第四章缓冲溶液

1、（一）缓冲溶液及组成如果是加强碱0.010mol ， PHPKalg（C酸/C碱） 4.76- （- 0.17 ） 4.931.定义 把能抵抗外加少量强酸或强碱，而维持pH基本不发生变化的溶液称为缓冲溶液。缓冲溶液所具有的抵抗外加少量强酸或强碱的作用称为缓冲作用。2.组成 较浓的强酸和强碱也有缓冲作用，但由于这类物质酸性或碱性过强，所以很少作为缓冲溶液使用，一般使用的缓冲溶液是由足够浓度和适当比例的共轭酸碱对所组成。习惯上把组成缓冲溶液的共轭酸碱对称为缓冲对，缓冲溶液是由足够浓度的缓冲对组成的混合溶液。 HAcNaAc NH3NH4Cl NaH2PO4Na2HPO4弱酸(过量）强碱 ： HAc

2、(过量)NaOH强酸弱酸的共轭碱(过量) ： HClNaAc (过量)如：+23HAc+H OH O +Ac+23HB+H OH O +BNaBNa+ + B- +3aHBH O =+B K apH=p+lgK共轭碱共轭酸上式为Henderson-Hasselbalch方程式；式中pKa为弱酸解离常数的负对数，HB和B-均为平衡浓度。B-/HB比值称为缓冲比；B-与HB之和称为缓冲溶液总浓度。 HB和B-均为平衡时候的浓度，因此：(HB)(HB)HB=c-c解离-(NaB)(HB)B =c+c解离 由于在HB-NaB中同离子影响,使得HB解离很小,因此:(HB)HB=c-(NaB)B =c因此

3、:-aB pH=p+lgHBK apH=p+lgKc(共轭碱)c(共轭酸)也可以换算为:-BaHBnpH=p+lgnK-BBaHBHBc vpH=p+lgcvK(1)缓冲溶液的pH首先取决于弱酸的解离常数Ka值,即主要取决于共轭酸的性质。 Ka值于温度有关，所以温度对缓冲溶液的pH有影响。主要对Ka与水的KW均有影响。(2)同一缓冲系的缓冲溶液，pKa值一定，其pH值随着缓冲比改变而改变。当缓冲比为1时， pH=pKa(3)当加入少量水稀释溶液时，缓冲溶液的缓冲比不变，即缓冲溶液有一定的抗稀释能力。例4-1 在500mL0.200 molL-1 NH3 H2O中，加入4.78gNH4Cl固体，

4、配制1升缓冲溶液，求此缓冲溶液的pH。解： NH3 的pKb=4.75，则 NH4 +的pKa=9.2541(NH Cl)4.78c0.089353.5 1mol L31(NH )0.200c0.1002mol L3+4(NH )a(NH )c0.100pH=p+lg9.25lg9.30c0.0893K例4-2 pH接近于7.0的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某种酶仅能在pH为6.907.15的培养液中，求含有0.225 molL-1 HPO42-和0.330 molL-1 H2PO4-的溶液的pH。若在250mL该溶液中分别加入0.20g0.40gNaOH固体，酶会分解吗？解:(1)此混合溶液

5、含HPO42- H2PO4-缓冲对，质子转移平衡为H3PO4的第二步质子转移平衡， H3PO4的pKa=7.21 所以这是一个适合于酶存在的缓冲溶液。24a24HPO 0.225pH=p+lg7.21 lg7.04H PO 0.330K (2)加入的NaOH为：0.20g/(40.0 g mol-1)=0.005mol OH-=0.005mol/0.25L=0.020 molL-1由于 OH-的加入，引起缓冲成分浓度的改变： HPO42-=(0.225 molL-1+0.020 molL-1)=0.245 molL-1 H2PO42-=(0.330 molL-1-0.020 molL-1)=0

