0.050 M NaHCO3 50.0 mL 0.10 M NaOH 10.7 mL buffer

0.050 M NaHCO3 50.0 mL 0.10 M NaOH 10.7 mL buffer

A buffer is prepared by mixing

50.0 mL of 0.050 M sodium bicarbonate and

10.7 mL of 0.10 M NaOH.

a. What is the pH?

b. How many grams of HCl must be added

to 25.0 mL of the buffer

to change the pH by 0.07 units?

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[참고] NaHCO3 용액의 pH

[ https://ywpop.tistory.com/8464 ]

> NaHCO3의 Ka = 4.7×10^(-11)

---> pKa = –log(4.7×10^(-11)) = 10.3279

a. What is the pH?

NaHCO3의 몰수

= (0.050 mol/L) (50.0/1000 L) = 0.0025 mol

NaOH의 몰수

= (0.10 mol/L) (10.7/1000 L) = 0.00107 mol

NaHCO3는 양쪽성염이기 때문에,

NaOH와 같은 강염기와 만나면,

산으로 작용해서

다음과 같은 산-염기 반응이 일어난다.

NaHCO3(aq) + NaOH(aq) → Na2CO3(aq) + H2O(l)

또는

HCO3^-(aq) + OH^-(aq) → CO3^2-(aq) + H2O(l)

몰수가 더 작은 NaOH가 한계 반응물이므로,

반응 후, 남아있는 NaHCO3 또는 HCO3^-의 몰수

= 0.0025 – 0.00107

= 0.00143 mol

생성물 Na2CO3 또는 CO3^2-의 몰수

= 0.00107 mol

---> 한계 반응물의 몰수만큼 생성된다.

여기서,

HCO3^-는 약산이고,

CO3^2-는 약산의 짝염기이므로,

HCO3^-(aq) ⇌ H^+(aq) + CO3^2-(aq)

완충용액이 형성된다.

Henderson-Hasselbalch 식

pH = pKa + log([짝염기]/[약산])

( 참고 https://ywpop.tistory.com/1926 )

= 10.3279 + log(0.00107 / 0.00143)

= 10.2

답: pH = 10.2

b. How many grams of HCl must be added

to 25.0 mL of the buffer

to change the pH by 0.07 units?

기존 완충용액의 부피

= 50.0 + 10.7 = 60.7 mL

---> 여기서 25.0 mL만 사용했으니,

25.0 mL 완충용액 속,

약산과 짝염기의 몰수를 계산해야 한다.

(0.00143 mol / 60.7 mL) × 25.0 mL

= (0.00143 / 60.7) × 25.0

= 0.00058896 mol 약산

(0.00107 mol / 60.7 mL) × 25.0 mL

= (0.00107 / 60.7) × 25.0

= 0.00044069 mol 짝염기

약산 완충용액에 강산을 가하면,

완충용액의 pH는 약간 감소한다.

10.2 – 0.07 = 10.13

약산 완충용액에 강산을 가하면,

A^-(aq) + H^+(aq) → HA(aq)

가한 강산의 몰수만큼

약산의 몰수는 생성(증가)되고,

짝염기의 몰수는 소비(감소)된다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/16402 )

가한 강산(HCl)의 몰수 = x 라 두면,

pH = pKa + log([짝염기]/[약산])

log([짝염기]/[약산]) = pH – pKa

[짝염기]/[약산] = 10^(pH – pKa)

(0.00044069 – x) / (0.00058896 + x)

= 10^(10.13 – 10.3279) = 0.634

0.00044069 – x = (0.00058896)(0.634) + 0.634x

1.634x = 0.00044069 – (0.00058896)(0.634)

x = [0.00044069 – (0.00058896)(0.634)] / 1.634

= 4.118×10^(-5) mol

---> HCl의 몰수

HCl의 몰질량 = 36.46 g/mol 이므로,

4.118×10^(-5) mol × (36.46 g/mol)

= 0.0015014 g HCl

답: 0.00150 g

[키워드] NaHCO3 + NaOH buffer dic, 약산 완충용액에 강산을 가하면 기준