缓冲溶液

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例4-1 计算pH=5.00，总浓度为0.20 mol?L-1的C2H5COOH(丙酸,用HPr表示)- C2H5COONa缓冲溶液中，C2H5COOH和C2H5COONa的物质的量浓度。若向1 L该缓冲溶液中加入0.010 mol HCl，溶液的pH等于多少？
分析 ⑴ 用Henderson—Hasselbalch方程式直接计算丙酸和丙酸钠的浓度。
⑵ 加入HCl后，C2H5COOH浓度增加, C2H5COONa浓度减小。
解 ⑴ 查表4-1，C2H5COOH的pK a= 4.87，设c(HPr) = x mol?L-1。则c(NaPr) =（0.20-x）mol?L-1
pH＝pKa+lg =4.87+lg =5.00
解得 x = 0.085 即c(HPr) = 0.085 mol?L-1
c(NaPr) = (0.20 - 0.085) mol?L-1 = 0.12 mol?L-1
⑵ 加入0.050 mol HCl后：
pH＝pKa+lg =4.87+lg =4.91
例4-2 柠檬酸（缩写H3Cit）常用于配制供培养细菌的缓冲溶液。现有500 mL的0.200 mol?L-1柠檬酸溶液，要配制pH为5.00的缓冲溶液，需加入0.400 mol?L-1的NaOH溶液多少毫升？
分析 配制pH为5.00的缓冲溶液，应选NaH2Cit-Na2HCit缓冲系， NaOH先与H3Cit完全反应生成NaH2Cit，再与NaH2Cit部分反应生成Na2HCit。
解 查表4-1,柠檬酸的pKa2= 4.77，设H3Cit全部转化为NaH2Cit需NaOH溶液V1 mL
⑴ H3Cit(aq) + NaOH(aq) NaH2Cit(aq) + H2O(l)
0.400 mol?L-1 × V1 mL = 0.200 mol?L-1 × 500 mL
V1 = 250
即将H3Cit完全中和生成NaH2Cit，需0.400 mol?L-1NaOH溶液250 mL，生成NaH2Cit 0.200 mol?L-1 ×500 mL=100 mmol
设NaH2Cit部分转化为Na2HCit需NaOH溶液V2 mL，
⑵ NaH2Cit(aq) + NaOH(aq) Na2Hcit(aq) + H2O(l)
则n(Na2HCit ) = 0.400V2 mmol， n(NaH2CitB) = (100 - 0.400V2) mmol，
pH = pKa2 + lg = 4.77＋lg = 5.00
V2 = 157
共需加入NaOH溶液的体积为
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总浓度0.200 mol?L-1、pH为3.70的巴比妥酸－巴比妥酸钠缓冲溶液，欲将溶液的pH调整到4.20，需加入NaOH多少克？调整前后缓冲溶液的缓冲容量各为多少？
分析 用Henderson—Hasselbalch方程式分别求出加入NaOH前后缓冲系中巴比妥酸及巴比妥酸钠的浓度，再求缓冲容量。
解 ⑴ 在pH为3.70的缓冲溶液中
3.70 = 4.01 + lg
解得 c（C4H4N2O3）= 0.134 mol?L-1
c（NaC4H3N2O3）= (0.200 - 0.134) mol?L-1 = 0.066 mol?L-1
β = =0.10 mol?L-1
⑵ 设将pH调整为4.20需加入固体NaOH x g：
4.20 = 4.01 + lg
解得： m = 1.1
c（C4H4N2O3）= 0.134 mol?L-1 – = 0.079 mol?L-1
c（NaC4H3N2O3）= 0.066 mol?L-1 + = 0.12 mol?L-1
β = = 0.11 mol?L-1
例4-4 用0.025 mol?L-1的H2C8H4O4(邻苯二甲酸)溶液和0.10 mol?L-1的NaOH溶液，配制pH为5.60的缓冲溶液100 mL，求所需H2C8H4O4溶液和NaOH溶液的体积比。
分析 NaOH与H2C8H4O4完全反应生成NaHC8H4O4，再与NaHC8H4O4部分反应生成Na2C8H4O4。
解 缓冲系为 — ,查

