Лабораторная работа «Буферные растворы»
Экспериментальная часть.
Опыт №1. Зависимость рН буферных растворов от соотношения концентраций составляющих их компонентов и от разведения.
Цель опыта:
1.Выяснить, как соотношение концентраций компонентов, составляющих буферный
раствор, влияет на его рН.
2.Выяснить, как зависит рН буферного раствора от разбавления его водой.
Ход работы:
1.Приготовить буферные растворы объемом 10мл, смешивая 0,1н растворы CH3COONa и CH3COOH в следующих соотношениях:
пробирка №1 – 1:9
пробирка №2 – 5:5
пробирка №3 – 9:1
Точные объемы растворов ацетата натрия и уксусной кислоты отмеривают в пробирку из бюреток; содержимое пробирки тщательно перемешивают, закрыв пробирку резиновой пробкой.
2.Приготовить разбавленные растворы с тем же соотношением сопряженных компонентов. Для этого: в пустую пробирку (№4) из бюретки отмеривают 8 мл дистиллированной воды и добавляют 1 мл приготовленного ранее буферного раствора из пробирки №1, используя пипетку. Аналогично, взяв пустую пробирку (№5) отмеривают в нее 8 мл дистиллированной воды и добавляют 1 мл раствора из пробирки №2, в пустую пробирку №6 отмеривают 8 мл дистиллированной воды и добавляют 1 мл раствора из пробирки №3.
3. В каждую из шести приготовленных пробирок добавить по 5 капель индикатора метилового оранжевого, перемешать легким постукиванием по пробирке. Записать цвета растворов в таблицу1.
4.Сравнить между собой цвета в пробирках №1,2,3 и №4,5,6. Сделать вывод: зависит ли рН буферного раствора от соотношения компонентов?
5.Сравнить между собой цвета в пробирках №1 и 4; №2 и 5; №3 и 6. Сделать вывод: зависит ли рН буферного раствора от разбавления?
6.Для обоснования полученных результатов, рассчитать рН для шести приготовленных растворов (все расчеты привести).
Для расчета используют уравнение Гендерсона - Гассельбаха, принимая во внимание, что в данной буферной системе ацетат-ион, концентрация которого численно равна концентрации ацетата натрия, является основанием, сопряженным уксусной кислоте. pKa(CH3COOH) = 4,76 (находят в справочнике).
Приготовленные растворы в пробирках №1 и №4 использовать для опыта №2.
Таблица 1. Зависимость рН буферных растворов от соотношения концентраций составляющих их компонентов и от разведения.
№ пробирки с исходным буферным раствором | 1 | 2 | 3 |
С (CH3COONa) : C (CH3COOH) | 1:9 | 5:5 | 9:1 |
Цвет буферного раствора после добавления индикатора | |||
Значение рН буферного раствора, измеренное на рН - метре | |||
Расчётное значение рН буферного раствора | |||
№ пробирки с разбавленным буферным раствором | 4 | 5 | 6 |
С (CH3COONa) : C (CH3COOH) | 1:9 | 5:5 | 9:1 |
Цвет буферного раствора после добавления индикатора | |||
Значение рН буферного раствора, измеренное на рН - метре | |||
Расчётное значение рН буферного раствора |
Вывод:
Иллюстрации к опыту.
Опыт 2. Установление зависимости буферной ёмкости раствора от разбавления.
Сравнивают буферную ёмкость приготовленных растворов (пробирки №1 и №4) опыта№1 при добавлении небольшого количества щелочи.
Для этого к растворам в обеих пробирках добавляют по 5 капель раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/л. Растворы перемешивают, наблюдаемую окраску записывают в таблицу 2.
Таблица 2.Зависимость буферной емкости раствора от его разбавления
№ пробирки | Объект исследования | Окраска раствора после добавления метилового оранжевого | Окраска раствора после добавления 5 капель NaOH, См = 0.1 моль/л |
1 | Исходный буферный раствор | ||
4 | Разбавленный буферный раствор |
Вывод:
Опыт №3. Влияние добавления небольших количеств сильных кислот и оснований на рН буферного раствора
Цель работы:
1.Выяснить, как добавление небольшого количества сильной кислоты или основания влияет на рН буферного раствора.
