酸碱缓冲溶液

用来校正pH计，其pH都是在一定温度下经实验准 确测定的。分为两种： (1) 由逐级离解常数(Ka1、Ka2、Ka3等)相差较小 的两性物质组成；如酒石酸氢钾、邻苯二甲酸氢 钾等； (2)直接由共轭酸碱对组成；如硼砂、磷酸氢钾磷酸二氢钾等。 标准缓冲溶液pH是实验测定的，计算时须作活度 校正。




mol L1
10 9.35 0.200 53.49 0.35 g 9.25 9.35 10
同理：V(NH3)=8.2 mL
酸碱缓冲溶液
3.4.2 缓冲溶液的选择


要有较大的缓冲能力（缓冲容量）；
即弱酸pKa接近所需pH；并使ca/cb接近1:1；缓冲物质总浓 度应当大一些（多在0.01~1.0 mol·-1 之间)。 L
解：
1000 1.0 10 3 db da 200 b 4.2 10 2 dpH dpH 0.12
H V M 0.074 m( NH Cl ) c H K 10
4 a
Kw Ka 10 9.25 又 Kb cK a H 由 b 2.3 可知： 2 Ka H 2 9.25 9.35 2 4.2 10 10 10 c 0.074 9.25 9.35 2.3 10 10


缓冲体系不对分析过程有显著影响；
如不参与反应；光度分析中在测定波长范围不产生吸收等；

全域缓冲溶液：在很宽的pH范围中都有缓冲作用的 溶液。
由几ห้องสมุดไป่ตู้不同pKa的弱酸混合后加入不同量的强酸/强碱制备； 如Britton-Robinson buffer。

酸碱缓冲溶液
酸碱缓冲溶液
3.4.3 标准缓冲溶液

微分得：
Kw cK a db 1 2 dH H Ka H
而：
d H dpH d lgH 2.3H



2
酸碱缓冲溶液
弱酸b计算精确式：
cK a H H OH b 2.3 2 Ka H 当弱酸不太强也不很弱时，[H+]、[OH-]可忽略。得近似 式： cK a H b 2.3 2 Ka H
酸碱缓冲溶液
例：计算0.050 mol·-1邻苯二甲酸氢钾溶液的pH。 L （pKa1=2.95, pKa2=5.41） 解：计算标准缓冲溶液pH要考虑活度。 因为 Ka2· c>20 Kw，且c/Ka1>20, 故： 该两性物溶液的[H+]=(Ka1C·Ka2C)0.5， 考虑到离子的活度有： K a 2 HB K a1 C C K a1 K a2 H HB H B 2 因此：
H

H

K a1 K a1
2

B 2


K a1 K a1 B 2
所以：
aH
H H


计算得： pH=4.02
因为：I=1/2(c1z12+c2z22)=0.050，故(B2-)=0.484
buffer
强酸、强碱溶液
酸碱缓冲溶液
3.4.1 缓冲容量和缓冲范围
任何缓冲溶液的缓冲能力都是有限度的。 缓冲能力用缓冲容量b表示：
db da b dpH dpH
缓冲容量b：使1L溶液的pH增加dpH单位时所需强碱db mol,或者使1L溶液的pH减少dpH单位时所需强酸da mol。 b大，缓冲能力大。
定量化学分析教程
第三章(Ⅲ) 酸碱缓冲溶液
张 普 敦
酸碱缓冲溶液
3.4 酸碱缓冲溶液（Buffer）
缓冲溶液是一类非常重要的溶液体系，在化学、生 化等领域有非常重要的作用。 缓冲溶液能维持溶液在一个相对稳定的酸度，引入 少量的酸、碱或对溶液进行一定稀释不会引起溶 液pH明显变化。 弱酸及其共轭碱 √
例：欲制备200 mL pH=9.35的NH3-NH4Cl缓冲溶液，且使 该溶液在加入 1.0 mmol的HCl或NaOH时pH的改变不大于 0.12单位，需用多少克NH4Cl和多少毫升1.0 mol·-1氨水？ L （pKb(NH3·2O)=4.75) H
解题思路： 共轭酸碱的加入量可通过两型体的摩尔分数x与其分析 浓度c相乘计算，因此问题转化为求c。 根据题意，结合缓冲容量的定义能够方便求出b。 再通过b的计算公式，结合溶液pH可以求得c，因此即 可解决问题。






该式求极值可得，当[H+]=Ka时，b最大。 bmax=0.575c 1.当分析物的c越大，b越大； 2.当[H+]=Ka时，此时ca=cb=0.5c, b最大。即弱酸与共 轭碱比例为1:1时，b最大。
酸碱缓冲溶液
由缓冲容量的计算公式可以看出：当pH=pKa±1时，即 ca/cb=10/1时，b为其最大值的1/3,而当pH=pKa±2时， 即ca/cb=100/1时， b为其最大值的1/25。 所以缓冲溶液的有效缓冲范围在pH为pKa±1的范围。 对强酸、强碱溶液： b=2.3([H+]+[OH-]) 对强酸，忽略[OH-]；对强碱，忽略[H+]。 故若其分析浓度为c，则其b=2.3c。 可见，当分析浓度相同时，强酸强碱的缓冲容量是弱酸共轭碱体系的4倍。 但强酸强碱体系的缓冲范围只在极端pH区域（即高浓度 区域），在pH 3~11范围几乎没什么缓冲能力。 因此，共轭酸碱对缓冲溶液用途更大。
酸碱缓冲溶液
b的计算： HA-A-体系可以看作是在HA溶液中加入强碱NaOH（当然也 可看作是在NaA溶液中加入强酸HCl）。 设c(HA)为c，c(NaOH)为b，则PCE为： [H+]+b=[OH-]+[A-] 故： Kw cK a b H H Ka H