表4-1，pKa2=5.41。设需H2C8H4O4溶液V1 mL，需NaOH溶液的总体积为V2 mL，依题意第一步反应需NaOH溶液的体积亦为V1 mL。对于较复杂的平衡体系，可用列表法找出平衡时各物质的量。
⑴ H2C8H4O4(aq) + NaOH(aq) (aq) + H2O(l)
起始量mmol + 0.025V1 +0.025V1
变化量mmol -0.025 V1 -0.025V1 +0.025V1
平衡量mmol 0 0 +0.025V1
⑵ (aq) + NaOH(aq) (aq) + H2O(l)
起始量mmol +0.025V1 +(0.10V2-0.025V1)
变化量mmol -(0.10V2-0.025V1) -(0.10V2-0.025V1) +(0.10V2-0.025V1)
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
学生自测题 [TOP] 判断题 选择题 填空题 问答题 计算题
一、判断题（对的打√，错的打×）
1. 缓冲溶液就是能抵抗外来酸碱影响，保持溶液pH绝对不变的溶液。（ ）
2、在一定范围内稀释缓冲溶液后，由于[共轭碱]与[共轭酸]的比值不变，故缓冲溶液的pH和缓冲容量均不变。（ ）
3、可采用在某一元弱酸HB中，加入适量NaOH的方法来配制缓冲溶液。（ ）
4、总浓度越大，缓冲容量越大，缓冲溶液的缓冲能力越强。（ ）
5、正常人体血浆中，碳酸缓冲系的缓冲比为20：1，所以该缓冲系无缓冲作用。 （ ）
二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出） [TOP]
1、下列混合溶液中，具有缓冲作用的是 （ ）
A．50 mLc（KH2PO4）= 0.10 mol?L-1的溶液+50 mL c（NaOH）= 0.10 mol?L-1的溶液。
B．50 mL c（HAc）= 0.10 mol?L-1的溶液+25 mLc（NaOH）= 0.10 mol?L-1的溶液。
C．50 mL c（NH3）= 0.10 mol?L-1的溶液+25 mL c（HCl）= 0.20 mol?L-1的溶液。
D．500 mL c（NaHCO3）= 0.10 mol?L-1的溶液+5 mL CO2饱和水溶液（常温下CO2的摩尔溶解度为0.04 mol?L-1）。
E．l升纯水中加入c（HAC）= 0.01 mol?L-1和c（NaAc）= 0.01 mol?L-1的溶液各1滴。
2、由相同浓度的HB溶液与B- 溶液等体积混合组成的缓冲溶液，若B-的Kb=1.0×10-10，则此缓冲溶液的pH为（ ）
A．4.0 B．5.0 C．7.0 D. 10.0 E．14.0
3、用相同浓度的HCl溶液和NH3?H2O溶液（pKb＝4.76）配制pH = 9.24的缓冲溶液，HCl溶液和NH3?H2O溶液的体积比应为（ ）
A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．3∶1 E．1∶3
4、配制pH=9.30的缓冲溶液，下列缓冲对中最合适的是（ ）
A．NaHCO3-Na2CO3（H2CO3的pKa2 = 10.33）
B．HAc - NaAc（HAc的pKa = 4.756）
C．NH4Cl – NH3?H2O（NH3?H2O的pKb = 4.75）
D．Na2HPO4 – Na3PO4（H3PO4的pKa3 = 12.32）
E．C2H5COOH–C2H5COONa（C2H5COOH的pKa= 4.87）
5、已知常温下H3PO4的pKa1=2.16，pKa2=7.21, pKa3=12.32。下列缓冲对中，最

