Лабораторная работа № 12. Определение буферной емкости

Цель работы: приготовить буферные растворы с заданным значением рН и определить их буферную емкость:

– вариант 1 – ацетатный буферный раствор;

– вариант 2 – аммиачный буферный раствор.

Сущность работы. В ряде технологических процессов и при проведении анализов необходимо проводить исследования при постоянном значении рН. Для этих целей используются буферные растворы.

Характерной особенностью буферных систем является их способность сохранять постоянное значение рН при разбавлении и при добавлении небольших количеств сильных кислот и оснований. Буферное действие прекращается, как только одна из составных частей буферного раствора полностью израсходуется. Например, на рис. 22 показана область буферного действия ацетатного буфера.

Рис. 22. Зависимость буферной емкости
0, 2 М ацетатного буферного раствора от рН

Для количественной характеристики способности буферного раствора противостоять влиянию сильных кислот и оснований используется величина, называемая буферной емкостью. Буферная емкость (π) – это число моль эквивалентов сильной кислоты или щелочи, которое следует добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его значение рН на единицу (понизить при добавлении кислоты и повысить при добавлении щелочи):

где где – количество моль-экв. кислоты или щелочи; Δ рН – изменение рН после добавления кислоты или щелочи; V – объем буферного раствора, л.

Количество моль-экв. кислоты или щелочи можно рассчитать по формуле

где – молярная концентрация эквивалента кислоты (щелочи), моль/л; V (X) – объем раствора кислоты (щелочи), л.

Величина буферной емкости зависит от концентрации компонентов буферной смеси и отношения между этими концентрациями. С увеличением концентрации компонентов буферной смеси буферная емкость увеличивается. При разбавлении буферной смеси буферная емкость уменьшается.

Буферная емкость максимальна при одинаковых концентрациях соли и кислоты или соли и основания в буферной смеси. Если молярные концентрации эквивалента кислоты и соли равны, то значение рН буферной смеси будет равно рK_а. Следовательно, для приготовления буферной системы с наибольшей буферной емкостью надо выбирать кислоту с наиболее близкой к заданному значению рН величиной рK_а.

Для смесей, образованных слабым основанием и его солью, взятых в одинаковых концентрациях, рН = 14 – рK_b, т. е. для их приготовления надо выбирать основание с рK_b» 14 – рН.

Оборудование и реактивы: мерныецилиндры (10 мл), мерные колбы (50, 0 или 100, 0 мл), воронка, пипетки (10, 00–15, 00 мл), бюретка, конические колбы для титрования, уксусная кислота 0, 1 М, гидроксид натрия 1 М и 0, 1 М, гидроксид аммония 0, 2 М, соляная кислота 0, 1 М, 0, 2 М и 1 М, индикаторы метиловый оранжевый и фенолфталеин.