Какое количество миллилитров 0,2 н раствора уксусной кислоты необходимо добавить к 40 миллилитрам 0,1М раствора ацетата

Тема: Расчет pH растворов

Объяснение: Для решения данной задачи, необходимо использовать знания о понятии pH и свойствах кислотных и щелочных растворов. pH - это мера кислотности или щелочности раствора. Чем ниже значение pH, тем кислотнее раствор, и наоборот.

Давайте представим, что мы добавляем некоторое количество уксусной кислоты (CH₃COOH) в 40 мл раствора ацетата натрия (CH₃COONa). Это приведет к образованию буферного раствора.

Буферный раствор обладает способностью сдерживать изменение pH при добавлении кислот или щелочей. В данном случае мы хотим получить раствор с pH=4, что означает, что мы должны настроить молекулярное соотношение между CH₃COOH и CH₃COONa.

Раствор ацетата натрия можно представить как NaCH₃COO, где Na - натрий, а CH₃COO - ацетат.

Для получения раствора с pH=4, мы должны настроить отношение между соответствующими концентрациями CH₃COOH и CH₃COONa. Для этого необходимо рассчитать соотношение рН и концентраций кислоты и ее щелочи.

Концентрация раствора CH₃COOH необходимо выбрать таким образом, чтобы преобладало именно ее присутствие и pH равнялось 4. После того, как были расчитаны объёмы, составляем уравнение и решаем его.

Пример использования: Какое количество миллилитров 0,2 н раствора уксусной кислоты необходимо добавить к 40 миллилитрам 0,1М раствора ацетата натрия, чтобы получить раствор с рН=4?

Решение:
1. Найдем количество молей ацетата натрия в 40 мл раствора:
0.1 М * 0.04 л = 0.004 моль CH₃COONa
2. Запишем уравнение реакции между CH₃COOH и CH₃COONa:
CH₃COOH + CH₃COONa ⇌ CH₃COONa + CH₃COOH
3. Предположим, что x миллилитров 0.2 н раствора CH₃COOH добавлено к 40 мл раствора CH₃COONa.
4. Найдем количество молей CH₃COOH в добавленном растворе:
0.2 М * (x мл / 1000) л = (0.2x / 1000) моль CH₃COOH
5. Рассчитаем итоговую концентрацию CH₃COOH и CH₃COONa в растворе:
(0.004 моль CH₃COONa + (0.2x / 1000) моль CH₃COOH) / (0.04 л + (x / 1000) л) = 10⁻⁴
6. Упростим выражение и решим уравнение относительно x:
(4 + 0.2x) / (40 + x) = 10⁻⁴
4 + 0.2x = 10⁻⁴ * (40 + x)
4 + 0.2x = 0.000004 * (40 + x)
4 + 0.2x = 0.00016 + 0.000004x
0.2x - 0.000004x = 0.00016 - 4
0.199996x = -3.99984
x = -3.99984 / 0.199996
x ≈ -19.999
7. Размер присутствует в f(x) ~ (-20) мл
Ответ: -20 мл

Совет: Если получен отрицательный результат, это означает, что вам необходимо добавить раствор CH₃COOH объемом, примерно равным 20 мл, чтобы достичь желаемого рН. Однако, в реальной практике объем раствора не может быть отрицательным, поэтому ответ будет 0 мл, т.е. раствор CH₃COOH не требуется для достижения рН=4.

Упражнение: Какое количество миллилитров 0,3 н раствора уксусной кислоты необходимо добавить к 50 миллилитрам 0,2М раствора ацетата натрия, чтобы получить раствор с рН=6?