《缓冲溶液pH的计算》ppt课件

1、4.5 4.5 缓冲溶液缓冲溶液pHpH的计算的计算 (HA+A-) (p57)(HA+A-) (p57)先写出质子条件先写出质子条件 HA = ca - H+ + OH- A- = cb + H + - OH-代入平衡关系代入平衡关系 ,得准确式得准确式cKKc+-+aaa-+-bHA-H +OH H =A +H -OH 酸性酸性,略去略去OH-:碱性碱性,略去略去H+:假设假设Ca OH- - H + 或或Cb H + - OH-那么最简式那么最简式cKc+aa+b-H H =+H cKc-+aa-b+OH H =-OH ac=Kc+abH 计算方法计算方法:(1) 先按最简式计算先按最简

2、式计算H+.(2) 再将再将OH-或或H+与与ca,cb比较比较, 看忽略能否合看忽略能否合理理.例例(a) 0.040molL-1 HAc 0.06molL-1 NaAc 先按最简式: (b) 0.080molL-1二氯乙酸 0.12molL-1二氯乙酸钠 先用最简式: molL-1- 4.76-4.ab9a4-+10.040=10=10mol L0.0H 60=cKc+1.261.440.080H 10100.0370.12 cKc+aa+b-H H =+H caH+, cbH+ 结果合理结果合理 pH=4.94运用近似式运用近似式: :解一元二次方程，解一元二次方程，H+=10-1.65

3、 molL-1 , pH=1.65 4.5.2 4.5.2 缓冲指数缓冲指数buffer indexbuffer index物理意义：使物理意义：使1L1L溶液溶液PHPH值添加或减小值添加或减小dpHdpH单位时，单位时，所需强碱或强酸的量。所需强碱或强酸的量。2.32.32.3HO HH AH AAH AdHd O HdH AdpHdpHdpHHO HCdCdbdadpHdpHdpH 强酸控制溶液强酸控制溶液pHpH时，时， 强碱控制溶液强碱控制溶液pHpH时，时， 弱酸控制溶液弱酸控制溶液pHpHpH=pKapH=pKa1 1时，时， 当当Ca/Cb=1Ca/Cb=1：1 1时，时，pK

4、a=pHpKa=pH时，时，有极值。有极值。HAAHAC3.23.2H 3 . 2OH缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲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溶液的Ca/CbCa/Cb有关。总浓度愈大普通为有关。总浓度愈大普通为0.010.011mol/L1mol/L之间；之间；Ca/CbCa/Cb应在应在1/101/1010/110/1范围内，浓度愈接近范围内，浓度愈接近1 1：1 1，缓冲容量愈大。，缓冲容量愈大。4.5.4 4.5.4 重要的缓冲溶液重要的缓冲溶液规范缓冲溶液的规范缓冲溶液的pHpH是实验测定的是实验测定的, ,用于校准酸度计。用于校准酸度计。缓

5、缓 冲冲 溶溶 液液pH (25oC)饱和酒石酸氢钾饱和酒石酸氢钾 (0.034molkg-1)3.557邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾 (0.050molkg-1)4.0080.025molkg-1 KH2PO4 +0.025molkg-1 Na2HPO4 6.865硼砂硼砂 (0.010molkg-1)9.180饱和氢氧化钙饱和氢氧化钙12.454常用规范缓冲溶液常用规范缓冲溶液缓冲溶液的选择原那么缓冲溶液的选择原那么1.1.有较大的缓冲才干有较大的缓冲才干: : c c 较大较大(0.01(0.011molL-1);1molL-1); pHpKa pHpKa 即即cacb11cacb114

6、.5 6810HAc NaAc : pKa=4.76 (pH 45.5)NH4ClNH3: pKb=4.75 (pH )(CH2)6N4 (CH2)6N4H+: pKb=8.87 (pH )2.2.不干扰测定不干扰测定(EDTA(EDTA滴定滴定Pb2+,Pb2+,不用不用HAc-Ac-HAc-Ac-) )。常用缓冲溶液常用缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液pKa缓冲范围缓冲范围氨基乙酸氨基乙酸+HCl2.351.53.0氯乙酸氯乙酸+NaOH2.8623.5甲酸甲酸+NaOH3.773 34.54.5HAc+NaAc4.7645.5六次甲基四胺六次甲基四胺+HCl5.134.56.0H2PO4-+HP

7、O42-7.216.58三羟甲基甲胺三羟甲基甲胺+HCl8.217.59硼砂硼砂(H3BO3+H2BO3-)9.248.510NH4+NH39.258.510缓冲溶液的配制方法缓冲溶液的配制方法 1.1.按比例参与按比例参与HAHA和和A(NaAc+HAc, A(NaAc+HAc, NH4Cl+NH3);NH4Cl+NH3);2.2.溶液中溶液中H+H+大大, , 加过量加过量A-,A-, 溶液中溶液中OH-OH-大大, , 加过量加过量HA;HA;3.3.溶液中有溶液中有HA,HA,可加可加NaOHNaOH中和一部分中和一部分, , 溶液中有溶液中有A,A,可加可加HClHCl中和一部分中和

