Mieszanina kwasu octowego i octanu sodu tworzy klasyczny roztwór buforowy (słaby kwas HA oraz jego sprzężona zasada A-). W takich zadaniach najwygodniej użyć równania Hendersona-Hasselbacha:
pH = pKa + log([A-]/[HA])
Oba roztwory mają tę samą molarność 0,2 M, więc o stosunku stężeń po zmieszaniu decyduje wyłącznie stosunek objętości (przy założeniu addytywności objętości). Liczba moli jest proporcjonalna do iloczynu M·V, zatem:
- mole HA ∝ 0,2 · 3
- mole A- ∝ 0,2 · 2
Stąd iloraz: [A-]/[HA] = (0,2·2)/(0,2·3) = 2/3.
Dla kwasu octowego przyjmuje się pKa ≈ 4,76 (w temperaturze około 25°C). Podstawiamy:
pH = 4,76 + log(2/3). Ponieważ 2/3 < 1, logarytm jest ujemny: log(0,666...) ≈ -0,176. Zatem pH ≈ 4,76 - 0,176 = 4,58.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są nieprawidłowe?
- 4,39 często wynika z użycia niewłaściwego ilorazu albo zbyt dużego "ujemnego" logarytmu (błąd rachunkowy).
- 4,94 sugeruje, że przyjęto iloraz odwrotny (3/2 zamiast 2/3), co sztucznie podnosi pH.
- 5,13 jest typowe, gdy ktoś błędnie uzna, że większy udział soli zawsze mocno podnosi pH lub pomyli bufor octanowy z innym układem o wyższym pKa.
Wskazówka egzaminacyjna: jeśli ilości HA i A- są równe, pH = pKa. Gdy A- jest mniej niż HA (tu 2/3), pH musi wyjść nieco mniejsze od pKa.
