第四章緩沖溶液

1、（一）緩沖溶液及組成如果是加強(qiáng)堿0.010mol ， PHPKalg（C酸/C堿） 4.76- （- 0.17 ） 4.931.定義 把能抵抗外加少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿，而維持pH基本不發(fā)生變化的溶液稱為緩沖溶液。緩沖溶液所具有的抵抗外加少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的作用稱為緩沖作用。2.組成 較濃的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿也有緩沖作用，但由于這類物質(zhì)酸性或堿性過(guò)強(qiáng)，所以很少作為緩沖溶液使用，一般使用的緩沖溶液是由足夠濃度和適當(dāng)比例的共軛酸堿對(duì)所組成。習(xí)慣上把組成緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)稱為緩沖對(duì)，緩沖溶液是由足夠濃度的緩沖對(duì)組成的混合溶液。 HAcNaAc NH3NH4Cl NaH2PO4Na2HPO4弱酸(過(guò)量）強(qiáng)堿 ： HAc

2、(過(guò)量)NaOH強(qiáng)酸弱酸的共軛堿(過(guò)量) ： HClNaAc (過(guò)量)如：+23HAc+H OH O +Ac+23HB+H OH O +BNaBNa+ + B- +3aHBH O =+B K apH=p+lgK共軛堿共軛酸上式為Henderson-Hasselbalch方程式；式中pKa為弱酸解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)，HB和B-均為平衡濃度。B-/HB比值稱為緩沖比；B-與HB之和稱為緩沖溶液總濃度。 HB和B-均為平衡時(shí)候的濃度，因此：(HB)(HB)HB=c-c解離-(NaB)(HB)B =c+c解離 由于在HB-NaB中同離子影響,使得HB解離很小,因此:(HB)HB=c-(NaB)B =c因此

3、:-aB pH=p+lgHBK apH=p+lgKc(共軛堿)c(共軛酸)也可以換算為:-BaHBnpH=p+lgnK-BBaHBHBc vpH=p+lgcvK(1)緩沖溶液的pH首先取決于弱酸的解離常數(shù)Ka值,即主要取決于共軛酸的性質(zhì)。 Ka值于溫度有關(guān)，所以溫度對(duì)緩沖溶液的pH有影響。主要對(duì)Ka與水的KW均有影響。(2)同一緩沖系的緩沖溶液，pKa值一定，其pH值隨著緩沖比改變而改變。當(dāng)緩沖比為1時(shí)， pH=pKa(3)當(dāng)加入少量水稀釋溶液時(shí)，緩沖溶液的緩沖比不變，即緩沖溶液有一定的抗稀釋能力。例4-1 在500mL0.200 molL-1 NH3 H2O中，加入4.78gNH4Cl固體，

4、配制1升緩沖溶液，求此緩沖溶液的pH。解： NH3 的pKb=4.75，則 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的磷酸鹽緩沖溶液常用來(lái)培養(yǎng)酶，某種酶僅能在pH為6.907.15的培養(yǎng)液中，求含有0.225 molL-1 HPO42-和0.330 molL-1 H2PO4-的溶液的pH。若在250mL該溶液中分別加入0.20g0.40gNaOH固體，酶會(huì)分解嗎？解:(1)此混合溶液

5、含HPO42- H2PO4-緩沖對(duì)，質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡為H3PO4的第二步質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡， H3PO4的pKa=7.21 所以這是一個(gè)適合于酶存在的緩沖溶液。24a24HPO 0.225pH=p+lg7.21 lg7.04H PO 0.330K (2)加入的NaOH為：0.20g/(40.0 g mol-1)=0.005mol OH-=0.005mol/0.25L=0.020 molL-1由于 OH-的加入，引起緩沖成分濃度的改變： 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為：0.40g/(40.0 g mol-1)=0.010molOH-=0.010mol/0.25L=0.040 molL-1由于 OH-的加入，引起緩沖成分濃度的改變：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 測(cè)得某一弱酸 (

7、 HA )溶液的 pH=2.52, 該一元弱酸的鈉鹽 ( NaA ) 溶液的pH=9.15, 當(dāng)上述 HA 與 NaA 溶液等體積混勻后測(cè)得 pH=4.52, 求該一元弱酸的電離常數(shù) Ka值為多少?defbddpHnV (HA)(A )2.303(HA)(A )ccccmax( )0.576cmax總 例4-4 計(jì)算總濃度為0.20 molL-1和0.05 molL-1，緩沖比為1：1的某緩沖系的緩沖容量： 1112.3030.201 1 1 10.115mol L解： 1112.3030.051 1 1 10.029mol L計(jì)算結(jié)果表明總濃度對(duì)緩沖容量有較大影響 例4-5 將0.20mol

8、L-1HB溶液和0.20molL-1B 溶液以9：1、3：1及1：1的體積混合計(jì)算各種情況下的緩沖容量： 解：設(shè)混合時(shí)取HB a L，取B 溶液b L 由于c(HB)=c(B- )=0.20molL-1 c總=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總所以當(dāng)a:b=9:1 =0.041molL-1 當(dāng)a:b=3:1 =0.086molL-1 當(dāng)a:b=1:1 =0.12molL-1apHp(HA

9、)1Ka(p1)K apK配制 pH = 7 的緩沖溶液時(shí), 選擇最合適的緩沖對(duì)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 為 4.50 的緩沖溶液1000mL。 aa(Ac )pHp(HAc)lg(HAc)(

10、NaAc)p(HAc)lg1000(NaAc)(NaAc) 4.75lg1000(NaAc) (NaAc)360 mLcKcVKVVVV解：( 1)選擇的緩沖對(duì):弱酸的 pKa 應(yīng)在 4 6 之間，HAc 的 pKa=4.75 ，因此可選擇 HAc-NaAc 緩沖對(duì)。(2)確定總?cè)芏龋簽橛?jì)算方便選擇0.10molL-1 NaAc 溶液的體積為V(NaAc), 和0.10molL-1HAc溶液的體積為1000mL-V(HAc)。所需要HAc的體積為：640mL將360mL0.10molL-1 HAc 溶液640mL0.10molL-1NaAc溶液混合，配成1000mL,pH為4.50的緩沖溶液，

11、然后用pH計(jì)校正。例4-7 在研究酸雨造成某低土壤酸化問(wèn)題時(shí)，需要pH10.00的碳酸鹽緩沖溶液，在500mL0.20molL-1 的NaHCO3中，需要加入多少克碳酸鈉來(lái)配制？ 解：1L緩沖溶液中： n(HCO3)0.20.5=0.10mol所需要碳酸鈉的質(zhì)量為：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選擇以下正確答案, 填入相應(yīng)的空格內(nèi): (A) 弱酸及其鹽的濃度 (B) 弱酸鹽濃度 (C) 弱酸及其鹽的濃度比 (D) 弱酸的 Ka值 對(duì)于 HAc-NaAc 緩沖體系:(1)決定