《大学化学教学》3缓冲溶液

1、编辑ppt1编辑ppt2教学要求教学要求编辑ppt3编辑ppt4编辑ppt5编辑ppt6编辑ppt7编辑ppt8HAc+H2OH3O+ + Ac-NaAcNa+ + Ac-这种溶液有两个特点：这种溶液有两个特点： 存在着存在着HAcHAc一一可逆过程，可逆过程，处在处在动态平衡动态平衡之中之中。HAc和和Ac一一是以解离平衡互相联系地存在于溶液中。是以解离平衡互相联系地存在于溶液中。 由于由于大量大量Ac（来自（来自NaAc）存在存在，对，对HAc产生同离子效产生同离子效应，抑制了应，抑制了HAc的解离，使平衡向生成的解离，使平衡向生成HAc的方向移动，的方向移动，溶液中溶液中也存在大量的也存

2、在大量的HAc。即HAc分子多，分子多，Ac-离子多，离子多，H3O+少。少。编辑ppt在在HAcNaAc缓冲溶液中缓冲溶液中 HAc H+ + Ac NaAc Na+ + Ac 酸的影响：酸的影响： 当加入少量强酸当加入少量强酸(H+)时，强酸电离出来的时，强酸电离出来的H+就就与与Ac一一结合生成结合生成HAc。由于溶液中。由于溶液中Ac较高，较高，加入强酸的量相对较少，加入的酸几乎全部被加入强酸的量相对较少，加入的酸几乎全部被Ac结合，当新平衡时，结合，当新平衡时，Ac-略有减少，略有减少， HAc略有增加，溶液中略有增加，溶液中H+几乎没有改变。几乎没有改变。编辑ppt 碱的影响碱的影

3、响 当加入少量强碱当加入少量强碱(OH)时时， OH一一就会与就会与H结合生成结合生成H2O。当溶液中。当溶液中H+的稍有降低时，的稍有降低时，溶液中溶液中HAc 又立即电离出又立即电离出H来补充，当新平来补充，当新平衡时，衡时，HAc略有减少，略有减少， Ac略有增加，溶液略有增加，溶液的的PH值几乎不变。值几乎不变。在在HAcNaAc缓冲溶液中缓冲溶液中 HAc H+ + Ac NaAc Na+ + Ac 编辑pptn因此，缓冲溶液中的因此，缓冲溶液中的H或或pH值，不至于因值，不至于因外加少量的强酸、强碱而发生明显改变。外加少量的强酸、强碱而发生明显改变。n缓冲溶液具有缓冲作用，是缓冲溶

4、液具有缓冲作用，是由于缓冲溶液中同由于缓冲溶液中同时含有抗酸、抗碱成分时含有抗酸、抗碱成分，可对抗并消耗掉外来，可对抗并消耗掉外来的少量强酸、强碱，使溶液的的少量强酸、强碱，使溶液的H和和OH未未有明显的变化。有明显的变化。2.2.抗酸成分、抗碱成分抗酸成分、抗碱成分 共轭碱发挥抵抗外来强酸的作用共轭碱发挥抵抗外来强酸的作用，故称之为缓，故称之为缓冲溶液的冲溶液的抗酸成分抗酸成分。如：溶液中的。如：溶液中的Ac一一 共轭酸发挥抵抗外来强碱的作用共轭酸发挥抵抗外来强碱的作用，故称之为缓，故称之为缓冲溶液的冲溶液的抗碱成分抗碱成分。如：溶液中的。如：溶液中的HAc编辑ppt由于缓冲体系中存在着弱酸

5、（或弱由于缓冲体系中存在着弱酸（或弱碱）的离解平衡，且共轭酸碱的浓碱）的离解平衡，且共轭酸碱的浓度都是较大的，因此加入度都是较大的，因此加入H+或或OH时，只是使平衡发生了移动。当重时，只是使平衡发生了移动。当重新建立平衡时，体系中的新建立平衡时，体系中的H+量并无量并无明显变化，从而保持体系的明显变化，从而保持体系的pH值相值相对稳定。对稳定。总结：总结：编辑ppt13HB + H2O H3O+ + B-NaBNa+ + B-3BHBKaOH等式两边各取负对数得：等式两边各取负对数得：lglg共轭酸共轭碱pKaHBBpKapH亨德森亨德森- -哈塞尔巴赫（哈塞尔巴赫（Henderson-Ha