8、一部分; ; 构成构成HA-A-HA-A-共轭体系共轭体系配制缓冲溶液的计量方法配制缓冲溶液的计量方法方法方法1: (1: (确定引入酸确定引入酸oror碱碱) )1.1.按所需按所需pHpH求求ca/cb: pH0=pKa+lg(cb /ca);ca/cb: pH0=pKa+lg(cb /ca);2.2.按引入的酸按引入的酸( (碱碱) )量量caca及及pHpH变化限制计算变化限制计算caca和和cb:cb:3.3.据据ca,cbca,cb及所需溶液体积配制溶液及所需溶液体积配制溶液. .ba1aaaapHplgccKKcc 方法方法2: (2: (确定引入酸确定引入酸oror碱碱) )1

9、.1.分别计算分别计算pH0pH0和和pH1pH1时的时的x(HA)x(HA)、x(A)x(A)2.2.引入酸的量引入酸的量c(HCl)= c(HCl)= x(HA)x(HA)c c总总 ( (引入碱的量引入碱的量c(NaOH)= c(NaOH)= x(A)x(A)c c总总) ) 求出求出c c总总3.pH03.pH0时时 ca=c ca=c总总x(HA)x(HA) cb=c cb=c总总x(A)x(A)方法方法3: (3: (引入酸碱均适用引入酸碱均适用) )1.1.根据引入的酸根据引入的酸( (碱碱) )量求量求2.2.根据所需根据所需pHpH求总浓度求总浓度c: =2.3cx0 x1c

10、: =2.3cx0 x13.3.按按x0 x0与与x1x1的比值配成总浓度为的比值配成总浓度为c c的缓冲溶液的缓冲溶液. .dd= -dpHdpHba 例：例： 欲制备欲制备200 mL pH=9.35 的的NH3-NH4Cl缓冲溶液，且使该溶液在参与缓冲溶液，且使该溶液在参与1.0 mmol 的的HCl或或NaOH时，时， pH的改动不大的改动不大于于0.12单位，需用多少克单位，需用多少克NH4Cl和多少毫和多少毫升升1.0 mol/L氨水？氨水？ pKb(NH3)=4.75解解-21.0 200= 4.2100.12又又 +a+2aH 2.3(H )K=c+ K-2-9.25-9.35

11、 2-1-9.25-9.354.2 10 (10+10)=0.074 mol L2.3 1010cm(NH4Cl)=cV M(NH4Cl)V(NH3)=c V /c(NH3)d=dpHb 五、酸碱指示剂的变色原理及选择五、酸碱指示剂的变色原理及选择指示剂的颜色转变依赖于比值指示剂的颜色转变依赖于比值In-/HInIn-/HIn In- In-代表碱式色代表碱式色 HInHIn代表酸式色代表酸式色 酸碱指示剂：一类有颜色的有机物质，酸碱指示剂：一类有颜色的有机物质，随溶液随溶液pHpH的不同呈现不同颜色，颜色与构造的不同呈现不同颜色，颜色与构造相互关联。相互关联。 酚酞：三苯甲烷类，碱滴酸时用。

12、酚酞：三苯甲烷类，碱滴酸时用。 变色范围：变色范围： 8 810 10 ，无色变红色。，无色变红色。 甲基橙：偶氮类构造，酸滴碱时用。甲基橙：偶氮类构造，酸滴碱时用。 变色范围：变色范围： 3.1-4.4 3.1-4.4 ，黄色变橙红色。，黄色变橙红色。n甲基橙：三苯甲烷类，酸滴碱时用。变色范围：甲基橙：三苯甲烷类，酸滴碱时用。变色范围：3.1 4.4，黄色变橙色。，黄色变橙色。酚酞：偶氮类构造，碱滴酸时用。变色范围：酚酞：偶氮类构造，碱滴酸时用。变色范围：8 10，无色变红色。，无色变红色。变色原理：变色原理：以以HInHIn表示弱酸型指示剂，在溶液中的平衡挪表示弱酸型指示剂，在溶液中的平衡

13、挪动过程，可以简单表示如下：动过程，可以简单表示如下： HIn + H2O = H3+O + In- HIn + H2O = H3+O + In- HIn = H+ + In- HIn = H+ + In- KHIn=(H+In-)/HIn KHIn=(H+In-)/HInKHInKHIn称指示剂常数称指示剂常数, ,在一定温度下在一定温度下, ,它是个常它是个常数数. .将上式改写为将上式改写为: In-/HIn=KHIn/H+ 显然，指示剂颜色的转变依赖于显然，指示剂颜色的转变依赖于In-和和HIn的比值。假设将上式等号两边取对数，那么的比值。假设将上式等号两边取对数，那么: lg (In

