缓冲溶液教学教案.
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缓冲溶液教学教案
【引言】:血液pH 范围为7.35 ~ 7.45,不因代谢过程中产生酸、碱性物质而变化,血液是缓冲溶液,缓冲溶液如何维持pH 不变。
一、缓冲溶液的组成及作用机理
(一)缓冲溶液的组成
HAc — NaAc 加少量HCl 、NaOH 、ΔpH 很小
缓冲溶液:能抵抗外加少量强酸或强碱,而维持pH 基本不发生变化的溶液。
缓冲作用:缓冲溶液所具有的抵抗外加少量强酸或强碱的作用。
缓冲溶液的组成:足够浓度的共轭酸碱对(缓冲对)
由足够浓度的共轭酸碱对组成的缓冲溶液,所起作用是抗酸、抗碱,如何抗得。
(二)缓冲作用机理
以HAc — NaAc 为例 HAc 、NaAc 足量
HAc + H 2O H 3O + + Ac -
+
左移 H 3O +
抗酸成分
+
抗碱成分 右移 OH -
2H 2O
共轭酸 — 抗碱成分 共轭碱 — 抗酸成分
【小结】:机理三要点:方程(酸解离),平衡移动方向,抗酸、碱成分
NH 4+ — NH 3 缓冲系、抗碱成分 NH 4+
缓冲作用 0.1mol ⋅L -1 HAc —NaAc
0.1mol ⋅L -1 HCl 、NaOH
浓度大,少量酸、碱,浓度几乎不变
二、缓冲溶液pH 的计算
(一)公式推导
HA — NaA C (HA ) C (A -)
HA + H 2O H 3O + + A
-
C (HA )- Ceq(H 3O +) Ceq(H 3O +) C (A -)+ Ceq(H 3O +
)
≈C (HA ) ≈C (A -)
Ka θ(HA )=θθθ
C HA C C A C C O H Ceq /]
/][/[3)()()(-+
Ceq(H 3O +)/C θ=)()
()(-A C HA C HA Ka θ
pH=)()
(lg )(HA C A C HA pKa -
+θ
)()
(HA C A C -—缓冲比r ,C 为缓冲液,不是混合前
p Ka θ: HAc- NaAc p Ka θ(HAc )、NH 4Cl-NH 3 p Ka θ(NH 4+)、H 2PO 4- - HPO 42-
p Ka θ2(H 3PO 4)
(二)其他形式 pH==+-V HA n V
A n HA pKa /)(/)(lg )(θ)()
(lg )(HA n A n HA pKa -+θ
当C (HA )=C (A -) pH==+--)()()()(lg )(HA V HA C A V A C HA pKa θ)()
(lg )(HA V A V HA pKa -+θ
【小结】:决定缓冲溶液pH 的主要因素有:p Ka θ(HA )和r
(三)应用
书P 101例5-8 25℃时,在1.0LHAc-NaAc 缓冲溶液中含有0.10mol HAc 和0.20mol NaAc 。
(1)计算此缓冲溶液的pH ;
(2)向100mL 该缓冲溶液中加入10mL 0.10 mol ⋅L -1 HCl 溶液后,计算缓冲溶液的pH ;
(3)向100mL 该缓冲溶液中加入10mL 0.10 mol ⋅L -1 NaOH 溶液后,计算缓冲溶液的pH ;
(4)向100mL 该缓冲溶液中加入1L 水稀释后,计算缓冲溶液的pH 。Ka θ(HAc )=1.8⨯10-5 解:(1)pH=10.020
.0lg 108.1lg 5+⨯--=5.05 (2)pH=10.0010.010010
.0010.0100lg 108.1lg 1000
10.0100020
.05⨯+⨯⨯-⨯+⨯--=4.98 (3)pH=10
.0010.010010
.0010.0100lg 108.1lg 100010.0100020
.
05⨯-⨯⨯+⨯+⨯--=5.11 (4) pH=10.020
.0lg 108.1lg 5+⨯--=5.05
三、缓冲容量和缓冲区间
(一)缓冲容量β
定量表示缓冲溶液的缓冲能力
1、定义 VdpH dna
VdpH dnb
-==β
单位体积的缓冲溶液的pH 增大或减小1时,所需加入强酸或强碱的物质的量
单位: mol ⋅L -1
β↑ 缓冲能力↑
2、影响β的因素
)]()([)1(3.22-+⨯+⨯=A C HA C r r
β
C(HA)+C(A -)=C 总 )()
(HA C A C r -=缓冲比 【小结】:(1) C 总 r 定 C 总↑ β↑
(2) r C 总定 r=1 β最大
)]()([43
.2max -+⨯=A C HA C β
r 远离1 β↓
书P 103例5-9 计算下列缓冲溶液的缓冲容量:
(1)0.10mol ⋅L -1 HAc —0.10mol ⋅L -1 NaAc 溶液;
(2)0.010mol ⋅L -1 HAc —0.010mol ⋅L -1 NaAc 溶液;
(3)0.050mol ⋅L -1 HAc —0.15mol ⋅L -1 NaAc 溶液。
解:(1)β1=)10.010.0()1(3.2210.010
.010
.0+⨯+⨯=0.12(mol ⋅L -1)
(2)β2=)010.0010.0()1(3.22010.0010
.0010
.0+⨯+⨯=0.012(mol ⋅L -1)
(3)β3=)15.0050.0()
1(3.22050.015.0050
.015
.0+⨯+⨯=0.086(mol ⋅L -1)
缓冲液有缓冲作用除了要有足够浓度的缓冲对,还要适当缓冲比,缓冲比为多少无缓冲作用。
(二)缓冲区间
r 远离1,β↓
r<0.1 无缓冲作用 pH= p Ka θ-1
r>10 pH= p Ka θ+1
缓冲区间:缓冲溶液能发挥缓冲作用的pH 范围
pH=p Ka θ(HA )±1
HAc —NaAc p Ka θ(HAc )=4.74 pH=3.74~5.74
NH 4Cl —NH 3 p Kb θ(NH 3)=4.74 pH=8.26~10.26
H 2PO 4-—HPO 42-
p Ka θ2(H 3PO 4)=7.21 pH=6.21~8.21
四、缓冲溶液的选择与配制
为了有足够的β,必须满足下列原则和步骤:
(1)选择合适的缓冲对 p Ka θ(HA )与pH 接近,r 接近1
(2)适当的总浓度 0.05 ~0.2 mol ⋅L -1