6、sselbalchHenderson-Hasselbalch）方程式）方程式HBBOHKa3编辑ppt14lgHBBpKapHHB = c（HB） c （HB）c（HB）B- = c（NaB）+ c （HB）c（B-）所以，计算公式可表示为：所以，计算公式可表示为：)()(lgHBcBcpKapH编辑ppt15）（）（）（）（HBnBnpKaVHBnVBnpKapHlg/lg)()(lg)()()()(lgHBVBVpKaHBVHBcBVBcpKapH编辑ppt16编辑ppt17 解：缓冲系为解：缓冲系为NH4+ NH3， pKa（NH4+）)()(lg43NHnNHnpKapHmlLmolm

7、lLmol15/20. 020/10. 0lg25. 9=9.25 =9.25 编辑ppt18lglg共轭酸共轭碱pKaHBBpKapHHBB)HB(HB)B(B)HB()B(pHpHp pK Ka a+ lg =p+ lg =pK Ka a+lg +lg+lg +lg以以HBHB和和B B- -的活度替代它们的平衡浓度，则的活度替代它们的平衡浓度，则 编辑ppt19defdna(b)VdpH编辑ppt20 由微分式可导出由微分式可导出 与与 c总总 及及 B-、HB 的关系：的关系：defdna(b)VdpH= 2.303HBB-/c总总 由此表明：由此表明： 随随c c总总 及及 BB-

8、- 、HB HB 的改变而改变。的改变而改变。由于由于BB- - 及及HB HB 决定缓冲比，影响缓冲溶液的决定缓冲比，影响缓冲溶液的pHpH，所以所以。编辑ppt21图图4-1 缓冲容量与缓冲容量与pH的关系的关系（1）；）； （2）0.10mol/L HAc+NaOH；（3）0.20mol/L HAc+NaOH； （4）2PO4+NaOH；（5）2BO3+NaOH；（；（6）。）。编辑ppt22 2. 由弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液，如由弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液，如曲线曲线（2）（5），当总浓度一定时，缓冲容量是随着缓，当总浓度一定时，缓冲容量是随着缓冲比的变化而变化的。这种变化关系可

9、看以下表冲比的变化而变化的。这种变化关系可看以下表4-4所列实例。所列实例。编辑ppt23表表4-4 缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量缓冲容量 Ac- mol/L HAc mol/L缓冲比缓冲比总浓度总浓度 mol/L 缓冲容量缓冲容量 mol/LpH 0.095 0.00519:10.100.0109 0.090 0.0109:10.100.0207 0.050 0.0501:10.100.0576 0.010 0.0901:90.100.0207 0.005 0.0951:190.100.0109 表中数据表明：表中数据表明：同一缓冲系的缓冲溶液，同一缓冲系的缓冲溶液，

10、缓冲缓冲比越接近比越接近1 1，缓冲容量越大，缓冲容量越大；缓冲比偏离；缓冲比偏离1 1越远，缓越远，缓冲容量越小。冲容量越小。缓冲比等于缓冲比等于1 1（pH=pKapH=pKa）时，缓冲）时，缓冲容量最大容量最大，用，用最大最大表示，如（表示，如（2 2）（5 5）等曲线）等曲线的极大值。的极大值。编辑ppt24 = 2.303HBB-/c总总 c总总一定时，一定时， HB增大，增大， B-减小，反之，减小，反之， HB减小，减小， B-增大。当增大。当HB = B-= c总总/2时，时， HBB-取得最大值。取得最大值。 将将HB = B-= c总总/2代入上式，代入上式，得最大缓冲容量

11、计算公式。得最大缓冲容量计算公式。 最大最大 = 2.303 （ c总总/2） （ c总总/2）/ c总总 = 0.576 c总总编辑ppt25编辑ppt26 解解：)()(lgHAccAccpKapH)()(lg76. 445. 4HAccAcc31. 0)()(lgHAccAcc50. 0)()(HAccAcc 同时有同时有c（HAc）+ c（Ac-），解二元一次方程组得：），解二元一次方程组得： c（HAc）；）； c（Ac-）。）。（mol/LpH）编辑ppt27 当缓冲比大于当缓冲比大于10:1或小于或小于1:10时，可以认为缓冲时，可以认为缓冲溶液已基本失去缓冲作用的能力，如图溶液

