基礎(chǔ)化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題集：第四章緩沖溶液

1、第四章 緩沖溶液【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握 緩沖溶液的概念、組成和作用機(jī)制；影響緩沖溶液pH的因素、Henderson-Hasselbalch方程式及應(yīng)用；緩沖容量的概念、影響因素及有關(guān)計算。熟悉 緩沖溶液的配制原則、方法和步驟；血液中的主要緩沖系及其在穩(wěn)定血液pH過程中的作用。 了解 醫(yī)學(xué)上常用的緩沖溶液的配方和標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的組成?！緝?nèi)容要點(diǎn)】第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機(jī)制一、緩沖溶液及其作用機(jī)制能夠抵抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，或在一定范圍內(nèi)稀釋時，保持溶液pH基本不變的溶液稱為緩沖溶液。其對溶液pH的穩(wěn)定作用稱為緩沖作用。以足量HAc和Ac-組成的緩沖溶液為例， HAc(aq)+H2O(l) H3O+(aq

2、) + Ac-(aq)加入少量強(qiáng)堿（OH-）時，OH-接受H3O +傳遞的質(zhì)子，使平衡右移，溶液中大量存在的HAc解離以補(bǔ)充被OH-消耗掉的H3O+，從而保持pH基本不變。加入少量強(qiáng)酸（H3O +）時，大量存在的Ac-接受其傳遞的質(zhì)子生成HAc， 使平衡左移，因而H3O+無明顯增加，保持pH基本不變。二、緩沖溶液的組成緩沖溶液一般由足夠濃度、一定比例的共軛酸堿對組成。組成共軛酸堿對的兩種物質(zhì)稱為緩沖系或緩沖對，其中共軛酸起到抗堿作用，稱為抗堿成分；共軛堿起到抗酸作用，稱為抗酸成分。第二節(jié) 緩沖溶液pH的計算一、緩沖溶液pH的近似計算公式（一）基本公式Henderson-Hasselbalch方

3、程式在HB-B-組成的緩沖溶液中，HB和B-之間存在如下質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡HB(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + B- (aq)由平衡可得 H3O+Ka (4.1)pHpKa + lgpKa + lg (4.2)此式即計算緩沖溶液pH的HendersonHasselbalch方程式。 B-與HB的比值稱為緩沖比，B-與HB之和為緩沖溶液的總濃度。（二）應(yīng)用公式1. 由于緩沖溶液中存在同離子效應(yīng)，c(B-) B-，c(HB) HBpHpKa + lgpKa + lg (4.3)2因c(B-) = n(B-) / V，c(HB) = n(HB)/V，代入上式得pHpKa+lgpKa+lg

4、(4.4)3若使用同濃度的HB和B-配制緩沖溶液，即c(B-,初始) = c(HB,初始)，因n(B-) = c(B-,初始) V(B-)，n(HB) = c(HB,初始) V(HB)，則 pHpKa+lgpKa+lg (4.5)（三）緩沖溶液計算公式的意義1緩沖溶液的pH主要取決于Ka。溫度對Ka有影響。2緩沖溶液的pH還取決于緩沖比B-/HB。3當(dāng)緩沖溶液稀釋時，B-/HB比值基本不變，pH基本不變。4上述公式只適用于緩沖溶液pH的近似計算。第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量def (4.7)式中dna(b)為加入的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。一定時，pH改變值|dpH|愈小，則值愈大，緩沖

5、溶液的緩沖能力愈強(qiáng)。二、影響緩沖容量的因素緩沖容量與緩沖溶液的總濃度c總(c總=HB + B-)及B-、HB的關(guān)系2.303 HBB- / c總此式可改寫為： (4.8)1. 當(dāng)緩沖比一定時，c總愈大，愈大。通常c總在0.050.2 molL-1之間。2. 當(dāng)總濃度一定時，緩沖比愈偏離1，緩沖容量愈小。緩沖比等于1時，緩沖容量有最大值最大2.303(c總/2)(c總/2)/c總0.576c總 (4.9)三、緩沖范圍由于緩沖比影響緩沖容量，在一定緩沖比范圍內(nèi)，緩沖溶液才具有緩沖能力，其相應(yīng)pH范圍稱為緩沖范圍。當(dāng)緩沖比小于1/10或大于10/1時，緩沖溶液基本失去緩沖能力，故緩沖范圍為pHpKa

