第五節(jié) 緩沖溶液

§6-2.緩沖溶液一、緩沖作用原理

實驗：

原液：

pH=7pH=4.75pH=9.25

加甲基橙：黃色

黃色

黃色

分別加少量酸

[H+]=0.01mol?l－1

pH=2紅色

pH=4.66黃色

pH=9.16黃色

分別加少量堿

[OH―]=0.01mol?l－1

pH=12黃色

pH=4.84黃色

pH=9.34黃色1

pH變化值：△pH=±5+0.09+0.09

試驗結(jié)果：

結(jié)果偏差大

結(jié)果不表現(xiàn)明顯偏差

分析上述實驗現(xiàn)象獲得下列化學(xué)信息

1、定義：緩沖溶液指能夠抵抗少量酸、堿或加水稀釋，而本身pH值基本保持不變的溶液。

2、組成：由弱酸及其鹽(共軛堿)或弱堿及其鹽(共軛酸)

組成。（有的書稱之為“緩沖對”）例：HAc—NaAc，NH3—NH4Cl，

NaH2PO4—Na2HPO4等。

2

3、緩沖溶液的類型

酸型堿型兩性型組成:弱酸—弱酸鹽弱堿—弱堿鹽高酸度鹽—低酸度鹽實例

HAc-NaAcNH3H2O-NH4Cl

NaH2PO4-Na2HPO4作用:抗堿抗酸抗酸抗堿

抗堿抗酸

二緩沖溶液的緩沖作用原理如HAc-NaAc緩沖系：HAc

H++Ac-

NaAcNa++Ac-

H2OH++OH-

1、緩沖溶液的組成特點

A、溶液中存在關(guān)鍵的解離平衡；

B、有相對大量的抗酸和抗堿組份。32、原理分析：以HAc—NaAc緩沖對為例:HAcH++Ac-+H+HAcAc-+H++OH-H2O結(jié)論：緩沖溶液的緩沖作用是通過平衡移動實現(xiàn)的。溶液中存在著如下過程；HAc、Ac-相對大量

HAc

H++Ac－抗酸作用抗堿作用加酸加堿加水：[H+]↓,↑,程度相當(dāng),pH不變4

二、緩沖溶液的pH計算

⑴原緩沖液pH值

酸型HAc—NaAc

例：已知HAc的起始濃度為camol?L-1，NaAc的起始濃度為Csmol?L-1，求其混合液（緩沖溶液）的pH值。

解：溶液中HAc的電離平衡為：

HAc

H++Ac－

則其Ka為：5

[HAc]Ca

、[Ac－]Cs代入Ka式得(酸型):

堿型NH3?H2O（Cb）—NH4Cl(Cs)6兩性型

例5-50.2mol?L-1HAc與0.1mol?L-1

NaOH

等體積混合，求混合液pH值。

(pKa=4.75)7⑵加入少量酸、堿后溶液pH值計算

解：混合后ca=[HAc]=(0.2-0.1)/2=0.05

cs=[NaAc]=0.1/2=0.05(mol?l-1)A：酸型HAc—NaAc

①、加H+、HAc↑、Ac-↓(忽略V效應(yīng))

令加ymol?L-1，[HAc]=Ca+y；[Ac-]=Cs―y

8②、加OH―、HAc↓、Ac↑

令加ymol?l

―1，[HAc]=ca―y；[Ac―]≈cs+y

③、加水稀釋，組份濃度以同比例減小，比值與

ca/cs

、cb/cs不變，

pH值不變。

B：堿型NH3H2O—NH4Cl

①、加H+，耗NH3?H2O,增鹽NH4Cl,令ymol?l

―1[NH3?H2O]=Cb―y[NH4Cl]=Cs+y

9

②、加OH―，耗鹽NH4Cl，增堿NH3?H2O，令ymol?l

―1

[NH3?H2O]=Cb+y；[NH4Cl]=Cs―y

問題兩性物體系中如、體系,加少量H+或少量OH―，如何求pH（自推理計算公式）？問題以上計算所用的Ca、Cb、Cs，其使用條件是什么？當(dāng)使用條件不滿足，應(yīng)如何處理？