12、已基本失去缓冲作用的能力，如图4-1中，曲线中，曲线（2）、（）、（3）、（）、（4）、（）、（5）的两翼降的很低处；）的两翼降的很低处；编辑ppt28编辑ppt29一般总浓度在范围内。一般总浓度在范围内。 4. 4.按计算结果，分别量取体积为按计算结果，分别量取体积为V V（HBHB）的）的HBHB溶液和溶液和V V（B B- -）的）的B B- -溶液相混合，即得溶液相混合，即得V V体积体积的所需的所需pHpH近似的缓冲溶液。近似的缓冲溶液。编辑ppt30 解：（解：（1）选缓冲系）选缓冲系 由于由于HAc的的pK，与接近，与接近，所以选用所以选用HAc-NaAc缓冲系。缓冲系。 （2）

13、确定总浓度）确定总浓度 根据要求具备中等缓冲能力，并根据要求具备中等缓冲能力，并考虑计算方便，选用的考虑计算方便，选用的HAc和和NaAc溶液配制。溶液配制。 （3）计算所需的）计算所需的HAc和和NaAc溶液的体积。溶液的体积。)()(lgHAcVAcVpKapHmlVVml)100(lg76. 400. 524. 076. 400. 5100lgVV74. 1100VVV = 64ml， 100ml-64ml = 36ml混合即得混合即得100mlpH为的缓冲溶液。为的缓冲溶液。编辑ppt31 例例 用中和丙酸（用用中和丙酸（用HPrHPr代表）的方法，如何配制代表）的方法，如何配制100

14、0ml1000ml总浓度为，的缓冲溶液。（已知丙酸的）总浓度为，的缓冲溶液。（已知丙酸的）解：（解：（1）需丙酸溶液的体积）需丙酸溶液的体积用用NaOH中和部分丙酸生成丙酸钠的反应为：中和部分丙酸生成丙酸钠的反应为： HPr + NaOH = NaPr + H2O1mol 1mol 1mol设：需溶液为设：需溶液为 Xml，则：，则： 0.100mol/L1000ml = 1.00mol/L Xml Xml = 100ml编辑ppt32 （2）需）需NaOH溶液的体积溶液的体积 缓冲溶液的总浓度为，所以缓冲溶液的总浓度为，所以HPr和和NaPr在溶液中的浓在溶液中的浓度有如下关系：度有如下关系

15、：c（HPr）+ c（NaPr）c（HPr）（）（NaPr）已知已知HPr的的pK，Pr)(/100. 0Pr)(lg86. 400. 5NacLmolNac14. 0Pr)(/100. 0Pr)(lgNacLmolNac38. 1Pr)(/100. 0Pr)(NacLmolNacc（NaPr）编辑ppt33丙酸钠在缓冲溶液中的物质的量为：丙酸钠在缓冲溶液中的物质的量为：n（NaPr）= 0.0580mol/L1000ml由上面的中和反应知道：生成由上面的中和反应知道：生成1mol的的NaPr需要需要1mol的的NaOH。设：需的体积为设：需的体积为yml，则有，则有 0.0580mol/L1000ml = 1.00mol/Lyml 按计算结果，量取丙酸溶液按计算结果，量取丙酸溶液100ml和溶液混合，并用水稀释和溶液混合，并用水稀释至至1000ml，即得总浓度为为的丙酸缓冲溶液。，即得总浓度为为的丙酸缓冲溶液。编辑ppt34溶溶 液液浓度浓度/（mol/L）pH（25C）酒石酸氢钾酒石酸氢钾（KHC4H4O6）饱和，饱和， 25C3.557邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4）0.054.008KH2PO4Na2HPO40.025，0.0256.865KH2PO4Na2HPO40.008695，0.03043 7.413 硼硼 砂砂（Na2B4O710H2O）0