6、1。第四節(jié) 緩沖溶液的配制一、緩沖溶液的配制方法1. 緩沖系的選擇原則(1) 在緩沖溶液的緩沖范圍pH = pKa 1內(nèi)選擇合適緩沖系。(2) 一般選用總濃度在0.050.2 molL-1范圍的緩沖系。(3) 根據(jù)HendersonHasselbalch方程式計算所需共軛酸堿的量。2. 配制方法(1) 為配制方便，常使用相同濃度的共軛酸堿配制緩沖溶液。(2) 也可采用過量酸（堿）與強(qiáng)堿（酸）反應(yīng)組成緩沖系，如：HAc（aq, 過量）+ NaOH(aq) NaAc(aq) + H2O(l)二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液性質(zhì)穩(wěn)定，并有一定抗稀釋能力。應(yīng)用于校準(zhǔn)pH計。第五節(jié) 血液中的緩沖系人體中存在

7、多種緩沖系，如血漿中 H2CO3-、-、HnP-Hn-1P-(HnP代表蛋白質(zhì))紅細(xì)胞中 H2b-Hb-(H2b代表血紅蛋白)、H2bO2-(H2bO2代表氧合血紅蛋白)、H2CO3-、-。碳酸緩沖系是人體最重要的緩沖系，其由溶解狀態(tài)的CO2和組成：CO2(aq) + H2O(l) H2CO3(l) H+(aq) + (aq)CO2溶解在離子強(qiáng)度為0.16的血漿中，體溫37時，pKa為6.10，所以pHpKa，+lg=6.10+lg血漿中HCO3-和CO2(aq)分別為0.024 molL-1和0.0012 molL-1，pH6.10 + lg 6.10 + lg7.40由于人體是敞開系統(tǒng)，肺

8、和腎的生理調(diào)節(jié)功能可保持緩沖比為201，在其他緩沖系的協(xié)同作用下，保持血液pH在7.35-7.45范圍內(nèi)。【難題解析】例4-1 計算pH=5.00，總濃度為0.20 molL-1的C2H5COOH(丙酸，用HPr表示)- C2H5COONa緩沖溶液中，C2H5COOH和C2H5COONa的物質(zhì)的量濃度。若向1 L該緩沖溶液中加入0.010 mol HCl，溶液的pH等于多少？分析 用HendersonHasselbalch方程式直接計算丙酸和丙酸鈉的濃度。 加入HCl后，C2H5COOH濃度增加, C2H5COONa濃度減小。解 查表4-1，C2H5COOH的pK a= 4.87，設(shè)c(HPr

9、) = x molL-1。則c(NaPr) =（0.20-x）molL-1pHpKa+lg=4.87+lg=5.00解得 x = 0.085 即c(HPr) = 0.085 molL-1c(NaPr) = (0.20 - 0.085) molL-1 = 0.12 molL-1 加入0.050 mol HCl后：pHpKa+lg=4.87+lg=4.93例4-2 檸檬酸（縮寫H3Cit）常用于配制供培養(yǎng)細(xì)菌的緩沖溶液?，F(xiàn)有0.200 molL-1H3Cit溶液500 mL，要配制pH為5.00的緩沖溶液，需加入0.400 molL-1的NaOH溶液多少毫升？分析 檸檬酸的pKa2= 4.77，配

10、制pH為5.00的緩沖溶液，應(yīng)選NaH2Cit-Na2HCit緩沖系，NaOH先與H3Cit完全反應(yīng)生成NaH2Cit，再與NaH2Cit部分反應(yīng)生成Na2HCit。解 設(shè)H3Cit全部轉(zhuǎn)化為NaH2Cit需NaOH溶液V1 mL H3Cit(aq) + NaOH(aq)NaH2Cit(aq) + H2O(l)0.400 molL-1 V1 mL = 0.200 molL-1 500 mLV1 = 250即將H3Cit完全中和生成NaH2Cit，需0.400 molL-1NaOH溶液250 mL，生成NaH2Cit 0.200 molL-1 500 mL=100 mmol設(shè)NaH2Cit部分轉(zhuǎn)

