Пример 1
Вычислить рН буферного раствора, полученного путем смешения 50 мл 0,5 М раствора аммиака и 200 мл 0,1 М раствора хлорида аммония.
Решение:
Равновесие в растворе аммиачного буферного раствора можно представить уравнением: NH4OH ↔ NH4+ + OH-
После смешения растворов концентрации веществ будут равны:
;
.
рН раствора рассчитаем по уравнению Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем, состоящих из слабого основания и его соли:
Пример 2
Вычислить рН раствора, полученного при смешении 200 мл 0,2 М раствора CH3COONa и 100 мл 0,1 М раствора HCl.
Решение:
При смешении растворов CH3COONa и HCl идет реакция:
CH3COONa + HCl = CH3COOН + NaCl
В растворе уменьшается количество ацетата натрия и появляется слабая уксусная кислота. Образовался буферный раствор, состоящий из слабой кислоты и ее соли.
Равновесие в растворе ацетатного буферного раствора можно представить уравнением: СH3COOH ↔ СH3COO- + H+
Концентрации CH3COOН и CH3COONa будут равны:
;
рН раствора рассчитаем по уравнению Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем, состоящих из слабой кислоты и ее соли:
Пример 3.
Как изменится рН 1 л формиатного буферного раствора, содержащего по 0,1 моль HCOOН и HCOOК, при добавлении к нему 0,01 моль KOH.
Равновесие в растворе формиатного буферного раствора можно представить уравнением: HCOOH ↔ HCOO- + H+
Концентрации HCOOН и HCOOK в исходном буферном растворе равны по 0,1 моль/л. рН раствора рассчитаем по уравнению Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем, состоящих из слабой кислоты и ее соли:
После добавления гидроксида калия протекает реакция:
HCOOH + KOH = HCOOK + Н2О
В результате количество муравьиной кислоты уменьшается, а формиата калия увеличивается. Концентрации HCOOН и HCOOK будут равны:
;
.
Величина рН раствора после добавления гидроксида калия равна:
Добавление 0,01 моль КОН привело к увеличению рН раствора от 3,75 до 3,84.
рН = 3,84 - 3,75 = 0,09
Изменение величины рН составляет всего 0,09.
Пример 4
Вычислить соотношения концентраций CH3COONa и CH3COOH в буферном растворе, рН которого равен 5,8.
Решение:
В соответствии с уравнением Гендерсона-Хассельбаха
Отсюда
Тогда 
Пример 5
Вычислить рН раствора, содержащего 1,044 г К2HPO4 и 0,272 г КH2PO4 в 50 мл раствора.
Решение:
Вычислим концентрацию каждого компонента в растворе:
;
М(K2HPO4) = 174 г/моль.
;
М(KH2PO4) = 136 г/моль.
Рассчитаем рН раствора, используя уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферной системы, состоящей из смеси растворов солей многоосновных кислот различной степени замещения:
Пример 6
Какую массу формиата натрия нужно добавить к 100 мл 0,2 М раствора соляной кислоты, чтобы получить буферный раствор с рН = 4,3 ?
Решение:
При добавлении HCOONa к раствору HCl образуется муравьная кислота:
HCOONa + HCl = HCOOН + NaCl
Если формиата натрия добавлено эквивалентное количество хлороводородной кислоте, то, согласно уравнению реакции, С(HCOOН) = С(HCl) =с(HCOONa) = 0,2 моль/л и рН раствора составляет 2,2.
2,2
По условию задачи необходимо получить рН 4,3.Чтобы снизить концентрацию ионов водорода, необходимо добавить избыток HCOONa. Тогда образуется формиатный буферный раствор.
Равновесия в в растворах муравьиной кислоты и формиата натрия можно представить следующим образом:
HCOOН. ↔ HCOO- + Н+
0,2 – 5,0110-5 5,0110-5 5,0110-5
HCOONa → HCOO- + Na+
x x
Диссоциация муравьиной кислоты характеризуетсяконстантой диссоциации:
Равновесная концентрация ионов Н+ в буферном растворе с рН 4,3 равна 5,0110-5 ; [HCOO-] = 5,0110-5 + x; [HCOOH] = 0,2 - 5,0110-5. Подставим эти значения в выражение для константы диссоциации:
Отсюда х = [HCOONa] = 0,72 моль/л.
Общая концентрация HCOONa, т.е. израсходованного на реакцию с HCl и вошедшего в состав буферной смеси, равна с(HCOONa) = 0,2 +0,72 =0,92 моль/л.
Масса, добавленного формиата натрия равна:
Пример 7
Какой объем 0,1 М NaOH надо прибавить к 10,0 мл 0,1 М H3PO4, чтобы получить раствор с рН 3?
Решение:
При добавлении гидроксида натрия к фосфорной кислоте протекает реакция:
NaOH + H3PO4 = NaH2PO4 + H2O
Если гидроксида натрия добавлено эквивалентное количество фосфорной кислоте, то с(NaOH) = с(H3PO4) =с(NaH2PO4)= 0,05 моль/л и рН раствора составляет:
По условию задачи необходимо получить рН 3, следовательно, нужно добавить недостаток NaOH. Тогда образуется фосфатный буферный раствор.
Обозначим объем добавленного 0,1 М раствора NaOH – х. Тогда при смешении растворов гидроксида натрия и фосфорной кислоты их концентрации будут равны:
; 
.
Равновесия в растворах фосфорной кислоты и однозамещенного фосфата натрия можно представить следующим образом:
H3PO4 ↔ Н+ + H2PO4-
10-3 10-3
NaH2PO4 → Na+ + H2PO4-
Диссоциация фосфорной кислоты по I ступени характеризуется константой диссоциации:
Равновесная концентрация ионов Н+ в буферном растворе с рН 3 равна 10-3 моль/л. Обозначим равновесные концентрации всех других частиц:
; 
.
Подставим эти значения в выражении для константы диссоциации:
Отсюда х = V(NaOH) = 0,00877 л =8,77 мл