适合于配制pH为2.0的缓冲溶液的是（ ）
A. H3PO4 ? B. ? C. ?
D. H3PO4 ? E. H3PO4 ?
三、填空题 [TOP]
1、缓冲容量的影响因素中，缓冲比对缓冲容量的影响是：对同一缓冲溶液，当总浓度相同时，缓冲比越接近于 （1） ，缓冲容量越 （2） 。
2、NaHCO3和Na2CO3组成的缓冲溶液，抗酸成分是 （3） ，抗碱成分是（4） ，计算该缓冲溶液pH的公式为 （5） 。该缓冲系的有效缓冲范围是 （6） 。（已知：H2CO3的pKa1=6.35，pKa2=10.33）
3、影响缓冲容量的两个重要因素是（7） 和 （8） 。
四、问答题 [TOP]
1、什么是缓冲溶液？ 试以血液中的H2CO3- 缓冲系为例，说明缓冲作用的原理及其在医学上的重要意义。
2、影响缓冲溶液的pH的因素有哪些？为什么说共轭酸的pKa是主要因素？
五、计算题 [TOP]
1.临床检验得知患者甲、乙、丙三人血浆中 和溶解态CO2(aq)的浓度如下：
甲 [ ] = 24.0 mmol?L-1，[CO2(aq)] = 1.20 mmol?L-1
甲 [ ] = 21.6 mmol?L-1，[CO2(aq)] = 1.35 mmol?L-1
甲 [ ] = 56.0 mmol?L-1，[CO2(aq)] = 1.40 mmol?L-1
已知在血浆中校正后的 （H2CO3）=6.10，试分别计算三位患者血浆的pH。并判断谁为酸中毒，谁为碱中毒，谁为正常？
2．现有(1)0.10 mol?L-1 HCl溶液，(2)0.10 mol?L-1 HAc溶液，(3)0.10 mol?L-1 NaH2PO4 溶液各50 mL，欲配制pH = 7.00的溶液，问需分别加入0.10 mol?L-1 NaOH溶液多少毫升？配成的三种溶液有无缓冲作用？哪一种缓冲能力最好？

学生自测答案 [TOP]
一、判断题
1. × 2.× 3. √ 4.× 5. ×
二、选择题
1. B 2. A 3. B 4. C 5. A
三、填空题
1．（1）1；（2）大
2．（3）Na2CO3 （4）NaHCO3 （5） （6）pH = 9.33 ~ 11.33
3. （7）总浓度 （8）缓冲比
四、简答题
1. 能抵抗少量外来强酸、强碱而保持溶液pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。
H2CO3 - 是血浆中最重要的缓冲系，二者之间存在如下质子转移平衡：
H2CO3 + H2O + H3O+
当体内酸性物质增加时，血液中大量存在的抗酸成分 与H3O+结合，上述平衡向左移动，使[H3O+]不发生明显地改变。同理，当体内碱性物质增加时，H3O+将质子传递给OH-，生成H2O，上述平衡向右移动，使大量存在的抗碱成分H2CO3离解，以补充被消耗的H3O+，达到新的平衡时，[H3O+]也不发生明显地改变。虽然其缓冲比为20∶1，已超出体外缓冲溶液有效缓冲比（即10∶1 ~ 1∶10 ）的范围 ，但碳酸缓冲系仍然是血液中的一个重要缓冲系。这是因为在体外的实验系统中，当缓冲作用发生后，因对抗H3O+或OH-而消耗了的 或H2CO3的浓度得不到补充和调节，抗酸或抗碱成分会被耗尽。而体内是一个“敞开系统”，当缓冲作用发生后， 或H2CO3浓度的改变可由肺的呼吸

作用和肾的生理功能获得补充和调节，使得血液中的 和H2CO3的浓度保持相对稳定。 总之，由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用，使正常人血液的pH维持在7.35 ~ 7.45的狭小范围内。
2. 影响缓冲溶液的pH的因素有共轭酸的pKa和缓冲比，由于缓冲比处在对数项中，对pH值的影响较小，故不是主要因素，所以，共轭酸的pKa是决定缓冲溶液pH的主要因素。
五、计算题
1.解 患者甲血浆的pH为：