11、化為Na2HCit需NaOH溶液V2 mL， NaH2Cit(aq) + NaOH(aq) Na2Hcit(aq) + H2O(l)則n(Na2HCit ) = 0.400V2 mmol， n(NaH2CitB) = (100 - 0.400V2) mmol，pH = pKa2 + lg= 4.77lg= 5.00V2 = 157共需加入NaOH溶液的體積為V1 mL + V2 mL = (250 + 157) mL = 407 mL例4-3 已知巴比妥酸 (C4H4N2O3)的pKa = 4.01。今有500 mL總濃度0.200 molL-1、pH為3.70的巴比妥酸巴比妥酸鈉緩沖溶液，欲

12、將溶液的pH調(diào)整到4.20，需加入NaOH多少克？調(diào)整前后緩沖溶液的緩沖容量各為多少？分析 用HendersonHasselbalch方程式分別求出加入NaOH前后緩沖系中巴比妥酸及巴比妥酸鈉的濃度，再求緩沖容量。解 在pH為3.70的緩沖溶液中3.70 = 4.01 + lg解得 c(C4H4N2O3) = 0.134 molL-1c(NaC4H3N2O3) = (0.200 - 0.134) molL-1 = 0.066 molL-1 =0.10 molL-1 設(shè)將pH調(diào)整為4.20需加入固體NaOH x g：4.20 = 4.01 + lg解得： x = 1.1c(C4H4N2O3) =

13、 0.134 molL-1 = 0.079 molL-1c(NaC4H3N2O3) = 0.066 molL-1 + = 0.12 molL-1 = 0.11 molL-1例4-4 用0.025 molL-1的H2C8H4O4(鄰苯二甲酸)溶液和0.10 molL-1的NaOH溶液，配制pH為5.60的緩沖溶液100 mL，求所需H2C8H4O4溶液和NaOH溶液的體積比。分析 NaOH與H2C8H4O4完全反應(yīng)生成NaHC8H4O4，再與NaHC8H4O4部分反應(yīng)生成Na2C8H4O4。解 緩沖系為，H2C8H4O4的pKa2=5.41。設(shè)需H2C8H4O4溶液V1 mL，需NaOH溶液的總

14、體積為V2 mL，依題意第一步反應(yīng)需NaOH溶液的體積亦為V1 mL。對于較復(fù)雜的平衡體系，可用列表法找出平衡時各物質(zhì)的量。 H2C8H4O4(aq) + NaOH(aq) (aq) + H2O(l)起始量mmol + 0.025V1 +0.025V1變化量mmol -0.025 V1 -0.025V1 +0.025V1平衡量mmol 0 0 +0.025V1 (aq) + NaOH(aq) (aq) + H2O(l)起始量mmol +0.025V1 +(0.10V2-0.025V1)變化量mmol -(0.10V2-0.025V1) -(0.10V2-0.025V1) +(0.10V2-0.

15、025V1)平衡量mmol 0.025V1- (0.10V2-0.025V1) 0 (0.10V2-0.025V1) = (0.050V1-0.10V2)pH = pKa2 + lg= 5.41 + lg= 5.60解得 【習(xí)題詳解】1. 什么是緩沖溶液？ 試以血液中的H2CO3-緩沖系為例，說明緩沖作用的原理及其在醫(yī)學(xué)上的重要意義。答 能夠抵抗少量外來強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而保持其pH基本不變的溶液稱為緩沖溶液。血液中溶解的CO2與組成緩沖系。正常人體/CO2(aq)為20/1，pH=7.40。若pH7.45，發(fā)生堿中毒。當(dāng)酸性代謝產(chǎn)物增加時，抗酸成分與H3O+結(jié)合，增加的H2CO3可通過加快呼吸以CO

