基础化学题解：3-3缓冲溶液

第三章缓冲溶液

1、什么是缓冲溶液? 什么是缓冲容量? 决定缓冲溶液pH和缓冲容量的主要因素各有哪些?

答：能够抵抗外来的少量强酸或强碱或稍加稀释，而保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。

缓冲容量是缓冲能力大小的量度。定义为：单位体积的缓冲溶液pH改变1时（ pH=1），所需加入的一元强酸或强碱的物质的量。

决定缓冲溶液pH的主要因素是p K a和缓冲比。

决定缓冲容量的主要因素是总浓度和缓冲比。

2、试以KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液为例，说明为何加少量的强酸或强碱时其溶液的pH 值基本保持不变。

答：KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液由浓度较大的H2PO4-和HPO42-，有同离子效应，处于质子传递平衡：

H2PO4- + H2O HPO42-+ H3O+

Na2 HPO4─→HPO42-+ 2Na+

其中HPO42-是抗酸成分，当加入少量强酸时，HPO42-与H3O+ 结合成H2PO4-而使平衡左移，[HPO42-]略为减少，[H2PO4-]略有增加，溶液的H3O+ 浓度无显著的增加。H2PO4-是抗碱成分，当加入少量强碱时，OH-溶液的H3O+生成H2O，平衡右移，H2PO4-进一步解离，提供更多的H3O+。达到新的平衡时，[H2PO4-]略为减少，[HPO42-]略有增加，溶液的H3O+ 浓度无显著的减少。

3、已知下列弱酸p K a，试求与NaOH配置的缓冲溶液的缓冲范围．

(1) 硼酸(H3BO3)的p K a ＝9.27

(2) 丙酸(CH3CH2COOH)的p K a ＝4.89

(3) 磷酸二氢钠(NaH2PO4) p K a ＝7.21

(4) 甲酸(HCOOH) p K a ＝3.74

答：缓冲溶液的缓冲范围为pH ＝p K a±1，超出此范围则缓冲容量太低。

⑴pH ＝8.27~10.27

⑵ pH ＝ 3.89~5.89

⑶ pH ＝ 6.21~8.21

⑷ pH ＝ 2.74~4.74

4、0.20 mol ·L -1 NH 3 和 0.10 mol ·L -1 NH 4Cl 组成的缓冲溶液的pH 为多少? 已知p K b = 4.75。

【解】 p K a = 14.00－p K b = 14.00－4.75 = 9.25

pH ＝ p K a + lg ]NH []NH [4

3+ pH ＝ 9.25 + lg

1--1 L mol 10.0 L mol 20.0⋅⋅ = 9.55

5、 计算下列NH 3和[NH 4Cl 组成的不同pH 的缓冲溶液的[NH 3]/[NH 4+]缓冲比。已知p K b =

4.75。⑴ pH = 9.00 ⑵ pH = 8.80 ⑶ pH = 10.00 ⑷ pH = 9.60

【解】缓冲比的计算可利用Henderson —Hasselbalch 方程式：

p K a = 14.00-p K b = 14.00 - 4.75 = 9.25

pH ＝p K a +lg ]NH []NH [43+， ]

NH []NH [43+=a p pH 10K - ⑴ pH = 9.00： [NH 3]/[NH 4+] = 0.56

⑵ pH = 8.80： [NH 3]/[NH 4+] = 0.35

⑶ pH = 10.00： [NH 3]/[NH 4+] = 5.6

⑷ pH = 9.60： [NH 3]/[NH 4+] = 2.2

6、 一个由 0.25 mol · L -1 KHCO 3 和 0.32 mol · L -1 K 2CO 3组成的缓冲溶液，H 2CO 3是二元酸： K a1= 4.5⨯10-7；K a2= 4.7⨯10-11

⑴ 那一个K a 对于这个缓冲溶液是更重要?

⑵ 这个缓冲溶液的pH 为多少?

【解】组成缓冲溶液的缓冲对为KHCO 3 和 K 2CO 3，其中共轭酸为HCO 3-；共轭碱为CO 32- 。

⑴ 计算缓冲溶液pH 的Henderson —Hasselbalch 方程式：

pH ＝p K a +lg )

HA ()(A n n - 式中K a 为共轭酸的酸常数，所以K a2 = 4.7⨯10-11对于这个缓冲溶液更重要。

⑵ pH ＝p K a2(H 2CO 3) + lg ]

HCO []CO [323-- pH= -lg(4.7⨯10-11) + lg

L mol 0.25 L

mol 0.321--1

⋅⋅ = 10.44

7、 用0.055mol ·L -1KH 2PO 4和0.055mol ·L -1Na 2HPO 4两种溶液配成pH 近似值为7.40的缓冲溶液1 000mL ，问需取上述溶液各多少毫升? p K a (H 2PO 4-) = 7.21

【解】相同浓度共轭酸、碱组成缓冲溶液的配制，缓冲溶液pH 值的计算可利用Henderson —Hasselbalch 方程式(3-4)：

pH = p K a + lg )PO H ()HPO (4224-

-V V 7.40 = 7.21 + lg )

PO H ()HPO (4224-

-V V )

PO H ()HPO (422

4--V V =10)21.740.7(-=1.55 V (H 2PO 4- ) + V (HPO 42-) = 1 000 mL

V (H 2PO 4- ) = 392 mL

V (HPO 42-) = 608 mL

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 值为2.95，然后口服阿司匹林0.65g 。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M r =180.2、p K a =3.50）？

解：

pH ＝ p K a + lg HAsp)()Asp (-n n = 3.50 + lg HAsp)()Asp (-n n =2.95

HAsp)()Asp (-n n = 0.28

又：n (Asp -) + n (HAsp) = 1

-mol g 180.2g

65.0⋅ = 0.00361 mol