分析化学课件-两性物质的H+浓度计算、缓冲溶液

(6)两性物质的H+浓度计算

①酸式盐以NaHA为例，存在下列平衡：cKa2≥10Kw，上式简化为：c＞10Ka1，Ka1＋c≈c，或例5.11计算0.10mol•L-1邻苯二甲酸氢钾溶液的pH值。解：邻苯二甲酸pKa1=2.89，pKa2=5.54，可采用最简式计算pH=4.22②弱酸弱碱盐（NH4Ac）当Kac＞10KW，c＞10Ka＇时，例5.12计算0.10mol/LNH4Ac溶液的pH值。Ac－共轭酸的Ka＇＝1.8×10－5，NH4＋的Ka＝5.6×10－10，c＞10Ka＇，

Kac＞10KW，[H+]=(Ka·Ka′)1/2=1.0×10－7mol/LpH=7.0各类酸碱H+浓度计算的最简式：如HAc的水溶液中，HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq)加入NaAc，由于NaAc=Na++Acˉ平衡向左移动，HAc的解离度降低。5.5缓冲溶液5.5.1同离子效应和缓冲溶液1.同离子效应

用指示剂证明：若用甲基橙作指示剂，则溶液先呈现红色,加入NaAc之后，溶液则呈现黄色,即溶液中[H+]降低了，说明HAc的解离度降低。2.缓冲溶液弱酸及其共轭碱弱碱及其共轭酸组成的溶液pH在一定范围内不因稀释或外加少量强酸或强碱而发生显著变化，即对外加的酸和碱具有缓冲能力。若往系统中加入少量强碱，则H+与OH-结合生成H2O，使HAc解离平衡右移，HAc的浓度减少，H+的浓度仍保持基本不变。HAc充当缓冲溶液抗碱成分。以HAc和NaAc的混合溶液为例:

NaAc=Na++Ac-

HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq)系统中大量HAc、Ac-存在,使H+相对较少.

当溶液中加入少量强酸时，H+与Acˉ结合生成HAc，使H+的浓度保持基本不变。Ac-充当缓冲溶液抗酸成分。

加入少量水稀释:HAc和Ac－浓度同时以相同倍数稀释，HAc和Ac－浓度均减小，同离子效应减弱，促使HAc解离度增加，产生的[H+]可维持溶液的pH值几乎不变。加入大量的强酸或强碱:溶液中的Ac‾或HAc耗尽，则溶液将失去缓冲能力。5.5.2缓冲溶液pH值计算1.弱酸－弱酸盐类缓冲溶液pH值计算

HA－A－体系中，以c(HA)和c(A－)为初始浓度，达到平衡后，设体系中的[H＋]＝xmo1•L-1，则起始浓度／mo1•L-1

c(HA)0c(A－)

平衡浓度／mo1•L-1

c(HA)－xxc(A－)+x

由于x很小，所以

c(HA)－x≈c(HA)

c(A－)+x≈c(A－)

由上述公式可知，在特定的缓冲溶液中，溶液pH的大小取决于[HA]／[A－]的比值(称缓冲对)。写成通式：例5.1340.00mL1.000mol·L-1

HAc与20.00mL1.000mol·L-1

NaOH混合，求混合液的pH?解：HAc+NaOH=NaAc+H2O由于HAc过量，反应平衡后生成0.02000mol的Acˉ，并剩余0.02000molHAc，溶液总体积为60mL。已知HAc的pKa为4.76解：加入的1.000mol/L盐酸由于稀释，浓度变为：c(HAc)=(0.1000+0.0010)=0.101mol/L,c(Acˉ)=(0.1000–0.0010)=0.099mol/L例5.14已知在50.00mL含有0.1000mol/L的HAc

和0.1000mol/L

NaAc缓冲液中，加入0.050mL

1.000mol/L

盐酸，求其pH。

计算结果表明:50mLHAc-NaAc缓冲溶液中，若加入少量的强酸(0.05mL1.0mol/L的盐酸)，溶液的pH由4.76降至4.74，仅改变0.02；但若在50mL纯水中加入0.05mL1.000mol/LHCl

溶液，则由于H+的浓度约为0.001mol/L，pH=3。即pH改变了4个单位。2.弱碱－弱酸盐类缓冲溶液pH值计算

NH3H2O－NH4+缓冲溶液体系pH计算公式如下：

即：

3.各种缓冲溶液pH计算公式通式5.5.3缓冲溶液的应用和选择1.理解缓冲溶液(1)缓冲溶液的缓冲能力(或称缓冲容量)是有限度的。(2)缓冲能力主要与以下因素有关：①缓冲溶液的pH在其pKa值附近时，缓冲容量最大。②缓冲对的浓度：缓冲对的浓度均较大时，缓冲能力较大。③缓冲对的浓度比:为1:1或相近(通常在0.1～10之间)时,缓冲能力较大。(3)缓冲溶液的pH值主要取决于①

pKa；②共轭酸碱对的浓度比值——缓冲容量当ca=cb时，pH=pKa；

ca/

cb=0.1～10，pH=pKa±1。(4)缓冲溶液应用很广。根据需要来选择缓冲物质。2.缓冲溶液的选择和配制

a．缓冲溶液对测量过程应没有干扰。

b．pH应在缓冲溶液的缓冲范围之内。如果缓冲溶液是由弱酸及共扼碱组成的，pKa值应尽量与所需控制的pH一致，即pKa≈pH.c缓冲溶液应有足够的缓冲容量，以满足实际工作的需要。

d．缓冲物质应廉价易得，避免污染。

缓冲溶液共轭酸碱对pKa缓冲范围HCO2H/HCO2NaHCO2H

-HCO2–3.752.75~4.75CH3CO2H/CH3CO2NaHAc

-Ac

–4.763.76~5.76NaH2PO4/Na2HPO4H2PO4

-HPO42–7.216.21~8.21NH3·H2O/NH4ClNH4+-NH39.258.25~10.25NaHCO3/Na2CO3HCO3–-CO32–10.259.25~11.25

常用缓冲溶液的缓冲范围例5.15：要配制10mLpH=5.0的HAc-NaAc缓冲液，问需浓度为1.