16、2的形式呼出；消耗的則由腎減少對其的排泄而得以補(bǔ)充；當(dāng)堿性代謝產(chǎn)物增加時， OH-與H3O+結(jié)合生成H2O，促使抗堿成分H2CO3離解以補(bǔ)充消耗的H3O+。同理，減少的H2CO3及增加的可通過肺和腎來調(diào)控。血液中的H2CO3緩沖系與其他緩沖系共同作用，維持pH 為7.357.45的正常范圍。2. 什么是緩沖容量？影響緩沖容量的主要因素有哪些?總濃度均為0.10 molL-1的 HAc-NaAc和H2CO3-緩沖系的緩沖容量相同嗎？答 緩沖容量是衡量緩沖溶液緩沖能力大小的尺度，表示單位體積緩沖溶液pH發(fā)生一定變化時，所能抵抗的外加一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。影響緩沖容量的主要因素是緩沖系的總濃

17、度和緩沖比：緩沖比一定時，總濃度越大緩沖容量越大；總濃度一定時，緩沖比越接近于1緩沖容量越大?？倽舛燃熬彌_比相同的HAc-NaAc和H2CO3-緩沖系的緩沖容量相同。3. 下列化學(xué)組合中，哪些可用來配制緩沖溶液？ (1) HCl + NH3H2O (2) HCl + Tris (3)HCl + NaOH(4) Na2HPO4 + Na3PO4 (5) H3PO4 + NaOH (6)NaCl + NaAc答 可用來配制緩沖溶液的是：(1) HCl + NH3H2O；(2) HCl + Tris；(4) Na2HPO4 + Na3PO4和(5) H3PO4 + NaOH4. 將0.30 molL

18、-1吡啶(C5H5N，pKb=8.77)和0.10 molL-1HCl溶液等體積混合,混合液是否為緩沖溶液？求混合溶液的pH。解 C5H5N與HCl反應(yīng)生成C5H5NH+Cl-(吡啶鹽酸鹽)，混合溶液為0.10 molL-1 C5H5N和0.050 molL-1 C5H5NH+Cl-緩沖溶液，pKa = 14.00 - 8.77 = 5.235. 將10.0 gNa2CO3和10.0 gNaHCO3溶于水制備250 mL緩沖溶液，求溶液的pH。解. 6. 求pH=3.90，總濃度為0.400 molL-1的HCOOH (甲酸)HCOONa(甲酸鈉)緩沖溶液中，甲酸和甲酸鈉的物質(zhì)的量濃度(HCO

19、OH的pKa=3.75)解. 設(shè)c(HCOONa) = x molL-1, 則c(HCOOH) = 0.400 molL-1 - x molL-1解得 c(HCOO-) = x molL-1 = 0.234 molL-1 c(HCOOH)=(0.400-0.234) molL-1=0.166 molL-17. 向100 mL某緩沖溶液中加入0.20 g NaOH固體，所得緩沖溶液的pH為5.60。已知原緩沖溶液共軛酸HB的pKa=5.30，c(HB)=0.25 molL-1，求原緩沖溶液的pH。解. n(NaOH) = 0.050 molL-1 加入NaOH后，解得 c(B-) = 0.35

20、molL-1原溶液 8. 阿司匹林(乙酰水楊酸、以HAsp表示)以游離酸(未解離的)形式從胃中吸收，若病人服用解酸藥，調(diào)整胃容物的pH為2.95，然后口服阿司匹林0.65 g。假設(shè)阿司匹林立即溶解，且胃容物的pH不變，問病人可以從胃中立即吸收的阿司匹林為多少克 (乙酰水楊酸的Mr=180.2、pKa=3.48) ？解. 依題意 解得 n(HAsp) = 0.0028 mol可吸收阿司匹林的質(zhì)量 = 0.0028 mol 180.2 gmol-1 = 0.50 g9. 在500 mL 0.20 molL-1 C2H5COOH（丙酸，用HPr表示）溶液中加入NaOH 1.8 g，求所得溶液的近似p

