分析化学第3章缓冲溶液

pH
HB H B
式中a与b分别代表加入的强酸或强碱的浓度。
缓冲容量是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变 化时，缓冲容量也发生变化。
例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。
影响缓冲容量的因素讨论：
设一缓冲体系（HA—NaA）由cHAmol/L HA 和 cA mol/L 的NaA构成，总浓度c= cHA + cA。若以HA和H2O为
3.4.2 缓冲溶液的pH计算
设Ca mol/L HB 和Cb mol/L B- 构成的缓冲溶液：
参考水准： H2O, HB
参考水准： H2O, B-
PBE [H ] [OH ] [B] - Cb PBE [H ] [HB] - Ca [OH ]
[B] Cb [H ] -[OH ]
[HB] Ca [H ] [OH ]
3）H2PO4-—HPO42-，pKa2 = 7.21
6.21 ~ 8.21
4）Na2B4O7， pKa = 9.18
8.18 ~ 10.18
B4O72 5H 2O 2H 2BO3 2H3BO3
5）NH3-NH4+， pKa = 9.25
8.25 ~ 10.25
缓冲指数分布图
1.0
0.8
缓冲容量
有效缓冲范围：
pKa 1
0.1 [A] 10 [HA]
1.2
分 布 0.9 分 数 0.6 或 缓 0.3 冲 指0 数2
HAcpKa = 4.76 Ac
4
6
8
pKa 1
pH
缓冲体系
1）HF-F-，pKa = 3.17 2）HAc-Ac-， pKa = 4.76
有效缓冲范围
2.17 ~ 4.17 3.76 ~ 5.76
近似式、最简式或精确式。
3.4.3 缓冲容量、缓冲指数与有效缓冲范围
buffer capacity buffer index buffer intensity buffer value
缓冲容量 是指缓冲溶液抵御pH值变化的能力。定义为
OH-
HB H B
pH
db da
dpH dpH H+
pH缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。 1.浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。 2.浓度较大的强酸或强碱。
缓冲溶液的作用机制
由Ca mol/L HB 和Cb mol/L B- 构成的共轭酸碱平衡：
H+
HB
B- + H+
OH-
HB H B
HB H B
使pH稳定在一个较窄的范围。
高浓度强酸强碱则是因为本身浓度大对少量的酸或碱的加 入不敏感而达到稳定pH 值的作用的。
[H ]
Ka
Ca Cb
pH
pK a
lg
Cb Ca
最简式
例题 求0.10 mol/L NH4HF2 溶液的pH。 解：首先进行体系分析，
0.10 mol/L NH4HF2
0.10 mol/L NH4F + 0.10 mol/L HF
体系中的酸: NH4+，HF；pKa (NH4 ) 9.25 pKa (HF) 3.17
3.4 缓冲溶液 buffer solution
3.4.1 缓冲溶液的定义与种类 3.4.2 缓冲溶液的pH计算 3.4.3 缓冲容量、缓冲指数、及有效缓冲范围 3.4.4 缓冲溶液的选择 3.4.5 标准缓冲溶液
讨论
3.4.1 缓冲溶液的定义与种类
定义 分类
缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。
参P考BE水：准[：H ] [OH ] [A- ] cA
若在该体系加入强碱，并使强碱的浓度为b，
PBE： [H ] [OH ] [A- ] cA b 推导过程
db dpH
2.3{[H ] [OH ]
(
cK a Ka
[H [H
] ])
2
}
(H OH HA )
HA
2.3
cKa[H ] (Ka [H ])2
对溶液稀释过程pH变化的控制
pH pH
7
6
a)
HCl
5
4
3
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
0
0
10
20
30
40
50
mL of Water
7
6 b) NaAc-HAc
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
mL of Water
Plots of pH vs. mL of water added to (a ) 0.500 mL of 0.100 mol . L-1 HCl and (b) 0.500 mL of a solution 0.100 mol . L-1 in both HAc and NaAc.
推导过程
PBE： [H ] [OH ] [A- ] cA b
b
[H
] [OH ]
[A- ] -
cA
[H
]
Kw [H ]
Ka
cKa [H
]
cA
db
（ 1
Kw [H ]2
(Ka
cKa [H
])2
）d[H ]
dpH
d(
lg[H
])
d[H ] 2.3[H ]
db dpH
2.3{[H ] [OH ]
体系中的碱：F- 构成缓冲体系 HF
F- + H+
pH
pKa
lg
Cb Ca
3.17 lg
0.10 0.10
3.17
[H ]
Ka
Ca Cb
[H ] [OH ] [H ] -[OH ]
什么情况下可用最简式？
对缓冲体系 HA H， 若A共轭酸碱对的浓度相差不大，
pH pKa ，可由此估计[H+]和[OH-]，并依此判断该用
(
cKa[H Ka [H
] ])2
}
影响缓冲容量的因素的讨论(2)
(H OH HA )
HA
2.3
cKa[H ] (Ka [H ])2
结论：影响缓冲溶液缓 冲指数大小的因素为共 轭酸碱对的分布分数和 缓冲溶液的总浓度。
[H ] Ka
max 0.575c
缓冲容量或分布系数
HA 2.3c HA A C
缓 冲
0.6
指
数 0.4
0.2
0.0 0 2 4 6 8 10 12 pH
问p题Kap1=K：3a.其1=p7K它4a.72缓6=p冲7Kp.2K体a1a=系=9.9的1.82总4 浓度？
问题2：同浓度不同pKa的弱酸弱
碱缓冲体系的异同？
1）HF-F-，pKa = 3.17 2）HAc-Ac-， pKa = 4.76
[H
]
Ka
[HB] [B]
Ka
Ca Cb
[H ] [OH ] [H ] -[OH ]
精确式
简化 1.pH < 6
[H ] Ka
Ca Cb
[H ] [H ]
2.pH
> 8 [H ]
Ka
Ca [OH ] Cb -[OH ]
3. Ca 20([H ] [OH ]), Cb 2（0 [H ] -[OH ]）