Буферный раствор I (рН 9,5-10). Готовят следующим образом: 70 г хлористого аммония растворяют в 300 см3 воды, прибавляют 250 см3 раствора аммиака 25% и затем доводят объём раствора водой до 1 дм3. Необходимо приготовить 250 см3 раствора

Давайте подробно разберем задачу по приготовлению буферного раствора I с учетом всех этапов и вычислений. Цель — понять, как правильно приготовить 250 см³ раствора, исходя из данного способа. --- ### Шаг 1: Исходные данные и условия - Объем исходных растворов: - Хлористый аммиак (NH₄Cl): 70 г растворяют в 300 см³ воды. - Раствор аммиака (NH₃): 250 см³ концентрацией 25% (по массе). - Итоговый объем после смешивания и доведения до 1 дм³ (1000 см³). - pH буферного раствора: 9,5 — 10. - Необходимо приготовить **250 см³** такого раствора. --- ### Шаг 2: Найти концентрации исходных веществ **Хлористый аммоний (NH₄Cl):** Молярная масса NH₄Cl: - N: 14 г/моль - H: 1 г/моль (4H): 4 г/моль - Cl: 35,5 г/моль Молярность NH₄Cl: \[ M_{NH_4Cl} = 14 + 4 + 35.5 = 53.5 \mathrm{г/моль} \] Количество вещества: \[ n_{NH_4Cl} = \frac{70\, \text{г}}{53.5\, \text{г/моль}} \approx 1.308\, \text{моль} \] Насколько это концентрированно в начальном растворе: Объем раствора: 300 см³ = 0.3 л Концентрация: \[ C_{NH_4Cl}^{нач} = \frac{1.308\, \text{моль}}{0.3\, \text{л}} \approx 4.36\, \text{моль/л} \] --- **Раствор аммиака (NH₃):** Концентрация 25%, значит: - Массовая доля NH₃: 25% - В 100 г раствора: 25 г NH₃ Молярная масса NH₃: \[ 14 + 3 = 17\, \text{г/моль} \] Количество вещества в 250 см³ (0.25 л): Масса раствора (предположим, плотность около 1 г/см³) — примерно 250 г. Масса NH₃: \[ 0.25 \times 25\, \text{г} = 62.5\, \text{г} \] Количество вещества NH₃: \[ n_{NH_3} = \frac{62.5\, \text{г}}{17\, \text{г/моль}} \approx 3.68\, \text{моль} \] Концентрация исходного раствора: \[ C_{NH_3}^{нач} = \frac{3.68\, \text{моль}}{0.25\, \text{л}} = 14.72\, \text{моль/л} \] --- ### Шаг 3: Определить пропорции и концентрации после смешивания Исходя из условий, раствор готовится путем: - растворения 70 г NH₄Cl и - добавления 250 см³ аммиачного раствора (25%) затем объем доводится до 1 л. --- ### Шаг 4: Расчет концентрации и pH Чтобы понять состав, отметим баланс: Общий молярный соотношение NH₄⁺ и NH₃ — важный фактор для буферного pH. Объемы и количества в концентрациях для смеси: - Концентрация NH₄Cl в исходном растворе: **4,36 М** - Объем раствора NH₄Cl: 300 см³ или 0.3 л - Азот аммиака в растворе: 14.72 М, объем: 250 см³ или 0.25 л Если вливать весь раствор NH₃ в раствор NH₄Cl и довести до 1 л, итоговые концентрации будут: \[ C_{NH_4^+} = \frac{(4.36\, \text{М} \times 0.3\, \text{л})}{1\, \text{л}} = 1.308\, \text{М} \] \[ C_{NH_3} = \frac{14.72\, \text{М} \times 0.25\, \text{л}}{1\, \text{л}} = 3.68\, \text{М} \] --- ### Шаг 5: Расчет pH буфера Параметры буферного раствора: \[ pH = pK_a + \log \left( \frac{[\text{основа}]}{[\text{кислота}]} \right) \] для аммиачного буфера при pKa ≈ 9.25. Дано, что желаемый pH — 9,5–10, что это чуть выше pKa, значит соотношение основание/кислота: \[ pH \approx 9.5 \] \[ 9.5 = 9.25 + \log \left( \frac{[NH_3]}{[NH_4^+]} \right) \] \[ \log \left( \frac{[NH_3]}{[NH_4^+]} \right) = 0.25 \] \[ \frac{[NH_3]}{[NH_4^+]} = 10^{0.25} \approx 1.78 \] Наши концентрации (после смешивания): \[ \frac{3.68}{1.308} \approx 2.81 \] Это чуть выше требуемого 1.78, значит pH немного выше, что приемлемо. --- ### Шаг 6: Расчет для приготовления 250 см³ раствора Итоговое содержание: Для приготовления 250 см³ по пропорциям, достаточно взять — пропорционально — доли каждого компонента изначального состава. - На 1 л у нас: - NH₄Cl: 1.308 М - NH₃: 3.68 М Чтобы получить 250 см³ этого раствора, нужно взять 1/4 объема: \[ \text{Объем для 250 см}^3: \quad \frac{1}{4} \text{ от исходного объема} \] Молярные концентрации также делятся на 4: - NH₄Cl: 1.308 М / 4 ≈ 0.327 М - NH₃: 3.68 М / 4 ≈ 0.92 М --- ### **Ответ:** **Для приготовления 250 см³ буферного раствора I, нужно:** - Взять часть исходного раствора NH₄Cl (с концентрацией около 4.36 М), соответствующую 70 г на 300 см³, и разбавить до: \[ V_{NH_4Cl} \approx 250\, \text{см}^3 \times \frac{70\, \text{г}}{300\, \text{см}^3} \approx 58.3\, \text{г} \ (\text{раствора исходного NH₄Cl}) \] то есть, примерно 58.3 г растворить и разбавить водой до 250 см³. - Взять часть аммиачного раствора (25%, концентрация около 14.72 М) объемом: \[ V_{NH_3} \approx 250\, \text{см}^3 \times \frac{250\, \text{см}^3 \times 14.72\, \text{М}}{100\%} = \text{около 28.6 см}^3, \] добавив его к раствору, и затем развести воду до 250 см³. --- ### Итоговое сообщение Приготовление точного буферного раствора заключается в смешивании концентрированных растворов NH₄Cl и NH₃ в пропорциях, обеспечивающих нужное соотношение для pH около 9,5-10. Конкретно, рекомендуется: 1. Олегально растворить примерно 58 г NH₄Cl в воде и довести объем до 250 см³. 2. Взять около 28-30 см³ концентрированного раствора аммиака (25%) и добавить к раствору NH₄Cl. 3. Довести итоговый объем до 250 см³. --- Если потребуется более точное решение с учетом кислотных и основанных равновесий, можно провести дополнительные расчеты по формуле Хендерсона-Хассельбала, но указанный метод даёт примерную инструкцию для практического приготовления этого буфера. --- Если есть дополнительные вопросы или нужно более точное химическое уравнение, сообщите!