患者乙血浆的pH为：

患者丙血浆的pH为：

血浆的正常pH为7.35~7.45，当pH＜7.35时属于酸中毒，当pH＞7.45时属于碱中毒。因此患者甲属于正常，患者乙属于酸中毒，患者丙属于碱中毒。
2.解 （1）当加入50 mL 0.10 mol?L-1 NaOH溶液时，NaOH和HCl刚好完全反应生成0.050 mol?L-1 的NaCl溶液，pH=7.00，此时溶液无缓冲作用。
（2）设在HAc中需加入x L NaOH ，才能形成HAc – Ac-缓冲系，有



此时，缓冲比为166，溶液的缓冲能力很小。
（3）依题意，选择 - 为缓冲对，需加入y L NaOH，则


y = 0.0191(L) = 19.1（mL）
此时，缓冲比为0.62，溶液的缓冲能力较强。
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习题
1. 什么是缓冲溶液？ 试以血液中的H2CO3- 缓冲系为例，说明缓冲作用的原理及其在医学上的重要意义。
答 能抵抗少量外来强酸、强碱而保持其pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。血液中溶解的CO2与 组成缓冲系。正常人体[ ]/[CO2(aq)]为20/1，pH=7.40。若pH<7.35，发生酸中毒，pH>7.45，发生碱中毒。当酸性代谢产物增加时，抗酸成分 与H3O+结合，增加的H2CO3可通过加快呼吸以CO2的形式呼出；消耗的 则由肾减少对其的排泄而得以补充；当碱性代谢产物增加时，[OH-]与H3O+生成H2O，促使抗碱成分H2CO3离解以补充消耗的H3O+。同理，减少的H2CO3及增加的 可通过肺和肾来调控。血液中的H2CO3– 缓冲系与其他缓冲系共同作用，维持pH 为7.35~7.45的正常范围。
2. 什么是缓冲容量？影响缓冲溶量的主要因素有哪些?总浓度均为0.10mol?L-1的 HAc-NaAc和H2CO3- 缓冲系的缓冲容量相同吗？
解 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度，表示单位体积缓冲溶液pH发生一定变化时，所能抵抗的外加一元强酸或一元强碱的物质的量。影响缓冲容量的主要因素是缓冲系的总浓度和缓冲比：缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量越大；总浓度一定时，缓冲比越接近于1缓冲容量越大。总浓度及缓冲比相同的HAc-NaAc和H2CO3- 缓冲系的缓冲容量相同。
3. 下列化学组合中，哪些可用来配制缓冲溶液？
(1) HCl + NH3?H2O (2) HCl + Tris (3)HCl + NaOH
(4) Na2HPO4 + Na3PO4 (5) H3PO4 + NaOH (6)NaCl + NaAc
解 可用来配制缓冲溶液的是：(1) HCl + N

H3?H2O、(2) HCl + Tris、(4) Na2HPO4 + Na3PO4和(5) H3PO4 + NaOH
4. 将0.30 mol?L-1吡啶(C5H5N，pKb=8.77)和0.10 mol?L-1HCl溶液等体积混合,混合液是否为缓冲溶液？求此混合溶液的pH。
解 C5H5N与HCl反应生成C5H5NH+Cl-(吡啶盐酸盐)，混合溶液为0.10 mol?L-1 C5H5N和0.050 mol?L-1 C5H5NH+Cl-缓冲溶液，pKa = 14.00 - 8.77 = 5.23

5. 将10.0 gNa2CO3和10.0 gNaHCO3溶于水制备250 mL缓冲溶液，求溶液的pH。
解


6. 求pH=3.90，总浓度为0.400 mol?L-1的HCOOH (甲酸)–HCOONa(甲酸钠)缓冲溶液中，甲酸和甲酸钠的物质的量浓度(HCOOH的pKa=3.75)
解 设c(HCOONa) = x mol?L-1, 则c(HCOOH) = 0.400 mol?L-1 – x mol?L-1

