przygotowanie roztworu buforowanego

[sportowiec1993]

Mam do rozwiązania poniższy problem:
Jakie objętości roztworów kwasu octowego o stężeniu \(\displaystyle{ 1M}\), roztworu \(\displaystyle{ NaOH}\) o stężeniu \(\displaystyle{ 0.8M}\), oraz wody należy zmieszać ze sobą, aby otrzymać \(\displaystyle{ 100\ cm^{3}}\) roztworu buforowanego o \(\displaystyle{ pH=4.9}\), w którym stężenie jonów octanowych wynosi \(\displaystyle{ 0.08 M}\)?
\(\displaystyle{ pK_{a} \left( CH_{3}COOH\right) = 4.8}\)

Załóżmy, że szukane objętości to:
\(\displaystyle{ V\left( CH_{3}COOH\right) = V_{k}}\) i
\(\displaystyle{ V\left( NaOH\right) = V_{zas}}\)

I tutaj mnie zastanawia czy można po prostu skorzystać ze wzoru \(\displaystyle{ pH= pK_{a} + \log\left( \frac{n_{zas}}{n_{kw}} \right)}\)

a poza tym - co daje nam informacja o tym stężeniu jonów octanowych?

[pesel]

co daje nam informacja o tym stężeniu jonów octanowych?

Daje nam to, że wiemy jakie w tym buforze ma być stężenie octanu sodu. W przeciwnym razie znalibyśmy tylko stosunek stężeń octanu i kwasu octowego.

[sportowiec1993]

Czyli jak to będzie tak jak poniżej?
\(\displaystyle{ pH=pK_{a} + \log\left( \frac{C_{CH_{3}COO^{-}}}{C_{CH_{3}COOH}} \right) \Rightarrow \log\left( \frac{C_{CH_{3}COO^{-}}}{C_{CH_{3}COOH}} \right) = pH-pK_{a} = 0.1}\)
Stąd:
\(\displaystyle{ \frac{C_{CH_{3}COO^{-}}}{C_{CH_{3}COOH}}= 10^{0.1} \Rightarrow C_{CH_{3}COOH}
= \frac{C_{CH_{3}COO^{-}}}{10^{0.1}}}\), czyli:
\(\displaystyle{ C_{CH_{3}COOH} = \frac{0.08M}{10^{0.1}}}\)

Do tego momentu jest poprawnie?

[pesel]

Aha.

[sportowiec1993]

Ok, czyli wiem, że stężenie kwasu octowego w roztworze ma wynosić:
\(\displaystyle{ C_{CH_{3}COOH}= 0.064M}\)

I tu mi się pojawiają kolejne wątpliwości:
skoro mieszamy \(\displaystyle{ n_{k}}\) moli kwasu octowego i \(\displaystyle{ n_{zas}}\) moli NaOH, to
czy tutaj mam wziąć pod uwagę, że pewna ilość moli zostanie zobojętnionych.
Bo z tym zobojętnianiem mam największy problem, jak tu będzie w tym przypadku?

W każdym razie, udało mi się obliczyć liczbę moli jonów octanowych \(\displaystyle{ \left( n_{zas}\right)}\) i kwasu octowego \(\displaystyle{ \left( n_{k}\right)}\) w
"końcowej wersji" roztworu (czy to jest potrzebne?)
\(\displaystyle{ \left( n_{zas}\right) =C_{CH_{3}COO^{-} \cdot V_{r}}=0.08 \frac{mol}{dm^{3}} \cdot 0.1 dm^{3} = 0.008\ (mol)}\)

\(\displaystyle{ n_{k}=C_{CH_{3}COOH} \cdot V_{r} = 0.064 \frac{mol}{dm^{3}} \cdot 0.1 dm^{3} =0.0064 \ (mol)}\)

to mogę jakoś dalej wykorzystać?

[pesel]

Nawet musisz. Pomyśl co powstanie jak zmieszasz np. \(\displaystyle{ 5}\) moli kwasu octowego i \(\displaystyle{ 2}\) mole wodorotlenku sodu.

[sportowiec1993]

To w takim razie wydaje mi się, że powinno być tak:

Te jony octanowe \(\displaystyle{ CH_{3}COO^{-}}\) powstają w wyniku przereagowania \(\displaystyle{ 0.008 \ (mol)}\) kwasu octowego z tą samą ilością moli NaOH:
\(\displaystyle{ CH_{3}COOH + Na^{+} + OH^{-} \rightarrow CH_{3}COO^{-} + Na^{+} + H_{2}O}\),
zaś pozostałe (w nadmiarze) w roztworze mole kwasu octowego, to te które nie przereagowały.

Wobec tego, powinniśmy zmieszać
\(\displaystyle{ 0.008 \ (mol)}\) wodorotlenku sodu;
\(\displaystyle{ 0.008 + 0.0064 = 0.0144 \ (mol)}\) kwasu octowego
i resztę uzupełnić wodą do żądanej objętości.

Zgadza się?
Nie jestem pewien z tą częścią dot. reakcji kwasu z zasadą

[pesel]

Jest ok. Trzeba jeszcze tylko policzyć jakie objętości roztworów kwasu i zasadu trzeba wziąć aby wiedzieć ile wody trzeba uzupełnić. I tyle.

[sportowiec1993]

a to objętości to teraz już najmniejszy problem
(wychodzi \(\displaystyle{ 10 cm^{3}}\) wodorotlenku sodu i \(\displaystyle{ 14.4 cm^{3}}\) kwasu octowego)

Wielkie dzięki za pomoc przy rozwiązaniu!!
Niezbyt pewnie się czuję w tym obszarze (roztwory buforowane)

Może jakiś zbiór zadań (online lub książka) warty polecenia?

[pesel]

Śliwa, Obliczenia chemiczne. Stare jak świat. W ogóle w dawnych czasach było tego cała masa. Zbiory Całusa, Drapały, Galusa.....

Z nowych: Persona, Reszko-Zygmunt, Gęca, Zbiór zadań z chemii ogólnej i analitycznej z pełnymi rozwiązaniami.

Ale najlepszym specjalistą od równowag jonowych w naszym pięknym kraju jest Waldemar Ufnalski. Jego książek szukaj.

BTW, raczej mówimy "roztwory buforowe" niż "buforowane". Buforowane to byłyby te, do których wlaliśmy buforu aby trzymać ich stałe pH.