2.Выяснить, является ли физиологический раствор буферным раствором.
Ход работы:
В пробирках №1 и №2 приготовить буферный раствор с соотношением концентраций CH3COONa и CH3COOH равным 2:3 соответственно. Для этого в каждую пробирку отмеривают из бюреток по 4 мл CH3COONa и по 6 мл CH3COOH.
В пробирки №3 и №4 отмеривают мерной пробиркой по 10 мл физиологического раствора (0,9%-ный раствор хлорида натрия).
Для продолжения опыта взять одну пробирку с буферным раствором и другую пробирку – с физраствором.
Пробирки №1 и №3:
-добавить по 5 капель индикатора метиловый оранжевый, окраску полученного раствора записать в таблицу 3;
-если растворы в пробирках отличаются по цвету, то в физиологический раствор (пробирка №3) добавить по каплям разбавленный (0,01н) раствор HCl до выравнивания цвета с раствором в пробирке №1;
- в обе пробирки добавить по 5 капель 0,1Н HCl. Окраски растворов внести в таблицу 3.
Пробирки №2 и №4:
-добавить по 5 капель индикатора метиловый красный, окраску полученного раствора записать в таблицу 3;
-если растворы в пробирках отличаются по цвету, то в физиологический раствор (пробирка №4) добавить по каплям разбавленный (0,01н) раствор HCl до выравнивания цвета с раствором в пробирке №2;
- в обе пробирки добавить по 5 капель 0,1Н NaOH. Окраски растворов внести в таблицу 3.
Таблица 3. Влияние добавления небольших количеств сильных кислот и оснований.
№ про-бирки | Объект изучения | Окраска раствора после добавления индикатора | Окраска раствора после добавле-ния HCL0,01 моль/л | Окраска раствора после добавле-ния 5 капель HCL 0,1 моль/л | Окраска раствора после добавле-ния 5 капель NaOH 0,1 моль/л | |
Метил-оранж | Метил- красный | |||||
1 | Буферный раствор | _________ | ________ | ________ | ||
2 | Буферный раствор | _________ | ________ | ________ | ||
3 | Физиологический раствор | _________ | ________ | |||
4 | Физиологический раствор | _________ | ________ |
Примечание: в ячейках таблицы с прочерками записи не делать.
Вывод:
Иллюстрации к опыту.
Оформление отчета о работе.
1. Название лабораторной работы.
2. Название опыта №1.
3. Таблица №1 с результатами наблюдений.
4. Расчеты рН по уравнению Гендерсона - Гассельбаха.
5. Вывод по опыту №1(ответить на вопросы, объяснить, чем мотивируете):
- влияет соотношение концентраций компонентов, составляющих буферный
раствор, на рН буферного раствора;
- влияет разбавление буферного раствора водой на рН буферного раствора.
6. Название опыта №2.
7. Таблица №2 с результатами наблюдений.
8. Вывод по опыту №2(ответить на вопрос, объяснить, чем мотивируете):
- зависит буферная емкость от разбавления буферного раствора водой.
9. Название опыта №3.
10. Таблица №3 с результатами наблюдений.
11. Вывод по опыту №3:
- ответить на вопрос, объяснить, чем мотивируете: влияет добавление небольшого
количества сильной кислоты на рН буферного раствора;
- ответить на вопрос, объяснить, чем мотивируете: влияет добавление небольшого
количества основания на рН буферного раствора;
- написать механизм буферного действия;
- ответить на вопрос, объяснить, чем мотивируете: является ли физиологический
раствор буферным раствором.
Контрольные вопросы и задачи
1. Дайте определение понятию буферная система.
2. В чем заключается буферное действие?
3. Приведите примеры буферных систем, имеющих рН >7 и рН<7.
Укажите сопряженные протолитические пары.