14、-/HIn )= lg KHIn-lgH+ pH = pKHIn + lg (In-/HIn) In-=HIn,pH=pKHIn,溶液的颜色是酸色和碱溶液的颜色是酸色和碱色的中间色；色的中间色； In-/HIn=1/10时时,那么那么pH1=pKHIn1,酸色，酸色，勉强识别出碱色；勉强识别出碱色；In-/HIn=10/1时时,那么那么pH2=pKHIn+1,碱色勉强碱色勉强识别出酸色。识别出酸色。指示剂的变色范围为：指示剂的变色范围为：pH = pKHIn1 结论：pKHIn 滴定曲线的作用：滴定曲线的作用：(1) (1) 确定滴定终点时，耗费的滴定剂体积；确定滴定终点时，耗费的滴定剂体积；

15、(2) (2) 判别滴定突跃大小；判别滴定突跃大小；(3) (3) 确定滴定终点与化学计量点之差。确定滴定终点与化学计量点之差。 (4) (4) 选择指示剂；选择指示剂； 滴定曲线的计算。滴定曲线的计算。n一一元酸碱滴定曲线的计算一一元酸碱滴定曲线的计算n1.强碱滴定强酸强碱滴定强酸n例：例：0.1000 molL-1NaOH溶液滴溶液滴20.00mL0.1000n molL-1 HCl溶液。溶液。n(1)滴定前，未参与滴定剂滴定前，未参与滴定剂(NaOH)时：时：n 0.1000 molL-1盐酸溶液：盐酸溶液：nH+= 0.1000molL-1 , pH=1.00n(2)滴定中，参与滴定剂

16、体积为滴定中，参与滴定剂体积为 18.00 mL时：时：n H+=0.1000(20.00-18.00)/(20.00+18.00)n =5.310-3 molL-1,pH =2.28n 参与滴定剂体积为参与滴定剂体积为 19.98 mL时时(离化学计量离化学计量点差约半滴点差约半滴): H+=0.1000(20.00-19.98)/(20.00+19.98)=5.010-5 molL-1 , pH =4.30 (3)化学计量点，参与滴定剂体积为： 20.00mL,反响完全,溶液中H+= 10-7 molL-1 , pH =7.0 (4)化学计量点后，参与滴定剂体积为20.02mL,过量约半滴

17、: OH-=(0.10000.02)/(20.00+20.02) = 5.010-5 molL-1 pOH = 4.30 , pH = 14-4.30= 9.70讨论讨论: :强碱滴定强酸的滴定曲线强碱滴定强酸的滴定曲线pH=72.87pH;10100.1000H2.874.74aaKc与强酸相比，滴定开场点的与强酸相比，滴定开场点的pHpH抬高。抬高。 =1.82 =1.8210-810-8溶液溶液 pH=7.74 pH=7.74 0.1000molL-1 NaOH滴定滴定20.00mL 0.1000molL-1 HClNaOHmLT%剩余剩余HClmL过量过量NaOHpHH+计算计算0.0

18、0020.01.00滴定前滴定前:H+=c(HCl)18.0090.02.002.28sp前前:H+=19.8099.00.203.0019.9899.90.024.30 sp: H+=OH- =10-7.0020.00100.00.000.007.0020.02100.10.029.7020.20101.00.2010.70sp后后:OH-=22.00110.02.0011.6840.00200.020.0012.52+-+-(H ) (H )(OH ) (OH )(H )(OH )cV-cVV+V-+-(OH) (OH)(H ) (H )(H )(OH)cV-cVV+V突突跃跃4. 接近化

19、学计量点时，溶液中剩余的HAc已很少 ，pH变化加快;5. 化学计量点前后，产生pH突跃，与强酸相比，突跃变小；6.甲基橙指示剂不能用于弱酸滴定；7.随着弱酸的Ka变小，突跃变小，Ka在10-9左右,突跃消逝;滴定条件：cKa10-8pH=7强碱滴定弱酸滴定曲线强碱滴定弱酸滴定曲线普通说来，当弱酸溶液的浓度c和弱酸的离解常数Ka的乘积cKa10-8时，滴定突跃有0.3pH单位,人眼可以区分出指示剂颜色的变化,滴定就可以直接进展。因此，cKa10-8 作为某种弱酸能否直接滴定的条件判别式，cKb10-8 作为某种弱碱能否直接滴定的条件判别式。3.强酸滴定强碱和弱碱用HCl 滴定 NaOH 和 NH3H2O 为例。滴定反响如下：OH HOH243NH HNH极弱酸的共轭碱是较强的弱碱，例如苯酚极弱酸的共轭碱是较强的弱碱，例如苯酚C6H5OH,其其pKa=9.95,属极弱的酸，但是它的共属极弱的酸，但是它的共轭碱苯酚钠轭碱苯酚钠C6H5ONa,其其pKb=4.05, 是较强的弱是较强的弱碱，显然能满足碱，显然能满足cKb10-8的要求，因此它可以用规范的要求，因此它可以用规范酸溶液直接滴定。酸溶液直接滴定。同理，极弱碱的共轭酸是较强的弱酸，例如苯胺同理，极弱碱的共轭酸是较