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…
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:
- Олегально растворить примерно 58 г NH₄Cl в воде и довести объем до 250 см³.
- Взять около 28-30 см³ концентрированного раствора аммиака (25%) и добавить к раствору NH₄Cl.
- 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!