21、H和校正后的精確pH。已知C2H5COOH的pKa=4.87，忽略加入NaOH引起的體積變化。解. 求近似pHpH = pKa 求精確pH，丙酸鈉是強(qiáng)電解質(zhì)I =cizi2 = (12+12) = 0.09 molL-1 0.1 molL-1當(dāng)Z = 0，I = 0.10時，校正因數(shù) pH = pKa10. 某醫(yī)學(xué)研究中，制作動物組織切片時需pH約為7.0的磷酸鹽緩沖液作為固定液。該固定液的配方是：將29 g Na2HPO412H2O和2.6 g NaH2PO42H2O分別溶解后稀釋至1 L。若校正因數(shù)lg=-0.53，計算該緩沖溶液的精確pH。解. c(Na2HPO4) = 0.081 mo

22、lL-1c(NaH2PO4) = 0.017 molL-1pH=pKa2 + +lg = 7.21 +(-.0.53) + lg= 7.3611. 將0.10 molL-1HAc溶液和0.10 molL-1NaOH溶液以3:1的體積比混合，求此緩沖溶液的pH及緩沖容量。解. HAc溶液和NaOH溶液的體積分別為3V和V，c(HAc) = (0.103V - 0.10 V) molL-1 / (3V + V) = 0.050 molL-1c(Ac-) = 0.10 molL-1 V / (3V + V ) = 0.025 molL-112. 某生物化學(xué)實(shí)驗中需用巴比妥緩沖溶液，巴比妥(C8H12

23、N2O3)為二元有機(jī)酸（用H2Bar表示，pKa17.43)。今稱取巴比妥18.4 g，先加蒸餾水配成100 mL溶液，在pH計監(jiān)控下，加入6.00 molL-1NaOH溶液4.17 mL，再加蒸餾水稀釋至1000 mL。求此緩沖溶液的pH和緩沖容量。（已知巴比妥的Mr=184 gmol-1）解. H2Bar與NaOH的反應(yīng)為H2Bar(aq) + NaOH(aq)NaHBar(aq) +H2O(l)反應(yīng)生成的NaHBar的物質(zhì)的量n(NaHBar) c(NaOH)V(NaOH)6.0 molL-14.17 mL25 mmol，剩余H2Bar的物質(zhì)的量為n余(H2Bar)n(H2Bar) -

24、n(NaOH)1000 - 25 mmol75 mmolpHpKa+lg7.43+lg6.95 2.3030.043 molL-113. 分別加NaOH溶液或HCl溶液于檸檬酸氫鈉（縮寫Na2HCit）溶液中。寫出可能配制的緩沖溶液的抗酸成分、抗堿成分和各緩沖系的理論有效緩沖范圍。如果上述三種溶液的物質(zhì)的量濃度相同，它們以何種體積比混合，才能使所配制的緩沖溶液有最大緩沖容量?（已知H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40）解.溶液組成緩 沖 系抗酸成分抗堿成分有效緩沖范圍最大時體積比Na2HCit+HClH2Cit-HCit2-HCit2-H2Cit-3.765.

25、762:1Na2HCit+HClH3Cit-H2Cit-H2Cit-H3Cit2.134.132:3Na2HCit+NaOHHCit2-Cit3-Cit3-HCit2-5.407.402:114. 現(xiàn)有(1)0.10 molL-1NaOH溶液，(2)0.10 molL-1NH3溶液，(3)0.10 molL-1Na2HPO4 溶液各50 mL，欲配制pH=7.00的溶液，問需分別加入0.10 molL-1 HCl溶液多少mL？配成的三種溶液有無緩沖作用？哪一種緩沖能力最好？解. HCl與NaOH完全反應(yīng)需HCl溶液50 mL。 HCl(aq) + NH3H2O(aq) = NH4Cl(aq)

26、+ H2O(l)NH4+的pKa = 14.00-4.75= 9.25， 解得 V(HCl) = 49.7 mL HCl(aq) + Na2HPO4(aq) = NaH2PO4(aq) + NaCl(aq)H3PO4的pKa2=7.21， 解得 V (HCl) = 31 mL 第一種混合溶液無緩沖作用；第二種pHpKa -1，無緩沖能力；第三種緩沖作用較強(qiáng)。15. 用固體NH4Cl和NaOH溶液來配制1 L總濃度為0.125 molL-1，pH=9.00的緩沖溶液，問需NH4Cl多少克？求需1.00 molL-1的NaOH溶液的體積（mL）。解. 設(shè)需NH4Cl的質(zhì)量為x gpKa(NH4+)

