислотные буферные растворы. Они состоят из слабой кислоты и её соли, образованной сильным основанием. Солью в данном случае является сопряженное основание для слабой кислоты. Такие растворы поддерживают pH в кислой среде ($pH < 7$).

2. Основные (щелочные) буферные растворы. Они состоят из слабого основания и его соли, образованной сильной кислотой. Солью является сопряженная кислота для слабого основания. Такие растворы поддерживают pH в щелочной среде ($pH > 7$).

Помимо этих двух основных типов, можно выделить и более сложные системы, например, амфолитные буферные системы (растворы аминокислот, белков) или универсальные буферные смеси, действующие в широком диапазоне pH.

Ответ: Существуют два основных вида буферных растворов: кислотные (состоят из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием) и основные (состоят из слабого основания и его соли с сильной кислотой).

3. Приведите по одному примеру каждого вида буферного раствора.

Решение

Ниже приведены примеры для каждого из основных видов буферных растворов с объяснением их механизма действия.

Пример кислотного буферного раствора: Ацетатный буфер.

Состав: слабая уксусная кислота ($CH_3COOH$) и ее соль — ацетат натрия ($CH_3COONa$).

В растворе существует равновесие диссоциации слабой кислоты:

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

Ацетат натрия, как сильный электролит, обеспечивает высокую концентрацию ацетат-ионов ($CH_3COO^-$), которые являются сопряженным основанием. Таким образом, в системе одновременно присутствуют молекулы слабой кислоты (донор протонов) и значительное количество ионов сопряженного основания (акцептор протонов).

Механизм действия:

- При добавлении сильной кислоты (источника ионов $H^+$) они реагируют с ацетат-ионами, смещая равновесие влево:

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

- При добавлении сильного основания (источника ионов $OH^-$) они нейтрализуются уксусной кислотой:

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

В обоих случаях резкого изменения концентрации ионов $H^+$ (и, следовательно, pH) не происходит.

Пример основного буферного раствора: Аммиачный буфер.

Состав: слабое основание — гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$) и его соль — хлорид аммония ($NH_4Cl$).

В растворе существует равновесие:

$NH_3 + H_2o \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$

Хлорид аммония обеспечивает высокую концентрацию ионов аммония ($NH_4^+$), которые являются сопряженной кислотой. Система содержит слабое основание (акцептор протонов $NH_3$) и значительное количество ионов сопряженной кислоты (донор протонов $NH_4^+$).

Механизм действия:

- При добавлении сильной кислоты (источника ионов $H^+$) они реагируют с молекулами аммиака:

$NH_3 + H^+ \rightarrow NH_4^+$

- При добавлении сильного основания (источника ионов $OH^-$) они связываются ионами аммония, смещая равновесие основной диссоциации влево:

$NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3 + H_2O$

Это позволяет поддерживать относительно постоянное значение pH в щелочной области.

Ответ: Пример кислотного буферного раствора: смесь уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и ацетата натрия ($CH_3COONa$). Пример основного буферного раствора: смесь гидрата аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$) и хлорида аммония ($NH_4Cl$).