第四章 缓冲溶液

10.0g n(HCO- ) = = 0.119mol -1 3 84.0g mol 10.0g n(CO2- ) = = 0.094mol -1 3 106g mol n(CO2- ) 0.094mol 3 pH = pK a 2 + lg = 10.33 + lg = 10.23 n(HCO- ) 0.119mol
pKa = 14 - pKb n(NH 3 ) pH = 14 - pK b(NH3 ) + lg n(NH 4 Cl) 0.20 20 = 14 - 4.75 + lg 0.40 10 = 9.25
练习
例7 将 10.0g Na2CO3 和10.0g NaHCO3 溶于水制备250ml 缓冲溶液，求溶液的pH。 解:查表 pKa2(NaHCO3 )=10.33
第三节
缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量 当加入过量的强酸或强碱，缓冲溶液的pH将发 生较大变化，失去缓冲能力。用缓冲容量β作 为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为
=
d na ( b )
V dpH
=
na ( b )
V pH
β越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强
第三节
缓冲容量和缓冲范围
= na ( b ) V pH
第一节
缓冲溶液及缓冲机制
0.010 mol· L-1 HCl
pH＝7 →2， 改变了5个pH单位 0.10 mol· L-1 NaCl溶液
第一节
缓冲溶液及缓冲机制
0.010 mol· L-1 HCl pH＝4.75→4.74， 改变了0.01个pH单位 0.10 mol· L-1 HAc — 0.10 mol· L-1 NaAc溶 液
解：查表pK a(HAc) = 4.75 pH = pK a + lg VACVHAC
4 = 4.75 + lg = 5.35 1
第二节
缓冲溶液pH的计算
-
Henderson—Hasselbalch方程式的意义
缓冲溶液的pH首先取决pKa
[B ] pH = pK a + lg [HB]
pKa值一定，其pH值随着缓冲比[B-]/[HB]的 改变而改变。当缓冲比等于1时，pH等于pKa 适当稀释缓冲溶液，缓冲比不变， pH值亦不变，但 加入大量的水稀释后，使pH值略有升高
3
第二节
缓冲溶液pH的计算

