NaHCO3/Na2CO3 완충용액. NaHCO3-Na2CO3

NaHCO3/Na2CO3 완충용액. NaHCO3-Na2CO3

Na2CO3/NaHCO3 buffer solution. Na2CO3-NaHCO3

 

 

pH = 10.0인 용액을 만들기 위하여 0.5 M HCl 용액 100 mL에

몇 g의 Na2CO3 (106.0 g/mol) 을 첨가하여야 하는가?

(단, H2CO3의 1차 및 2차 해리상수는 각각 4.45×10^-7, 4.69×10^-11 이다.)

 

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탄산의 이온화

1단계: H2CO3(aq) ⇌ H^+(aq) + HCO3^-(aq) ... Ka1 = 4.45×10^(-7)

2단계: HCO3^-(aq) ⇌ H^+(aq) + CO3^2-(aq) ... Ka2 = 4.69×10^(-11)

( 관련 글 https://ywpop.tistory.com/4278 )

 

 

pKa1 = –log(4.45×10^(-7)) = 6.3516

pKa2 = –log(4.69×10^(-11)) = 10.3288

---> 완충용액의 pH = 10.0 이므로, 2단계 이온화와 관련된 물질 사용.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/6329 )

 

 

 

 

pH = pKa + log([짝염기]/[약산])

( 참고 https://ywpop.tistory.com/1926 )

 

10 = 10.3288 + log([CO3^2-]/[HCO3^-])

log([CO3^2-]/[HCO3^-]) = –0.3288

[CO3^2-]/[HCO3^-] = 10^(-0.3288) = 0.4690

 

 

 

1 mol NaHCO3와 0.4690 mol Na2CO3를 넣어 용액을 만들면 되는데,

NaHCO3가 없고, 그 대신 HCl이 있는 조건이다.

 

 

 

HCl과 Na2CO3의 반응

HCl + Na2CO3 → NaHCO3 + NaCl

 

HCl : Na2CO3 : NaHCO3 = 1 : 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

HCl : Na2CO3 = 1 : 1 반응하고,

HCl의 몰수만큼 NaHCO3가 생성된다.

 

 

 

0.5 M HCl 용액 100 mL에 들어있는 HCl의 몰수

= (0.5 mol/L) × 0.100 L = 0.05 mol

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7787 )

 

 

 

완충용액에서 NaHCO3 : Na2CO3 = 1 : 0.4690 이 되어야 하므로,

Na2CO3는 0.05 mol보다 더 많이 넣어야 되겠다.

( 0.05 mol HCl과 Na2CO3가 반응해서,

NaHCO3는 1만큼 생성되고, Na2CO3는 0.4690만큼 남아있어야 하기 때문에... )

( HCl : Na2CO3 = 1 : 1 반응하고,

HCl의 몰수만큼 NaHCO3가 생성된다. 리멤버 )

 

 

 

NaHCO3 : Na2CO3 = 1 : 0.4690 = 0.05 : x–0.05

x–0.05 = (0.4690 × 0.05)

x = (0.4690 × 0.05) + 0.05 = 0.07345 mol Na2CO3

 

 

 

즉, 0.07345 mol Na2CO3를 가하면,

0.05 mol만큼 반응하고, 0.02345 mol만큼 남아있으므로,

[CO3^2-]/[HCO3^-] = 0.02345 / 0.05 = 0.4690

 

 

즉,

1) 0.07345 mol Na2CO3 = 0.05 mol Na2CO3 + 0.02345 mol Na2CO3

2) 0.05 mol Na2CO3는 0.05 mol HCl과 반응해서,

그 결과 0.05 mol NaHCO3 생성.

3) 0.02345 mol Na2CO3는 반응하지 않고, 용액 속에 그대로 존재.

 

 

 

따라서 첨가해야할 Na2CO3의 질량은

0.07345 mol × (106.0 g/mol) = 7.7857 g

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

 

답: 7.8 g

 

 

 

 

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