解得 c(HCOO-) = x mol?L-1 = 0.234 mol?L-1
c(HCOOH)=(0.400 - 0.234) mol?L-1=0.166 mol?L-1
7. 向100mL某缓冲溶液中加入0.20 g NaOH固体，所得缓冲溶液的pH为5.60.。已知原缓冲溶液共轭酸HB的pKa=5.30，c(HB)=0.25mol?L-1，求原缓冲溶液的pH。
解 n(NaOH) = = 0.050 mol?L-1
加入NaOH后，

解得 [B-] = 0.35 mol?L-1
原溶液
8. 阿司匹林(乙酰水杨酸、以HAsp表示)以游离酸(未解离的)形式从胃中吸收，若病人服用解酸药，调整胃容物的pH为2.95，然后口服阿司匹林0.65 g。假设阿司匹林立即溶解，且胃容物的pH不变，问病人可以从胃中立即吸收的阿司匹林为多少克 (乙酰水杨酸的Mr=180.2、pKa=3.48) ？
解

依题意
解得 n(HAsp) = 0.0028 mol
可吸收阿司匹林的质量 = 0.0028 mol × 180.2 g?mol-1 = 0.50 g
9. 在500 mL 0.20 mol?L-1 C2H5COOH（丙酸，用HPr表示）溶液中加入NaOH1.8 g，求所得溶液的近似pH和校正后的精确pH。已知C2H5COOH的pKa=4.87，忽略加入NaOH引起的体积变化。
解 ⑴ 求近似pH
pH = pKa
⑵ 求精确pH，丙酸钠是强电解质
I = ∑cizi2 = ( ×12+ ×12) = 0.09 mol?L-1 ≈ 0.1 mol?L-1
当Z = 0，I = 0.10时，校正因数
pH = pKa
10. 某医学研究中，制作动物组织切片时需pH约为7.0的磷酸盐缓冲液作为固定液。该固定液的配方是：将29 g Na2HPO4?12H2O和2.6 g NaH2PO4?2H2O分别溶解后稀释至1 L。若校正因数lg =-0.53，计算该缓冲溶液的精确pH。
解 c(Na2HPO4) = = 0.081 mol?L-1
c(NaH2PO4) = = 0.017 mol?L-1
pH=pKa2 + +lg = 7.21 +(-.0.53) + lg = 7.36
11. 将0.10 mol?L-1HAc溶液和0.10 mol?L-1NaOH溶液以3:1的体积比混合，求此缓冲溶液的pH及缓冲容量。
解 HAc溶液和NaOH溶液的体积分别为3V和V，
c(HAc) = (0.10×3V - 0.10 × V) mol?L-1 / (3V + V) = 0.050 mol?L-1
c(Ac-) = 0.10 mol?L-1 × V / (3V + V ) = 0.025 mol?L-1


12. 某生物化学实验中需用巴比妥缓冲溶液，巴比妥(C8H12N2O3)为二元有机酸（用H2Bar表示，pKa1＝7.43)。今称取巴比妥18.4 g，先加蒸馏水配成100 mL溶液，在pH计监控下，加入6.00 mol?L-1NaOH溶液4.17 mL，并使溶液最后体积为1000 mL。求此缓冲溶液的pH

