分析化学第二章-缓冲溶液

1、3.4.1 缓冲溶液的定义与种类缓冲溶液的定义与种类3.4.2 缓冲溶液的缓冲溶液的pH计算计算3.4.3 缓冲容量、缓冲指数、及有效缓缓冲容量、缓冲指数、及有效缓冲范围冲范围3.4.4 缓冲溶液的选择缓冲溶液的选择3.4.5 标准缓冲溶液标准缓冲溶液定义定义缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。pH缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。分类分类1、浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。、浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。2、浓度较大的强酸或强碱。、浓度较大的强酸或强碱。由由Ca mol/L HB 和和Cb mol/L B-

2、构成的共轭酸碱平衡：构成的共轭酸碱平衡：BHHBH+BHHBOH-使使pH稳定在一个较窄的范围。稳定在一个较窄的范围。高浓度强酸强碱则是因为本身浓度大对少量的酸或碱的加入高浓度强酸强碱则是因为本身浓度大对少量的酸或碱的加入不敏感而达到稳定不敏感而达到稳定pH 值的作用的。值的作用的。HBB- + H+ 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 mL of Water pH a) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 mL of Water pH b) Plots of pH vs. mL of water added to (a ) 0.50

3、0 mL of 0.100 mol . L-1 HCl and (b) 0.500 mL of a solution 0.100 mol . L-1 in both HAc and NaAc.对溶液稀释过程pH变化的控制HClNaAc-HAc设设Ca mol/L HB 和和Cb mol/L B- 构成的缓冲溶液：构成的缓冲溶液：参考水准：参考水准： H2O, HBPBE：PBE：bC-BOHHOH-HBHaC参考水准：参考水准：H2O, B-OH- HBbCOHHHBaCOH- HOHHBHBHbaaaCCKK精确式精确式简化：简化：1.pH 8OH-OHHbaaCCK）（OH- H20),O

4、H20(H 3.baCCbaaCCKHabaCCKlgppH最简式最简式解：首先进行体系分析，解：首先进行体系分析，0.10 mol/L NH4HF20.10 mol/L NH4F + 0.10 mol/L HF体系中的酸：体系中的酸：NH4+，HF；体系中的碱：体系中的碱：F-17. 3HF)(p25. 9)NH(pa4aKK构成缓冲体系：构成缓冲体系：17. 310. 010. 0lg17. 3lgppHabaCCK对缓冲体系对缓冲体系 ，若共轭酸碱对的浓度相差，若共轭酸碱对的浓度相差不大，不大，pH pKa ，可由此估计，可由此估计H+和和OH-，并依此判断，并依此判断该用近似式、最简式

5、或精确式。该用近似式、最简式或精确式。AHHA例题：求例题：求0.10 mol/L NH4HF2 溶液的溶液的pH。HFF- + H+缓冲容量缓冲容量 是指缓冲溶液抵御是指缓冲溶液抵御pH值变化的能力。值变化的能力。定义为定义为dpHddpHdabBHHBOH-pHBHHBH+pH式中式中a与与b分别代表加入的强酸或强碱的浓度。分别代表加入的强酸或强碱的浓度。缓冲容量是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变化时，缓冲容量是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变化时，缓冲容量也发生变化。缓冲容量也发生变化。例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中

6、加入酸或碱时。The definition of buffer capacity Buffer capacity is defined as the number of moles of strong acid or base required to change the pH of 1 L of buffer solution by one pH unit. 影响缓冲容量的因素讨论：影响缓冲容量的因素讨论：)(HAOHH设一缓冲体系（设一缓冲体系（HANaA）由）由cHAmol/L HA 和和 cA mol/L 的的NaA构成，总浓度构成，总浓度c= cHA + cA。若以。若以HA和和H2

7、O为参考水准：为参考水准：PBE：A-AOHHc若在该体系加入强碱，并使强碱的浓度为若在该体系加入强碱，并使强碱的浓度为b，PBE：bcA-AOHH)H(HOHH3 .2dpHd2aaKcKb推导过程推导过程2HA)H(H3 . 2aaKcK推导过程AA-HH- AOHHcHKcKKcbaawdH)(H1d22）（HKcKKbaawPBE：bcA-AOHH2.3HdH)Hlg(ddpH)H(HOHH3 . 2dpHd2aaKcKb)(HAOHH2HA)H(H3 . 2aaKcKaKHc575.0maxAHAHA3 .2cC有效缓冲范围：有效缓冲范围：pKa 110HAA1 .000.30.60