6、.310 molL-124a224HPO 0.245pH=p+lg7.21 lg7.11H PO 0.310K(3)加入的NaOH为：0.40g/(40.0 g mol-1)=0.010molOH-=0.010mol/0.25L=0.040 molL-1由于 OH-的加入，引起缓冲成分浓度的改变：HPO42-=(0.225 molL-1+0.040 molL-1)=0.265 molL-1H2PO4-=(0.330 molL-1-0.040 molL-1)=0.290 molL-12-4a2-24HPOpH=pK +lgH PO0.265 =7.21+lg7.170.290v 测得某一弱酸 (

7、 HA )溶液的 pH=2.52, 该一元弱酸的钠盐 ( NaA ) 溶液的pH=9.15, 当上述 HA 与 NaA 溶液等体积混匀后测得 pH=4.52, 求该一元弱酸的电离常数 Ka值为多少?defbddpHnV (HA)(A )2.303(HA)(A )ccccmax( )0.576cmax总 例4-4 计算总浓度为0.20 molL-1和0.05 molL-1，缓冲比为1：1的某缓冲系的缓冲容量： 1112.3030.201 1 1 10.115mol L解： 1112.3030.051 1 1 10.029mol L计算结果表明总浓度对缓冲容量有较大影响 例4-5 将0.20mol

8、L-1HB溶液和0.20molL-1B 溶液以9：1、3：1及1：1的体积混合计算各种情况下的缓冲容量： 解：设混合时取HB a L，取B 溶液b L 由于c(HB)=c(B- )=0.20molL-1 c总=HB+B-=0.20molL-11HBaaHB=0.20mol La+ba+bc-1BbbB =0.20mol La+ba+bc-1HBB 2.303HB B HB B ab2.3030.20a+ba+bab 0.46mol La+ba+bc总所以当a:b=9:1 =0.041molL-1 当a:b=3:1 =0.086molL-1 当a:b=1:1 =0.12molL-1apHp(HA

9、)1Ka(p1)K apK配制 pH = 7 的缓冲溶液时, 选择最合适的缓冲对是-( )( Ka HAc= 1.810-5 , Kb NH3= 1.810-5 ; H3PO4 : Ka1 = 7.5210-3 , Ka2= 6.2310-8 , Ka3= 4.410-13 ;H2CO3 : Ka1 = 4.3010-7 , Ka2= 5.6110-11) (A) HAc-NaAc (B) NH3-NH4Cl (C) NaH2PO4-Na2HPO4 (D) NaHCO3-Na2CO3例4-6 如何配制 pH 为 4.50 的缓冲溶液1000mL。 aa(Ac )pHp(HAc)lg(HAc)(

10、NaAc)p(HAc)lg1000(NaAc)(NaAc) 4.75lg1000(NaAc) (NaAc)360 mLcKcVKVVVV解：( 1)选择的缓冲对:弱酸的 pKa 应在 4 6 之间，HAc 的 pKa=4.75 ，因此可选择 HAc-NaAc 缓冲对。(2)确定总溶度：为计算方便选择0.10molL-1 NaAc 溶液的体积为V(NaAc), 和0.10molL-1HAc溶液的体积为1000mL-V(HAc)。所需要HAc的体积为：640mL将360mL0.10molL-1 HAc 溶液640mL0.10molL-1NaAc溶液混合，配成1000mL,pH为4.50的缓冲溶液，

11、然后用pH计校正。例4-7 在研究酸雨造成某低土壤酸化问题时，需要pH10.00的碳酸盐缓冲溶液，在500mL0.20molL-1 的NaHCO3中，需要加入多少克碳酸钠来配制？ 解：1L缓冲溶液中： n(HCO3)0.20.5=0.10mol所需要碳酸钠的质量为：0.0561066.0g2332323(CO)a(HCO)(CO)(CO) pH = p+lg10.00=10.25+lg0.100.056 molnKnnn例 4-82244H PO -HPOpH V(NaOH)/mL /molL-1pH V(NaOH)/mL /molL-1v选择以下正确答案, 填入相应的空格内: (A) 弱酸及其盐的浓度 (B) 弱酸盐浓度 (C) 弱酸及其盐的浓度比 (D) 弱酸的 Ka值 对于 HAc-NaAc 缓冲体系:(1)决定