27、 = 14.00 - 4.75 = 9.25依題意，緩沖系中共軛堿NH3由NH4Cl與NaOH反應(yīng)提供，因此 xg/53.5g.mol-11L=0.125molL-1x=6.69g解得 V(NaOH) = 0.045 L即需NH4Cl 6.69 g，NaOH溶液0.045 L。16. 用0.020 molL-1H3PO4溶液和0.020 molL-1NaOH溶液配制100 mL pH=7.40的生理緩沖溶液，求需H3PO4溶液和NaOH溶液的體積（mL）。解. 設(shè)第一步反應(yīng)需H3PO4和NaOH溶液體積各為x mL H3PO4(aq) + NaOH(aq) = NaH2PO4(aq) + H2

28、O(l)x mL H3PO4與x mL NaOH完全反應(yīng)，生成NaH2PO4 0.020 molL-1 x mL = 0.020 x mmol 第二步反應(yīng)：設(shè)生成的NaH2PO4再部分與NaOH y mL反應(yīng)，生成Na2HPO4，其與剩余NaH2PO4組成緩沖溶液NaH2PO4(aq) + NaOH(aq) = Na2HPO4(aq) + H2O(l)起始量mmol +0.020x +0.020y 變化量mmol -0.020y -0.020y +0.020y 平衡量mmol 0.020(x-y) 0 +0.020y=1.55依題意又有 2x + y = 100解得 x = 38.4，y =

29、23.2即需H3PO4溶液38.4 mL，NaOH溶液(38.4 + 23.2) mL = 61.6 mL。17. 今欲配制37時，近似pH為7.40的生理緩沖溶液，計算在Tris和TrisHCl濃度均為0.050 molL-1的溶液l00 mL中，需加入0.050 molL-1 HCl溶液的體積（mL）。在此溶液中需加入固體NaCl多少克，才能配成與血漿等滲的溶液？（已知TrisHCl在37時的pKa7.85，忽略離子強(qiáng)度的影響。）解. V(HCl) = 47.6 mL 設(shè)加入NaCl x g，血漿滲透濃度為300 mmolL-1=0.018 molL-1=0.050 molL-1（0.01

30、8 + 20.050）molL-1 + 0.300 molL-1x = 0.79，即需加入NaCl 0.79 g18. 正常人體血漿中，24.0 mmolL-1、CO2(aq)1.20 mmolL-1。若某人因腹瀉使血漿中減少到為原來的90%，試求此人血漿的pH，并判斷是否會引起酸中毒。已知H2CO3的pKa1=6.10。解. pH= pKa1pH雖接近7.35，但由于血液中還有其他緩沖系的協(xié)同作用，不會引起酸中毒。 Exercises1. How do the acid and base components of a buffer function? Why are they typica

31、lly a conjugate acid-base pair?Solution A buffer solution consists of a conjugate acid-base pair. The conjugate base can consume the added strong acid, and the conjugate acid can consume the added strong base, to maintain pH。The conjugate acid-base pairs of weak electrolytes present in the same solu

32、tion at equilibrium.2. When H3O+ is added to a buffer，does the pH remain constant or does it change slightly？Explain.Solution The pH of a buffer depends on the pKa of the conjugate acid and the buffer component ratio. When H3O+ is added to a buffer，the buffer component ratio changes slightly，so the

33、pH changes slightly.3. A certain solution contains dissolved HCl and NaCl. Why cant this solution act as a buffer?Solution This solution cant act as a buffer. HCl is not present in solution in molecular form. Therefore, there is no reservoir of molecules that can react with added OH- ions. Likewise

34、the Cl- does not exhibit base behavior in water, so it cannot react with any H3O+ added to the solution.4. What is the relationship between buffer range and buffer-component ratio?Solution The pH of a buffer depends on the buffer component ratio. When B-/HB=1, pH = pKa, the buffer is most effective.

