酸碱缓冲溶液

3.4 缓冲溶液,3.4.1 缓冲溶液的定义与种类3.4.2 buffer pH3.4.3 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,1 酸碱缓冲溶液定义 Buffer solution，一种能对溶液的酸度起稳定作用的溶液。若往缓冲溶液中加入少量酸或少量碱，或因溶液中发生的化学反应产生了少量的酸或碱，或将溶液稍加稀释，溶液的酸度基本不变。缓冲溶液通常由浓度较大的弱酸及其共轭碱所组成。pH范围一般为212。例如，HAc-Ac-，NH4Cl-NH3等。强酸（pH12）溶液也是缓冲溶液，可以抵抗少量外加酸或碱的作用，但不具有抗稀释作用。,2 缓冲溶液pH值的计算（例21，22，23）近似式： （当pH6时） （当pH8时）最简式：当Ca，Cb20H+或Ca，Cb20OH-时,例3.今由某弱酸HB及其盐配制缓冲溶液，其中HB的浓度为0.25mol/L。于此100ml缓冲溶液中加入200mg NaOH (忽略溶液体积的变化），所得溶液的PH为5.60。问原来所配制的缓冲溶液的PH为多少？,HB+NaOH =NaB+H2O原来：0.25 0.05 X (0.2/40)现在：0250.05 X+0.05,X=0.35mol/L,因此：PH5.45,3 缓冲指数（buffer index）定义：表示相关酸碱组分分布线的斜率，具有加和性。强酸控制溶液pH时， 强碱控制溶液pH时， 弱酸控制溶液pH（pH=pKa1）时， 当Ca/Cb=1：1时，pKa=pH时，有极值。,4 缓冲容量（buffer capacity）某缓冲溶液因外加强酸或强碱的量为C而发生pH的变化，变化的幅度为pH，为pH区间缓冲溶液所具有的平均缓冲指数。 =C=pH=（2A-1A-）CHA 其中，2A-和1A-分别为pH2和pH1的分布系数，CHA为分析浓度。缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲溶液的Ca/Cb有关。总浓度愈大（一般为0。011mol/L之间）；Ca/Cb应在1/1010/1范围内，浓度愈接近1：1，缓冲容量愈大。,5 缓冲溶液选择的原则（附录 表2-1） 缓冲溶液对测量过程应没有干扰。 所需控制的pH应在缓冲溶液的缓冲范围之内。如果缓冲溶液是由弱酸及其共轭碱组成的，pKa值应尽量与所需控制的pH一致，即pKapH。 缓冲溶液应有足够的缓冲容量，以满足实际工作的需要。 缓冲物质应廉价易得，避免污染。,有效缓冲范围,1）HF-F-，pKa = 3.17,缓冲体系,2.17 4.17,2）HAc-Ac-， pKa = 4.76,3.76 5.76,3）H2PO4-HPO42-，pKa2 = 7.21,6.21 8.21,4）Na2B4O7， pKa = 9.18,8.18 10.18,5）NH3-NH4+， pKa = 9.25,8.25 10.25,3.5 酸碱指示剂,3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围3.5.2 影响指示剂变色范围的各种因素3.5.3 混合指示剂,3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围,甲基橙,酚酞,酸碱指示剂一般是有机弱酸或有机弱碱，其共轭酸碱形式具有明显不同的颜色。,3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围,作用原理,indicator,作用于人眼的颜色由 确定，而 又由 确定，因此可由颜色的变化判断H+的变化，确定滴定的终点。,碱色,酸色,指 示 剂 变 色 范 围,理论变色点：pKa,滴定指数：pT,理论变色范围pKa1,用量的影响,双色指示剂,例如甲基橙,但酸碱指示剂本身具有酸碱性质，也会与滴定剂作用，用量过大会引起较大的误差，尤其是对微量滴定而言。,3.5.2 影响指示剂变色范围的各种因素,指示剂的用量温度的影响对Ka的影响离子强度的影响Ka与Kac的差别增大溶剂的影响,单色指示剂,例如酚酞,设指示剂的总浓度为 c , 碱型引起传感器（如人的眼睛）响应的最小浓度为 a ，这是一个固定的值， 那么：,终点提前,3.5.3 混合指示剂,作用原理,分类,颜色互补,两种指示剂混合,指示剂与染料混合,例：溴甲酚绿甲基红,pH 0 2 4 6 8,甲基红,溴甲酚绿,溴甲酚绿甲基红,3.6 酸碱滴定,3.6.1 酸碱滴定曲线与指示剂的选择3.6.2 酸碱滴定中CO2的影响,3.6.1 酸碱滴定曲线与指示剂的选择,滴定能否准确进行滴定过程中pH的变化规律怎样选择合适的指示剂,实验方案设计应考虑的问题,强酸强碱滴定,滴定反应,设滴定至某一点，溶液中剩余的强酸浓度为 a mol.L-1 , 或过量的强碱浓度为 b mol.L-1。