③ 根据 n = cV，若取储备液 c(B-) = c(HB)
n( B ) c(B )V (B ) pH pK a + lg = pK a + lg n(HB) c(HB)V (HB) V (B ) pH pK a + lg V (HB)
-
练习
例8 将0.10mol/L的HAc溶液与 0.10mol/L的NaAc溶液 以1:4体积混合, 求缓冲溶液的pH值?
0.20 pH=4.75+lg =5.05 0.10
练习 NH3-NH4Cl缓冲溶液
c(NH 3 ) pH = 14 - pK b (NH 3 ) + lg c(NH 4 Cl)
n(NH3 ) pH = 14 - pK b (NH 3 ) + lg n(NH 4 Cl)
练习
NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液
19 pH = 4.75 + lg = 4.99 11
练习
例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和 0.20mol NaAc(pKa=4.75) (3)向100ml该缓冲溶液中加入10ml 0.10mol/L NaOH后, 溶液的pH值? (3) nAC- =100×0.2+10×0.1=21mol nHAC =100×0.10-10×0.10=9mmol
第二节
缓冲溶液pH的计算
+ -
一．缓冲溶液pH值的近似计算公式 以HB代表弱酸，并与B-组成缓冲溶液
H O B HB 3 + Ka = H O = Ka 3 B HB [ 共轭碱] [B ] = pKa + lg pH = pKa + lg [HB] [共轭酸]
21 pH=4.75+lg =5.12 9
练习
例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和 0.20mol NaAc(pKa=4.75) (4)向100ml该缓冲溶液中加入100ml水后,溶液的pH值? (4)加入100ml水后:
nAC-=0.20mol
nHAC=0.10mol
练习
解：
pH = pK a + lg
c(吡啶）
c(吡啶盐酸盐)
0.10 = 5.23 + lg 0.05 = 5.33
练习
例 3 求pH=3.90，总浓度为0.40mol· L 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（甲酸pKa=3.75）
c(Na 2 CO3 ) pH=pK a2 +lg c(NaHCO3 ) n(Na 2 CO3 ) pH=pK a2 +lg n(NaHCO3 )
练习
例6 计算将 c(NH3) = 0.20mol/L的氨水20 ml与10ml 0.40 mol/L的NH4Cl混合所得缓冲溶液的pH值。
解:查表pKb(NH3)=4.75
缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用
以HAc—Ac-体系为例
第一节
缓冲溶液及缓冲机制
H3O + Ac
+ -
HAc + H2O
(大量) (大量) 当加入少量强酸时，外来H+将质子传给Ac- ， 质子转移平衡左移，溶液的pH保持基本不变 当加入少量强碱时，OH- 接受H3O+传递的质 子，质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+离 子，而溶液的pH保持基本不变
解:(1)
pH = pK a + lg
nAC
nHAC
0.20 = 4.75 + lg 0.10 = 5.05
练习
例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和 0.20mol NaAc(pKa=4.75) (2)向100ml该缓冲溶液中加入10ml0.10mol/L HCl后,溶 液的pH值? (2) 加入10ml 0.10mol/L HCl后: nAC-=100×0.20-10×0.10=19mmol nHAC=100×0.10+10×0.10=11mmol
第四章 缓冲溶液
Liaoning Medical University
第一节
实验
缓冲溶液及缓冲机制
样品1，0.10 mol· L-1 NaCl溶液 样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 mol· L-1的 混合溶液 操作：滴加强酸 HCl 至c(HCl)=0.010 mol· L-1
观察现象：pH的变化
初始浓度
练习
例1 0.30 mol/L HAc 10ml 与0.10 mol/L NaAc
20 ml 混合成缓冲溶液。cA、cB分别为多少？
0.30 × 10 cA = = 0.10mol/L 30 0.10 ×20 cB = = 0.067mol/L 30
练习
例2 将0.30mol· L-1吡啶(pKb=8.77)和0.10mol· L-1 HCl溶液 等体积混合，混合液是否为缓冲溶液？求混合溶液pH。 解：吡啶和盐酸反应生成吡啶盐酸盐，混合 溶液为弱碱及其对应的共轭酸。为缓冲溶液。 混合溶液为0.10mol· L 吡啶和0. 05mol· L 吡啶 盐酸盐缓冲溶液， pKa=14-8.77=5.23
第一节
结论 ：
缓冲溶液及缓冲机制
HAc — NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量强
酸、强碱而保持pH基本不变的能力
第一节
1.
缓冲溶液及缓冲机制
一．缓冲溶液及其作用机制和组成 缓冲溶液（buffer solution） 能够抵抗外来少量强酸、强碱，或稍加稀释
时可保持其pH基本不变的溶液
2. 缓冲作用（buffer action）
练习
例10 分别向下列两种溶液中加入0.001mol HCl。 求ß ? [设V不变, pKa =4.75]
(1)1升(0.1mol/L HAc—0.1mol/L NaAc)的缓冲液。 (2)1升(0.01mol/L HAc —0.01mol/L NaAc)缓冲液.
0.1 解: (1) pH = pK a +lg = 4.75 0.1 nNaAc 0.1-0.001 pH = pK a + lg = 4.75 + lg nHAc 0.1 + 0.001 = 4.74 pH = 4.75 4.74 = 0.01 na 0.001 = = = 0.1mol L1 V pH 1 0.01
练习
例 4 向100ml某缓冲溶液中加入0.20g NaOH固
体，所得溶液pH=5.60，已知原缓冲溶液共轭酸
HB pKa=5.30; c(HB)=0.25 mol· L，求原缓冲溶 液的pH。
练习
解：
0.20 g 40 g mol 1 1 c( NaOH ) = 0.050mol L 0.1L 加入NaOH后 c( B ) + 0.05 pH = 5.30 + lg = 5.60 0.25 0.05 c( B- ) = 0.35mol L1 原缓冲溶液 0.35 pH = 5.30 + lg = 5.45 0.25
第二节
缓冲溶液pH的计算
-
② 由于 c = n/V，所以
c(B ) n(B )/V (溶液) pH pK a + lg = pK a + lg c(HB) n(HB)/ V (溶液) n( B ) pH pK a + lg n(HB)
-
练习
例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和 0.20mol NaAc(pKa=4.75) (1)计算该溶液的pH值?
第二节
缓冲溶液pH的计算
因稀释而引起缓冲溶液pH值的变化用稀释值 表示，当缓冲溶液的浓度为c时，加入等体 积纯水稀释，稀释后与稀释前的pH值之差定 义为稀释值，符号为ΔpH1/2
ΔpH1/2 = pHc/2 pHc/1
ΔpH1/2 ＞0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而 增加； ΔpH1/2 ＜0，则表明缓冲溶液的pH值 随稀释而减少
n'NaAc 0.1 20 0.01 2 pH' = pK a + lg = 4.75 + lg = 4.74 n'HAc 0.1 20 + 0.01 2 pH=4.75-4.74=0.01 na 0.01 2 = = = 0.05mol L1 V pH 40 0.01
第一节
缓冲溶液的组成
缓冲溶液及缓冲机制
缓冲溶液
碱性物质
酸性物质
抗酸成分
抗碱成分
缓冲系或缓冲对
第一节
共轭酸
缓冲溶液及缓冲机制
共轭碱
HAc NH4Cl H2PO4抗碱成分 缓冲系
Baidu Nhomakorabea
NaAc NH3· H2O HPO42抗酸成分
第一节
缓冲溶液的组成:
缓冲溶液及缓冲机制
1．弱酸及其对应的共轭碱
例如，HAc-NaAc 2．弱碱及其对应的共轭酸 例如：NH3-NH4Cl
+ -
HB + H2O
H3O + B
第二节
缓冲溶液pH的计算
-
Henderson—Hasselbalch方程式的应用
[B ] pH = pK a + lg [HB]
解离平衡后的浓度
①
HB在溶液中只少部分解离，且因B-的同离
-
子效应，使HB几乎完全以分子状态存在
c(B ) pH pK a + lg c(HB)
解：设c(甲酸纳）=x mol· L， c(甲酸）=0.40-x mol· L c(甲酸钠） x pH = pK a + lg = 3.75 + lg = 3.90 c(甲酸) 0.40 x
c(甲酸钠）= x = 0.234mol L c(甲酸）= 0.166mol L


=
d na ( b ) V dpH
V为缓冲溶液的体积（不是加入酸碱后总体积） △n为加入的一元强酸△na或一元强碱△nb △pH为缓冲溶液pH的改变量
β为正值，单位为浓度单位
练习
例9 0.1mol/L HAc和0.1mol/L NaAc各20ml混合,向此缓 冲溶液中加入2ml 0.01mol/L HCl。求此缓冲溶液的 ß ?(pKa =4.75) cNaAc 0.05 pH = pK a + lg = 4.75 + lg = 4.75 cHAc 0.05