和缓冲容量。（已知巴比妥的Mr=184 g?mol-1）
解 H2Bar与NaOH的反应为
H2Bar(aq) + NaOH(aq)＝NaHBar(aq) +H2O(l)
反应生成的NaHBar的物质的量n(NaHBar) ＝c(NaOH)V(NaOH)＝6.0 mol?L-1×4.17 mL＝25 mmol，剩余H2Bar的物质的量为
n余(H2Bar)＝n(H2Bar) - n(NaOH)＝ ×1000 - 25 mmol＝75 mmol
pH＝pKa+lg ＝7.43+lg ＝6.95
β＝2.303× ＝0.043 mol?L-1
13. 分别加NaOH溶液或HCl溶液于柠檬酸氢钠（缩写Na2HCit）溶液中。写出可能配制的缓冲溶液的抗酸成分、抗碱成分和各缓冲系的理论有效缓冲范围。如果上述三种溶液的物质的量浓度相同，它们以何种体积比混合，才能使所配制的缓冲溶液有最大缓冲容量?（已知H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40）`
解.
溶液组成 缓 冲 系 抗酸成分 抗碱成分 有效缓冲范围 β最大时体积比
Na2HCit+HCl H2Cit--HCit2- HCit2- H2Cit- 3.76~5.76 2:1
Na2HCit+HCl H3Cit-H2Cit- H2Cit- H3Cit 2.13~4.13 2:3
Na2HCit+NaOH HCit2--Cit3- Cit3- HCit2- 5.40~7.40 2:1
14. 现有(1)0.10 mol?L-1NaOH溶液，(2)0.10 mol?L-1NH3溶液，(3)0.10 mol?L-1Na2HPO4 溶液各50 mL，欲配制pH=7.00的溶液，问需分别加入0.10 mol?L-1 HCl溶液多少mL？配成的三种溶液有无缓冲作用？哪一种缓冲能力最好？
解 ⑴ HCl与NaOH完全反应需HCl溶液50 mL。
⑵ HCl(aq) + NH3?H2O(aq) = NH4Cl(aq) + H2O(l)
NH4+的pKa = 14.00-4.75= 9.25，

解得 V(HCl) = 50 mL
⑶ HCl(aq) + Na2HPO4(aq) = NaH2PO4(aq) + NaCl(aq)
H3PO4的pKa2=7.21，

解得 V (HCl) = 31 mL
第一种混合溶液无缓冲作用；第二种pH15. 用固体NH4Cl和NaOH溶液来配制1 L总浓度为0.125 mol?L-1，pH=9.00的缓冲溶液，问需NH4Cl多少克？求需1.00 mol?L-1的NaOH溶液的体积（mL）。
解 设需NH4Cl 的质量为 xg
pKa(NH4+) = 14.00 - 4.75 = 9.25

得 1.00 mol?L-1 × V(NaOH) = 0.562[x/53.5 g?mol-1 - 1.00 mol?L-1 × V(NaOH)]
又 [1.00 mol?L-1 × VNaOH) + 0.562 (x / 53.5g?mol-1 - 1.00 mol?L-1 × V(NaOH))] / 1L
=0.125 mol?L-1
解得 x = 6.69, V(NaOH) = 0.045 L
即：需NH4Cl 6.69 g，NaOH溶液0.045 L。
16. 用0.020 mol?L-1H3PO4溶液和0.020 mol?L-1NaOH溶液配制100 mL pH=7.40的生理缓冲溶液，求需H3PO4溶液和NaOH溶液的体积（mL）。
解 设第一步反应需H3PO4和NaOH溶液体积各为x mL
⑴ H3PO4(aq)+ NaOH(aq)= NaH2PO4(aq) + H2O(l)
x mLH3PO4与x mLNaOH完全反应，生成NaH2PO4 0.020 mol?L-1 × x mL = 0.020 x mmol
⑵ 第二步反应：设生成的NaH2PO4再部分与NaOH y mL反应，生成Na2HPO4，其与剩余NaH2PO4组成缓冲溶液
NaH2PO4(aq) + NaOH(aq) = Na2HPO4(aq) + H2O(l)
起始量mmol +0.020x +0.020y
变化量mmol -0.020y -0.020y +0.020y
平衡量mmol 0.020(x-y) 0 +0.020y

=1.55
依题意又有

2x + y = 100
解得 x = 38.4，y = 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℃时，近似pH为7.40的生理缓冲溶液，计算在Tris和Tris?HCl浓度均为0.050 mol?L-1的溶液l00 mL中，需加入0.050 mol?L-1HCl溶液的体积（mL）。在此溶液中需加入固体NaCl多少克，才能配成与血浆等渗的溶液？（已知Tris?HCl在37℃时的pKa＝7.85，忽略离子强度的影响。）
解 ⑴