,例： 用0.1000 mol.L-1 NaOH 滴定 20.00 mL 0.1000 mol.L-1 HCl。,C (mol.L-1),同浓度强碱滴定强酸,1.0,0.10,0.010,0.0010,强酸滴定强碱,用0.1000 mol.L-1 HCl滴定 20.00 mL 0.1000 mol.L-1 NaOH 。,强碱滴定弱酸,例： 用0.1000 mol.L-1 NaOH 滴定20.00 mL 初始浓度Ca 为0.1000 mol.L-1 的弱酸HA。,滴定反应,设滴定过程中，溶液中剩余的弱酸浓度为 Ca mol.L-1 , 生成的共轭碱浓度为Cb mol.L-1 ，或过量的强碱浓度为 b mol.L-1。,说明,说明,强碱滴定弱酸的滴定反应常数总是小于强碱滴定强酸的滴定反应常数。滴定反应常数反映了滴定反应的完全程度。体现在滴定曲线上为滴定突跃的大小。,强碱滴定 弱酸,HAc,HCl,强碱滴定弱酸，只可用弱碱性范围变色的指示剂。,强酸滴定弱碱,滴定反应,（3） 强酸滴定弱碱，只可用在酸性介质变色的指示剂。,（2） 化学计量点落在酸性介质；pH 7,甲基橙,甲基红,0.1000 mol.L-1 NaOH 滴定同浓度、不同强度的酸,HCl,10-5,10-6,10-7,10-8,可行性判断,Ka,目测：pH = 0.2 0.3 2 pH 0.6,目测终点准确滴定的可行性判断：cKa 10-8,例1： H3BO3 5.81010 HF 6.8 104 苯甲酸 6.2 105 苯酚 1.1 1010 NH4+ 5.6 1010 HCN 4.9 1010,NH3 1.8 105(CH2)6N4 1.4 109NaAc 5.6 1010NaF 1.5 1011NaCN 2.0 105,例2：请解释一下利用Na2B4O710H2O 作为基准物标定盐酸的原理。,极弱酸的滴定,方法,非水滴定,强化滴定,离子交换法,络合强化法,沉淀强化法,氧化还原强化法,酚酞指示剂,例：,例： H3BO3 Ka = 9.24,Ka 10-5,例：离子交换法测定NH4Cl,用NaOH滴定交换出来的强酸。,多元酸（碱）滴定,1、滴定的可行性判断（包括能否分步滴定的判断）；,2、化学计量点pHsp的计算；,3、指示剂的选择。,滴定有两个化学计量点：pHsp1, pHsp2；滴定有两个突跃；突跃的大小与pK有关。,Ka1, Ka2,10-2, 10-9,10-2, 10-7,10-2, 10-5,二元酸滴定的可行性判断,用0.1000 mol.L-1 NaOH滴定同浓度、不同强度的二元酸。,cKa1 10-8, cKa2 10-8, Ka1 / Ka2 10 5,分步滴定至HA-和 A2-,cKa1 10-8, cKa2 10-8, Ka1 / Ka2 10 5,可准确滴定至HA-,cKa1 10-8, cKa2 10-8, Ka1 / Ka2 K a, HB,混合酸的滴定,(1) CHAK a, HA 10-8,CHAK a, HA / CHB K a, HB 105,滴定至第一化学计量点，,体系： A-HB , 为两性物质,(2) CHAK a, HA 10-8,CHBK a, HB 10-8,CHAK a, HA / CHB K a, HB 105,滴定至第二化学计量点，,体系： A- B- , 为混合碱,(3) CHAK a, HA 10-8,CHBK a, HB 10-8,CHAK a, HA / CHB K a, HB 105,可分别滴定HA 和 HB。,判断能否准确滴定，根据：,?,判断能否准确分步滴定，根据：,？,一强一弱酸,NaOH 滴定一强一弱酸， 例：HCl + HAc,滴定至第一化学计量点：,体系： HAc ，为弱酸性物质,滴定至第二化学计量点：,体系： Ac-，为弱碱性物质,3.7.2 酸碱滴定中CO2的影响,CO2的影响的来源：标准碱溶液或配制标准碱溶液的试剂吸收了CO2 。配制溶液的蒸馏水吸收了CO2 。在滴定过程中吸收了 CO2 。,酸碱滴定中CO2 的影响的程度由滴定终点的pH 决定。,例：待标定的NaOH 吸收了 CO2 ，用已知准确浓度的HCl标定NaOH 的浓度：,H2CO3,没有吸收CO2 的滴定过程， 需 2H+,HCO3-,需 1 H+,H2CO3,需 2H+,pKa1 = 6.38， pKa2 = 10.25 ,2H2O,结果偏低,无影响,结 论,对于强酸强碱的相互滴定，当浓度 0.1 mol / L时，宜采用甲基橙作指示剂，以减少CO2 的影响。对弱酸的滴定，化学计量点在碱性范围， CO2的影响较大，宜采用同一指示剂在同一条件下进行标定和测定