Смесь гидро - и дигидрофосфата натрия или калия используется для приготовления стандартного буферного раствора в рН-метрии. Приготовили 100 мл такого раствора с рН=7,00 и аналитической концентрацией СРО4= 0.10 моль/л. К этому раствору добавили 1.00 М раствор соляной кислоты, при этом значение рН изменилось на 4.0 единицы. Какой объем соляной кислоты был добавлен?
Сначала составим уравнение для реакции:
2H2PO4- + H+ → H3PO4
Из уравнения видно, что на каждую молекулу соляной кислоты (H+) необходимо 2 молекулы гидрофосфата (H2PO4-) для полного превращения в фосфорную кислоту (H3PO4).
Дано, что был добавлен 1.00 М раствор соляной кислоты, что означает, что в каждом литре раствора содержится 1.00 моль соляной кислоты.
Также дано, что изменение рН составило 4 единицы. Это связано с наличием 2 молекул гидрофосфата на каждую молекулу соляной кислоты.
Разница в рН может быть объяснена основанием и доказывает, что преимущественно основание реагировало с кислотой.
Можем записать соотношение:
2[H2PO4-] : 1[H+] = [H3PO4] : 1
где [H2PO4-] - концентрация искомого объема гидрофосфата, [H+] - концентрация искомого объема соляной кислоты, [H3PO4] - концентрация после реакции.
Из условия задачи также известно, что исходный раствор имел рН = 7.00. Значит, в исходном растворе концентрация гидрофосфата равна концентрации гидроксид-ионов.
Таким образом, можем записать еще одно соотношение:
2[H2PO4-] = [OH-]
Разрешим полученные уравнения относительно искомых концентраций:
2[H2PO4-] = [OH-]
[H2PO4-] = 0.10 моль/л
Соответственно, [OH-] = 0.05 моль/л
Далее, в результате добавления соляной кислоты рН изменилось на 4 единицы. Это означает, что [H3PO4] увеличилось в 10^4 = 10000 раз.
[H+] = [H3PO4] = 0.10 моль/л * 10000 = 1000 моль/л.
Так как изначально раствор с рН=7.00, а после добавления соляной кислоты значение рН изменилось на 4.0 единицы, то консентрация ионов водорода после добавления соляной кислоты составляет 10^(-4) * [H+] = 10^(-4) * 1000 моль/л = 0.10 моль/л.
Теперь можно посчитать объем соляной кислоты, необходимый для изменения рН на 4 единицы.
Объем искомого раствора соляной кислоты равен: V = [H+] / концентрация соляной кислоты
V = 0.10 моль/л / 1.00 моль/л = 0.10 л = 100 мл.
Таким образом, 100 мл раствора соляной кислоты было добавлено для изменения рН на 4.0 единицы.