35、 The further the buffer-component ratio is from 1，the less effective the buffering action is. Practically, if the B-/HB ratio is greater than 10 or less than 0.1, the buffer is poor. The buffer has a effective range of pH = pKa1.5. Choose specific acid-base conjugate pairs of suitable for prepare th

36、e following beffers（Use Table 4-1 for Ka of acid or Kb of base）：(a) pH4.0, (b) pH7.0, (c) H3O+1.010-9 molL-1.Solution (a) HAc and Ac- (b) and (c) and NH36. Choose the factors that determine the capacity of a buffer from among the following and explain your choices.(a) Conjugate acid-base pair (b) pH

37、 of the buffer (c) Buffer ranger(d) Concentration of buffer-component reservoirs(e) Buffer-component ratio (f) pKa of the acid componentSolution Choose (d) and (e). Buffer capacity depends on both the concentration of the reservoirs and the buffer-component ratio. The more concentrated the component

38、s of a buffer, the greater the buffer capacity. When the component ratio is close to one, a buffer is most effective.7. Would the pH increase or decrease, and would it do so to a larger or small extent, in each of the following cases:(a) Add 5 drops of 0.1 molL-1 NaOH to 100 mL of 0.5 molL-1 acetate

39、 buffer(b) Add 5 drops of 0.1 molL-1 HCl to 100 mL of 0.5 molL-1 acetate buffer(c) Add 5 drops of 0.1 molL-1 NaOH to 100 mL of 0.5 molL-1 HCl(d) Add 5 drops of 0.1 molL-1 NaOH to distilled waterSolution (a) The pH increases to a small extent, (b) The pH decreases to a small extent, (c) The pH increa

40、ses to a small extent, (d) The pH increases to a larger extent.8. Which of the following solutions will show buffer properties?(a) 100 mL of 0.25 molL-1 NaC3H5O3 + 150 mL of 0.25 molL-1 HCl(b) 100 mL of 0.25 molL-1 NaC3H5O3 + 50 mL of 0.25 molL-1 HCl(c) 100 mL of 0.25 molL-1 NaC3H5O3 + 50 mL of 0.25

41、 molL-1 NaOH(d) 100 mL of 0.25 molL-1 C3H5O3H + 50 mL of 0.25 molL-1 NaOHSolution (b) and (d)9. A chemist needs a pH 10.5 buffer. Should she use CH3NH2 and HCl or NH3 and HCl to prepare it? Why? What is the disadvantage of choosing the other base?Solution The pKa of CH3NH2HCl is 10.65. The pKa of is

42、 9.25. The pKa of the former is more close to 10.5. A buffer is more effective when the pH is close to pKa. She should choose CH3NH2. The other is not a good choice.10. An artificial fruit contains 11.0 g of tartaric acid H2C4H4O6，and 20.0 g its salt， potassium hydrogen tartrate，per liter. What is t

43、he pH of the beverage？Ka1=1.010-3Solution 11. What are the H3O+ and the pH of a benzoate buffer that consists of 0.33 molL-1 C6H5COOH and 0.28 molL-1 C6H5COONa？Ka of benzoic acid=6.310-5.Solution H3O+=7.4110-5 molL-112. What mass of sodium acetate (NaC2H3O23H2O, Mr=136.1 gmol-1) and what volume of c

44、oncentrated acetic acid (17.45 molL-1) should be used to prepare 500 mL of a buffer solution at pH=5.00 that is 0.150 molL-1 overall?Solution c(CH3COO-) + c(CH3COOH)=0.150 molL-1n(CH3COO-) + n(CH3COOH) = 0.150 molL-1 500 mL 10-3 LmL-1 = 0.0750 moln(CH3COOH) = 0.0270 mol, n(CH3COO-) = 0.0480 molMass

