1. Почему растворы сильной кислоты и сильного основания не считаются буферными, хотя рН раствора почти не меняется

Растворы сильной кислоты и сильного основания не считаются буферными, потому что они не обладают способностью поддерживать почти неизменное значение pH при добавлении небольшого количества кислоты или щелочи.
Рассмотрим случай с раствором сильной кислоты: когда к нему добавляют небольшое количество щелочи, реакция нейтрализации протекает полностью, образуя соль и воду. Результат этой реакции - изменение рН раствора к значению нейтрального (около 7). Аналогично, при добавлении кислоты к раствору сильного основания реакция также протекает полностью и рН раствора меняется.

Океанская вода действует как буферный раствор благодаря наличию диоксида углерода в воздухе над водой и карбоната кальция в морских осадках. Когда в атмосфере растворяется углекислый газ, происходит реакция с водой, образуя карбоновую кислоту:

CO2 + H2O ⇌ H2CO3

Карбоновая кислота затем реагирует с карбонатом кальция из морских осадков, образуя растворимый бикарбонат кальция:

H2CO3 + CaCO3 ⇌ Ca(HCO3)2

Это реакция обратима, и при поступлении кислотных или щелочных вод происходят обратные реакции, поддерживая почти постоянное значение pH океанской воды.

Буферная система, основанная на CH3COOH, представляет собой раствор с уксусной кислотой (CH3COOH) и солью уксусной кислоты (CH3COONa). Уксусная кислота отдает протон и превращается в ацетат-ион:

CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+

Ацетат-ион в растворе действует как основание и может принять протон обратно:

CH3COO- + H+ ⇌ CH3COOH

Таким образом, при добавлении кислоты или щелочи, уровень кислотности раствора поддерживается с помощью реакций между уксусной кислотой и ацетат-ионом. Такая система является буферной, поскольку она предотвращает значительные изменения pH раствора.

Совет: Для лучшего понимания и запоминания концепции буферных растворов рекомендуется проводить практические эксперименты, используя различные растворы и измеряя их pH при добавлении кислоты или щелочи. Также полезно изучить примеры буферных систем в реальной жизни, такие как кровь человека, растительные клетки и водная среда в океане.

Проверочное упражнение: Если вам дан раствор, содержащий уксусную кислоту (CH3COOH) и ацетат-ион (CH3COO-), объясните, почему этот раствор может считаться буферным при добавлении кислоты или щелочи.