4. Какие существуют способы приготовления буферных растворов?
5. Приведите три способа приготовления фосфатного буфера, содержащего
дигидрофосфат - и гидрофосфат-ионы.
6. Какие из перечисленных веществ и в каких сочетаниях можно взять для приготовления буферных растворов: аммиак, уксусная кислота, соляная кислота, гидроксид калия, дигидрофосфат натрия, гидрофосфат калия. Какие условия должны при этом выполняться?
7. От каких факторов зависит рН буферного раствора? Уравнение для расчета рН
буферного раствора.
8. Разберите на примере гидрофосфатного буфера механизм его действия при добавлении небольших количеств НСl и КОН.
9. Разберите на примере аммиачного буфера механизм его действия при добавлении небольших количеств НNO3 и NaОН.
10. Уравнения для расчета рН буферного раствора при добавлении небольших количеств сильной кислоты или сильного основания.
11. Что называется зоной буферного действия?
12. Дайте определение понятиям: буферная емкость по кислоте; буферная емкость по
основанию.
13. От каких факторов зависит буферная емкость раствора?
14. Как изменяются рН и буферная емкость раствора при его разведении?
15. Как экспериментально определяют буферную емкость?
16. Как теоретически можно определить буферную емкость?
17. Как можно оценить соотношение между буферной емкостью по кислоте и буферной емкостью по основанию?
18. Перечислите наиболее важные буферные системы организма, укажите компоненты, которые их составляют.
19. Покажите на конкретном примере взаимодействие гемоглобиновой и гидрокарбонатной буферных систем в условиях организма.
20. Объясните, почему большинство буферных систем организма имеет буферную емкость по кислоте больше, чем по основанию.
21. Патологические явления: ацидоз и алкалоз.
22. Будут ли обладать буферным действием растворы, полученные смешением растворов:
а) NaH2PO4 (V = 10 мл, С=0,1 моль/л) и Na2HPO4 (V=15 мл, С=0,07 моль/л);
б) NaH2PO4 (V = 12 мл, С=0,06 моль/л) и NaOH (V=10 мл, С=0,07 моль/л);
в) NH3·H2O (V = 10 мл, С=0,1 моль/л) и NH4Cl (V=20 мл, С=0,05 моль/л);
г) NH3·H2O (V = 15 мл, С=0,05 моль/л) и HCl (V=10 мл, С=0,1 моль/л):
д) HСООNa (V = 10 мл, С=0,1 моль/л) и HCl (V=5 мл, С=0,05 моль/л);
е) HCOONa (V = 10 мл, С=0,1 моль/л) и HCOOH (V=5 мл, С=0,01 моль/л).
Для буферных растворов рассчитать рН раствора.
23. Карбонатный буфер (рКа=10,33) приготовлен с рН=10,85. Укажите по кислоте или по основанию буферная емкость данного раствора больше. Ответ обоснуйте. Напишите сопряженную кислоту и основание.
24. Гидрокарбонатный буфер (рКа= 6,37) приготовлен с рН= 5,85. Укажите по кислоте или по основанию буферная емкость данного раствора больше. Ответ обоснуйте. Напишите сопряженную кислоту и основание.
Литература
1. В. И.Слесарев. Химия: Основы химии живого. СПб.: Химиздат, 2000-2005
2.Ю. А.Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд, А.В. Книжник, Н.И. Михайличенко. Общая химия.
Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М.:Высшая школа, 1992-2005
3. С. А. Пузаков. Химия. М.: Медицина, 1995 - 2006
4. А. С. Ленский. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М.: Высшая школа, 1989
5. В. А. Попков. Учебно-методическое пособие по общей химии для студентов лечебных и медико-профилактического факультетов. Часть 1. Москва.: ММА им. И. М. Сеченова. 1993-2005.
6. Суворов, А. В. Вопросы и задачи по общей химии: Учеб. пособие для вузов / А. В.
Суворов, А. Б. Никольский. - СПб.: Химиздат, 2002. – 304 с.
Основные порталы (построено редакторами)