8、.91.22468pH缓冲容量或分布系数 HAc Ac pKa = 4.76pKa 1分布分数或缓冲指数结论：影响缓冲溶液缓冲指数大小结论：影响缓冲溶液缓冲指数大小的因数为共轭酸碱对的分布分数和的因数为共轭酸碱对的分布分数和缓冲溶液的总浓度。缓冲溶液的总浓度。1）HF-F-，pKa = 3.172.17 4.172）HAc-Ac-， pKa = 4.763.76 5.763）H2PO4-HPO42-，pKa2 = 7.216.21 8.214）Na2B4O7， pKa = 9.188.18 10.185）NH3-NH4+， pKa = 9.258.25 10.2533322274BO2HBO2

9、HO5HOB0.00.20.40.60.81.002468101214pH缓冲容量缓冲指数1）HF-F-，pKa = 3.172）HAc-Ac-， pKa = 4.76C = 1.0 mol/LC = 0.5 mol/LC = 0.2 mol/L3）H2PO4-HPO42-， pKa2 = 7.214）Na2B4O7， pKa = 9.185）NH3-NH4+， pKa = 9.246）强酸区）强酸区pKa =3.17pKa = 4.76pKa2 = 7.21pKa = 9.18pKa = 9.247）强碱区）强碱区问题：同浓度不同问题：同浓度不同pKa的弱酸弱的弱酸弱碱缓冲体系的异同？碱缓冲

10、体系的异同？H3PO4 pKa1 = 2.16， pKa2 = 7.21 , pKa3 = 12.32 0.00.10.20.30.40.50.602468101214pH缓冲容量缓冲指数问题：如何配制全域问题：如何配制全域pH缓冲溶液缓冲溶液(系列）？系列）？缓冲溶液的计算缓冲溶液的计算欲将欲将pH值控制在某个范围内（值控制在某个范围内（pH），缓冲溶液所能容纳），缓冲溶液所能容纳外加的强酸或强碱的浓度（外加的强酸或强碱的浓度（a或或b）的计算：）的计算：)H1H1(AA12A12aaaKKcKcb例例 1 50 mL由由0.10 mol L-1 NH3和和0.10 mol L-1 NH4C

11、l按体积按体积比比3：1的比例配成的缓冲溶液，当其的比例配成的缓冲溶液，当其pH由由9.73改变到改变到8.73时能容纳多少盐酸？（时能容纳多少盐酸？（pKa = 9.25）b0为加入强碱，为加入强碱， b0为加入强酸为加入强酸题解题解 0.052 mol/L题解解：解：)/(052. 0)1010110101(1010. 0)H1H1(73. 925. 973. 825. 925. 912ALmolKKcKcbaaa例例2由由0.10 mol L-1 NH3和和0.10mol L-1 NH4Cl按体积比按体积比3：1的比的比例配成的缓冲溶液，其缓冲指数为多少？例配成的缓冲溶液，其缓冲指数为多

12、少？ （pKa = 9.25）题解题解 = 0.043 mol L-1 pH-1用用0.02000 mol L-1 EDTA滴定滴定25.00mL浓度为浓度为0.02000 mol L-1 的的Zn2+溶液，欲加入溶液，欲加入10 mL pH = 5.0 HAc-NaAc缓冲缓冲溶液（溶液（pKa = 4.74），为使滴定前后的），为使滴定前后的pH改变不超过改变不超过0.3个单位，应配制总浓度为多大的缓冲溶液？个单位，应配制总浓度为多大的缓冲溶液？例例3题解 c0 = 0.78 mol L-143NHNH303. 2c题解解：解：43NHNH303. 2c73. 913lg25. 9NHNHlgppH43aK2)(303.2HKHKcaa题解0167. 00 .6020 .250200. 0b192. 0)1010110101(10)H1H1(00. 574. 477. 474. 474. 412AaaaKKKLmolbcAc/78. 06129. 00167. 060 所控制的所控制的pH应尽量与应尽量与pKa一致，且浓度较大。一致，且浓度较大