Вычислите рН буферного раствора

Определение предмета и раздела

Это задание связано с химией, а именно с растворимостью и кислотно-основными балансами, в частности задачей на буферные растворы и вычисление значения pH. Буферные растворы — это растворы, которые поддерживают почти постоянное значение pH при добавлении небольших количеств кислот или оснований.

Задание

Нам дан буферный раствор, содержащий две соли:

1. КH₂PO₄ — это дигидрофосфат калия.
2. К₂HPO₄ — это гидрофосфат калия.

Соотношение этих солей 10:1. И нужно рассчитать pH буфера.

Предлагаются варианты ответа:

• A. 5,2
• Б. 6,2
• В. 7,2
• Г. 8,2
• Д. 9,2

Теоретическая часть

Буферные растворы на основе смеси слабой кислоты и её соли часто описываются уравнением Гендерсона-Хассельбалха:

\[ \text{pH} = pKa + \log \left(\frac{[A^-]}{[HA]}\right) \]

Где:

• pKa — это константа кислотно-основного равновесия для слабой кислоты.
• \([A^-]\) — концентрация основания (в нашем случае К₂HPO₄).
• \([HA]\) — концентрация кислоты (в нашем случае КH₂PO₄).

Для фосфатного буфера, состоящего из пар H₂PO₄⁻ и HPO₄²⁻, константа \( pKa_2 \) (для перехода между H₂PO₄⁻ и HPO₄²⁻) составляет около 7,2.

Решение

Теперь мы знаем, что:

• \([A^-] = \text{[HPO₄²⁻]}\) — это концентрация основания, гидрофосфата \(K₂HPO₄\).
• \([HA] = \text{[H₂PO₄⁻]}\) — это концентрация кислоты, дигидрофосфата \(KH₂PO₄\).

Соотношение концентраций по условию задачи: \([HA] : [A^-] = 10 : 1\), то есть доля кислоты больше.

Теперь применим уравнение Гендерсона-Хассельбалха:

\[ \text{pH} = pKa_2 + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]

Подставляем известные значения:

\[ \text{pH} = 7{,}2 + \log \left(\frac{1}{10}\right) \]

\( \log \left(\frac{1}{10}\right) \) = -1, так как:

\[ \log 10^{-1} = -1 \]

Подставляем это в уравнение:

\[ \text{pH} = 7{,}2 + (-1) = 7{,}2 - 1 = 6{,}2 \]

Ответ

Правильный ответ — Б) 6,2.

Объяснение

Значение pH буферного раствора было рассчитано с помощью уравнения Гендерсона-Хассельбалха при использовании буферной пары H₂PO₄⁻ и HPO₄²⁻, для которой \( pKa_2 \) составляет 7,2. Соотношение кислотной и основной формы 10:1 приводит к снижению pH на единицу, что даёт искомое значение ответа \( \mathbf{6{,}2} \).