緩沖容量與緩沖溶液

緩沖容量與緩沖溶液第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四定義：使1L或1ml緩沖溶液的pH值改變一個單位所需加入一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量（mol或mmol），稱為該緩沖溶液的緩沖容量。式中△b為單位體積緩沖溶液的pH值改變△pH個單位時所加一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。緩沖容量均為正值。通常緩沖容量的單位為mol·L-1·pH-1。第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例2-6試求例2-4中加強(qiáng)酸（HCl）或強(qiáng)堿（NaOH）時該緩沖溶液的緩沖容量。例2-4的計算結(jié)果是：△pH=0.06代入（2·10）式，得解：（1）加HCl時的緩沖容量：在1L緩沖溶液中加入0.005mol的HCl，則第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例2-4的計算結(jié)果是：△pH=0.07代入（2·10）式，得（2）加NaOH時的緩沖容量：在1L緩沖溶液中加入0.005molNaOH，則：第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四（二）影響緩沖容量的主要因素1.緩沖溶液總濃度當(dāng)緩沖比一定時，緩沖溶液的總濃度愈大，緩沖能力就愈大。在一定范圍內(nèi)稀釋時，緩沖容量也減小。2.緩沖比當(dāng)緩沖溶液的總濃度一定時，若[共軛堿]／[共軛酸]=1，則緩沖容量最大。此時，溶液的pH=pKa。緩沖比離1愈遠(yuǎn)，pH值偏離pKa愈遠(yuǎn)，緩沖容量愈小。第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四實驗和計算表明，當(dāng)緩沖比在1／10和10／1之間時，即溶液的pH值在pKa-1和pKa+1之間時，溶液具有較大的緩沖能力。在化學(xué)上把具有緩沖作用的pH值范圍，即pH=pKa±1稱為緩沖溶液的緩沖范圍。表2-2列出的是幾種常用緩沖溶液中共軛酸的pKa及緩沖系的緩沖范圍。第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四緩沖溶液的組成作為弱酸的pKa緩沖范圍HCl-KClH2C8H4O4(鄰苯二甲酸)-NaOHKHC8H4O4(鄰-苯二甲酸氫鉀)-NaOHHAc—NaAcKH2PO4

—Na2HPO4H3BO3

—NaOHNaHCO3

—Na2CO3強(qiáng)電解質(zhì)2.9(pKa1)5.4(pKa2)4.757.2(pKa2)9.210.3(pKa2)1.2～2.22.2～4.04.0～5.83.7～5.65.8～8.08.0～10.09.2～11.0第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四二、緩沖溶液的配制配制一定pH值的緩沖溶液，應(yīng)按下列原則和步驟進(jìn)行：（1）選擇適當(dāng)?shù)木彌_對，使所選緩沖對中共軛酸的pKa與欲配制的緩沖溶液的pH值盡可能相等或接近，偏離的數(shù)值不應(yīng)超過緩沖溶液的緩沖范圍。第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例如，配制pH值為4.8的緩沖溶液，可選擇HAc-NaAc緩沖對，因為HAc的pKa=4.75。又如配制pH值為5.2的緩沖溶液，應(yīng)選擇KHC8H4O4-KNaC8H4O4緩沖對，因為KHC8H4O4的pKa=5.4，與欲配制緩沖溶液的pH值(5.2)最接近。第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四（2）要有一定的總濃度，

一般在0.05mol·L-1～0.20mol·L-1

之間較宜，其相應(yīng)的β值在0.01～0.1之間。（3）為了使緩沖溶液具有較大的緩沖容量，應(yīng)盡量使緩沖比接近于1。實際工作，常常使用相同濃度的共軛酸、堿溶液配制。設(shè)緩沖溶液的總體積為V總，共軛酸的體積為VHB、共軛堿的體積為VB-，混合前共軛酸、堿的濃度均為c，則：第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四利用此式，只需按共軛酸堿溶液體積的比值配制緩沖溶液。代入（2·8）式，得第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四代入（2.11）式，得例2-7用0.10mol·L-1HAc和0.10mol·L-1NaAc溶液配制pH=4.95的緩沖溶液100ml，計算所需兩溶液的體積。解：已知：[HB]=[B-]=0.10mol·L-1第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四即取0.10mol·L-1HAc38.8ml和0.10mol·L-1NaAc61.2ml混合可得pH=4.95的緩沖液100ml。故第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四另外，也常采用在一定量的弱酸溶液中，加入一定量的強(qiáng)堿，中和部分弱酸（即生成弱酸的共軛堿）的方法，必須明確兩個問題：（1）弱酸的物質(zhì)的量（mol或mmol）必須多于強(qiáng)堿的物質(zhì)的量（mol或mmol）。（2）反應(yīng)時被中和弱酸的物質(zhì)的量等于強(qiáng)堿的物質(zhì)的量，也等于生成的共軛堿的物質(zhì)的量，這樣剩余的弱酸與生成的共軛堿組成緩沖對。第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例2-8現(xiàn)欲配制pH=5.0的緩沖溶液，試計算在50ml0.10mol·L-1HAc溶液中加入0.10mol·L-1的NaOH溶液多少毫升？解：設(shè)需加入的NaOH溶液為xml，則加入

NaOH的物質(zhì)的量為0.10x(mmol)，生成的NaAc的物質(zhì)的量也是0.10x(mmol)，

那么，全部中和NaOH后剩余的HAc的物質(zhì)的量為(0.10×50－0.10x)(mmol)。第15頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四已知：pKa=4.75pH=5.00代入（2·9）式，得第16頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四所以，在50ml0.10mol·L-1HAc溶液中加入32.00ml0.10mol·L-1NaOH溶液，即可得到pH=5.00的緩沖