例5-6

：10

三、緩沖容量和緩沖范圍

1、緩沖容量

（1）

定義：指單位體積緩沖溶液的pH值改變1個pH

單位需外加酸或堿的摩爾數(shù)。符號：β單位：mol?lL―1

例：①、0.1mol?L-1

HAc+0.1mol?L-1

NaAc，[H+]加=0.001mol?L-1

，△pH=0.01。

11

②、0.01mol?L-1

HAc+0.01mol?L-1

NaAc，[H+]加=0.001mol?L-1

，△pH=0.08。

緩沖能力：①抗外加H+(OH―)mol?L-1

大，能力大。

（2）：影響因素

①、緩沖溶液的總濃度。(即：緩沖對的總濃度）理論上：緩沖比一定C↑、β↑。實際應(yīng)用：適宜濃度0.05mol?l

―1——0.5mol?l

―1

②、緩沖溶液的組分比即緩沖比：Ca/Cs、Cb/CsA、總濃度一定：

比值=1，ca=cs，cb=cs

能力最好，對H+、OH―有同等能力。

12

B、比值<1，則：

ca<cs—抗H+能力較大；

cb<cs—抗堿能力較好。

C、比值>1，則：

ca>cs—抗堿能力較大；

cb>cs—抗酸能力較好。

當(dāng)比值為1/10—10/1

時，基本失去緩沖能力。

2、緩沖范圍

定義：通常指pH=pKa1或pOH=pKb1的范圍。不同緩沖對的pKa(或pKb)不同，因而緩沖范圍也不同。

13四、緩沖溶液的選擇與配制

1、選擇原則

①、定型：酸性或堿性；

②、所選緩沖組分不能與體系發(fā)生反應(yīng)；③、所選緩沖對弱酸pKa或弱堿pKb應(yīng)盡量與所要求pH值或pOH值一致。緩沖對的pKa或pKb應(yīng)在如下范圍：

pKa=pH1或pKb=pOH1。

如配pH=5的緩沖液供選：HAc—NaAc

pKa=4.75選

HCOOH—HCOONa

pKa

=3.75NH3H2O—NH4ClpKb=4.75

14

2、計算緩沖比：例5-7

：

3、配制：

方法1：

緩沖對都是溶液據(jù)pH值求比值Ca/Cs

或Cb/Cs

等濃度Va/Vs

或Vb/Vs

Va—Vs或Vb—Vs,量取配制。

例5-8：如何配制pH=5的緩沖溶液？

解：①、HAc的pKa=4.75，與pH=5接近，選

HAc—NaAc為緩沖對。15

②、求ca/cs

③、求Va、Vs

選用等濃度的HAc—NaAc，則：

Vs/Va=Cs/Ca=1.78

令配制1000ml，則有：

Va+Vs=1000Vs=1.78Va

解方程得：

Vs=640ml

Va=360ml

16

方法2：緩沖對有一組分為固體(鹽)

據(jù)pH值求比值Ca/Cs

或Cb/Cs()

已知na或nb則求nsWs

例5-9：配制pH=9.0的緩沖溶液，應(yīng)在500ml0.1mol?L-1的NH3?H2O中加NH4Cl多少克?(設(shè)加NH4Cl后總體積不變)

解：由pH=9.0，則pOH=5.0代入公式得:

則ns=0.089mol,所以需加入NH4Cl的質(zhì)量為：

0.089×53.5=4.76(g)。

17

五、緩沖溶液的應(yīng)用

1、用來控制溶液的酸度。通常由弱酸及其共軛堿或弱堿及共軛酸組成。

2、用作標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液。如作為酸度計的參比溶液，由一種或兩種兩性物質(zhì)組成，其pH由實驗測定。如25C時，飽和酒石酸氫鉀pH=3.56。

3、在工農(nóng)業(yè)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等方面，緩沖溶液具有很重要的意義。目錄18例5-6：在90mLHAc-NaAc緩沖溶液中，HAc與NaAc濃度均為0.10mol/L，分別加入：①10mL0.010mol/LHCl溶液；②10mL0.010mol/LNaOH溶液；③10mLH2O。

試比較加入前后溶液的pH值的變化。

{已知HAc的pKa=4.75}19①加入10mL0.010mol/LHCl溶液后

ca=c(HAc)=(0.10×90+0.01×10)/100=0.091(mol/L)

cb=c(Ac－)=(0.10×90－0.01×10)/100=0.089(mol/L)

解：加入前20

ΔpH=4.74－4.75=－0.01②加入10mL0.010mol/LNaOH溶液后

ca=c(HAc)=(0.10×90－0.01×10)/100=0.089(mol/L)

cb=c(Ac－)=(0.10×90+0.01×10)/100=0.091(mol/L)

ΔpH=4.76－4.75=0.0121③加10mLH2O，HAc和Ac－的濃度改變相同