45、of sodium acetate = 0.0480 mol 136.1 gmol -1 = 6.53 g13. Normal arterial blood has an average pH of 7.40. Phosphate ions form one of the key buffering systems in the blood. Find the buffer-component ratio of a KH2PO4/Na2HPO4 solution with this pH pKa2 of = 6.80.Solution (宋一林)【學(xué)生自我測試題】一、判斷題（對的打，錯的打，共

46、10分）1. 緩沖溶液就是能抵抗外來酸堿影響，保持溶液pH絕對不變的溶液。 （ ） 2. 在一定范圍內(nèi)稀釋緩沖溶液后，由于共軛堿與共軛酸的比值不變，故緩沖溶液的pH和緩沖容量均不變。 （ ）3. 可采用在某一元弱酸HB中，加入適量NaOH的方法來配制緩沖溶液。 （ ）4. 總濃度越大，緩沖容量越大，緩沖溶液的緩沖能力越強(qiáng)。 （ ）5. 正常人體血漿中，碳酸緩沖系的緩沖比為20：1，所以該緩沖系無緩沖作用。 （ ）6. 緩沖溶液的緩沖容量越大，其緩沖范圍也越大。 （ ）7. 0.1 molL-1 NH3H2O溶液和0.1 molL-1 HCl溶液適當(dāng)體積混合后，所得緩沖溶液中抗酸成分是NH3H2

47、O，抗堿成分是HCl。 （ ）8. 其他條件相同時，緩沖對中共軛酸的pKa愈接近緩沖溶液的pH，該緩沖溶液的緩沖容量就愈大。 （ ）9. 由共軛酸堿對組成的溶液一定具有緩沖作用。 （ ）10. HAc溶液和NaOH溶液混合可以配成緩沖溶液，條件是HAc比NaOH的物質(zhì)的量適當(dāng)過量。 （ ）（二）選擇題（將每題一個正確答案的字母選出，每題1分，共30分）1. 下列混合溶液中，具有緩沖作用的是 （ ）A50 mL c(KH2PO4) = 0.10 molL-1的溶液+50 mL c(NaOH) = 0.10 molL-1的溶液。B50 mL c(HAc) = 0.10 molL-1的溶液+25 m

48、L c(NaOH) = 0.10 molL-1的溶液。C50 mL c(NH3) = 0.10 molL-1的溶液+25 mL c(HCl) = 0.20 molL-1的溶液。D500 mL c(NaHCO3) = 0.10 molL-1的溶液+5 mL CO2飽和水溶液（常溫下CO2的摩爾溶解度為0.04 molL-1）。El升純水中加入c(HAc)= 0.01 molL-1和c(NaAc) = 0.01 molL-1的溶液各1滴。2. 由相同濃度的HB溶液與B-溶液等體積混合組成的緩沖溶液，若B-的Kb=1.010-10，則此緩沖溶液的pH為 （ ）A4.0 B5.0 C7.0 D. 10

49、.0 E14.03. 用相同濃度的HCl溶液和NH3H2O溶液（pKb4.76）配制pH = 9.24的緩沖溶液，HCl溶液和NH3H2O溶液的體積比應(yīng)為 （ ）A11 B12 C21 D31 E134. 配制pH=9.30的緩沖溶液，下列緩沖對中最合適的是 （ ）ANaHCO3 - Na2CO3（H2CO3的pKa2 = 10.33）BHAc - NaAc（HAc的pKa = 4.756）CNH4Cl - NH3H2O（NH3H2O的pKb = 4.75）DNa2HPO4 - Na3PO4（H3PO4的pKa3 = 12.32）EC2H5COOH - C2H5COONa（C2H5COOH的pKa= 4.87）5. 已知常溫下H3PO4的pKa1=2.16，pKa2=7.21, pKa3=12.32。下列緩沖對中，最適合于配制pH為2.0的緩沖溶液的是 （ ）A. H3PO4 - B.- C.- D. H3PO4 - E. H3PO4 -6. 已知常溫下乳酸的pKa=3.86，則0.10 molL-1乳酸溶液與0.10 molL-1乳酸鈉溶液等體積混合后，所得溶液的pH為 （ ）A. 9.14 B. 10.14 C. 9.34 D. 3.86 E. 7.727. 下列緩沖溶液中