V(HCl) = 47.6 mL
⑵ 设加入NaCl x g，血浆渗透浓度为300 mmol?L-1
=0.018 mol?L-1
=0.050 mol?L-1
（0.018 + 2×0.050）mol?L-1 + 0.300 mol?L-1
x = 0.79，即需加入NaCl 0.79 g
18. 正常人体血浆中，[ ]＝24.0 mmol?L-1、[CO2(aq)]＝1.20 mmol?L-1。若某人因腹泻使血浆中[ ]减少到为原来的90%，试求此人血浆的pH，并判断是否会引起酸中毒。已知H2CO3的pKa1ˊ=6.10。
解 pH= pKa1′
pH虽接近7.35，但由于血液中还有其他缓冲系的协同作用，不会引起酸中毒。
Exercises
1. How do the acid and base components of a buffer function? Why are they typically 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 solution 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 pH changes slightly.
3. A certain solution contains dissolved HCl and NaCl. Why can’t this solution act as a buffer?
Solution This solution can’t 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 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. 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 = pKa±1.
5. Choose specific acid-base conjugate pairs of suitable for prepare the following beffers（Use Table 4-1 for Ka of acid or Kb of base）：
（a）pH≈4.0；（b）pH≈7.0；（c）[H3O+]≈1.0×10-9 mol?L-1；
Solution （a）HAc and Ac- （b） and （c） and NH3
6. Choose the factors that determine the capacity of a buffer from among the following and explain your ch

oices.
(a) Conjugate acid-base pair (b) pH of the buffer (c) Buffer ranger
(d) Concentration of buffer-component reservoirs
(e) Buffer-component ratio (f) pKa of the acid component
Solution Choose (d) and (e). Buffer capacity depends on both the concentration of the reservoirs and the buffer-component ratio. The more concentrated the components 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 mol?L-1 NaOH to 100 mL of 0.5 mol?L-1 acetate buffer
(b) Add 5 drops of 0.1 mol?L-1 HCl to 100 mL of 0.5 mol?L-1 acetate buffer
(c) Add 5 drops of 0.1 mol?L-1 NaOH to 100 mL of 0.5 mol?L-1 HCl
(d) Add 5 drops of 0.1 mol?L-1 NaOH to distilled water
Solution（a）The pH increases to a small extent;（b）The pH decreases to a small extent;（c）The pH increases 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 mol?L-1 NaC3H5O3 + 150 mL of 0.25 mol?L-1 HCl
(b) 100 mL of 0.25 mol?L-1 NaC3H5O3 + 50 mL of 0.25 mol?L-1 HCl
(c) 100 mL of 0.25 mol?L-1 NaC3H5O3+ 50 mL of 0.25 mol?L-1 NaOH
(d) 100 mL of 0.25 mol?L-1 C3H5O3H + 50 mL of 0.25 mol?L-1 NaOH
Solution (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 CH3NH2?HCl is 10.65. The pKa of is 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 the pH of the beverage？Ka1=1.0×10-3
Solution
11. What are the [H3O+] and the pH of a benzoate buffer that consists of 0.33 mol?L-1 C6H5COOH and 0.28 mol?L-1 C6H5COONa？Ka of benzoic acid=6.3×10-5。
Solution
[H+]=7.41×10-5 mol?L-1
12. What mass of sodium acetate (NaC2H3O2?3H2O,Mr=136.1g?mol-1) and what volume of concentrated acetic acid (17.45mol?L-1) should be used to prepare 500 mL of a buffer solution at pH=5.00 that is 0.150 mol?L-1 overall?
Solution c(CH3COO-) + c(CH3COOH)=0.150 mol?L-1
n(CH3COO-) + n(CH3COOH) = 0.150 mol?L-1 × 500 mL × 10-3 L?mL-1 = 0.0750 mol


n(CH3COOH) = 0.0270 mol, n(CH3COO-) = 0.0480 mol
Mass of sodium acetate = 0.0480 mol × 136.1 g?mol -1 = 6.53 g

13. 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 pKa2ˊof = 6.80
Solution