2. 8 баллов (2+4+2). В 1 л фосфатного буферного раствора содержится 0,06 моль Na₃PO₄ и 0,03 моль Na₂HPO₄ (для H₃PO₄ pKₐ₁ = 2,12; pKₐ₂ = 7,20; pKₐ₃ = 12,44). а) Рассчитайте pH данного буферного раствора. б) Рассчитайте pH после добавления к этому раствору 10 мл 1 М раствора HCl. Напишите ионное уравнение реакции, отражающее механизм буферного действия этой системы при добавлении кислоты. в) Какую из буферных систем на основе фосфорной кислоты можно использовать для приготовления буферного раствора с pH = 6,82? Укажите его компоненты.

а) Буферная пара — PO₄³⁻/HPO₄²⁻; для неё используется pKₐ₃ = 12,44. По уравнению Гендерсона—Хассельбаха:

pH = pKₐ₃ + lg(n(PO₄³⁻)/n(HPO₄²⁻)) = 12,44 + lg(0,06/0,03) = 12,44 + lg 2 ≈ 12,74.

б) Добавлено n(HCl) = 0,010 л · 1 моль/л = 0,010 моль. Кислота реагирует с основным компонентом буфера:

PO₄³⁻ + H⁺ → HPO₄²⁻.

После реакции n(PO₄³⁻) = 0,060 − 0,010 = 0,050 моль; n(HPO₄²⁻) = 0,030 + 0,010 = 0,040 моль. Изменение объёма не влияет на отношение концентраций, поскольку обе концентрации делятся на один и тот же объём.

pH = 12,44 + lg(0,050/0,040) ≈ 12,54.

в) Для pH = 6,82 подходит буферная пара H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻, соответствующая pKₐ₂ = 7,20. Требуемое отношение основного компонента к кислотному: [HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻] = 10^(6,82 − 7,20) ≈ 0,42. Например, компоненты можно взять в этом молярном отношении: Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄.

Ответ: а) pH ≈ 12,74; б) pH ≈ 12,54; в) буфер H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻, например NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄ в отношении около 1 : 0,42.