01molL的NaOH与02molL的HAc等体积混合是缓冲溶液吗?
要判断这个溶液是否为缓冲溶液,需要计算其pH值和缓冲容量。
首先,写出反应方程式:
HAc + OH- → Ac- + H2O
根据反应式,可以得到:
[Ac-] = [OH-]
[HAc] = [H+] + [Ac-]
由于NaOH和HAc等体积,所以溶液中的[OH-]和[HAc]相等。
因此,可以得到:
[H+] = Ka × [HAc] / [Ac-]
其中,Ka为HAc的酸离解常数,为1.8 × 10^-5。
代入[HAc] = [Ac-],可以得到:
[H+] = Ka × [HAc] / [HAc] = Ka
pH = -log[H+] = -logKa = 4.74
因为pH值在范围5±1内,所以可以认为这个溶液是缓冲溶液。
接下来,计算缓冲容量:
pKa = -logKa = 4.74
Buffer Capacity = β = Δ[Base] / ΔpH
假设加入1mol/L的NaOH和1mol/L的HCl时,缓冲溶液的pH分别变化了1个单位,可以得到:
[Base] = 0.1mol/L × 0.5L = 0.05mol
[H+] = 10^-pH = 10^-4.74 = 1.74 × 10^-5mol/L
[Ac-] = [OH-] = [Base] = 0.05mol/L
[HAc] = [H+] + [Ac-] = 0.05mol/L + 1.74 × 10^-5mol/L = 0.0500174mol/L
在加入1mol/L的NaOH时,[Ac-]增加了Δ[Base] = 0.05mol/L
pH = pKa + log([Ac-] / [HAc]) = 4.74 + log(0.05 / 0.0500174) = 4.74 - 0.000347 ≈ 4.74
缓冲容量β1 = Δ[Base] / ΔpH = 0.05mol/L
在加入1mol/L的HCl时,[HAc]减少了Δ[Ac-] = 0.05mol/L
pH = pKa + log([Ac-] / [HAc]) = 4.74 + log(0.05 / 0.0499826) = 4.74 + 0.000347 ≈ 4.74
缓冲容量β2 = Δ[Ac-] / ΔpH = 0.05mol/L
综合β1和β2,缓冲容量β = min(β1, β2) = 0.05mol/L
因此,这个溶液是缓冲溶液,缓冲容量为0.05mol/L。
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