缓冲溶液的配置及原理

1、；常用缓冲溶液的配制&缓冲溶液原理（一）甘氨酸 -盐酸缓冲液（ 0.05 mol/L ）X 毫升 0.2 mol/L 甘氨酸 Y 毫升 0.2 mol/L HCl ，再加水稀释至200 毫升。pHXYpHXY2.25044.03.05011.42.45032.43.2508.22.65024.23.4506.42.85016.83.6505.0甘氨酸分子量 75.07。0.2 mol/L 甘氨酸溶液含 15.01 g/L。（二）邻苯二甲酸-盐酸缓冲液（0.05 mol/L ）X 毫升 0.2 mol/L 邻苯二甲酸氢钾Y毫升 0.2 mol/L HCl，再加水稀释至20 毫升。pH(2

2、0 )XYpH (20 )XY2.254.6703.251.4702.453.9603.450.9902.653.2952.650.5972.852.6423.850.2633.052.032邻苯二甲酸氢钾分子量204.23。0.2 mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液含 40.85 g/L。（三）磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液pH0.2 mol/L0.1 mol/LpH0.2 mol/L0.1 mol/LNa2HPO4 (mL) 柠檬酸 (mL)Na2HPO4 (mL) 柠檬酸 (mL)2.20.4019.605.210.729.282.41.2418.765.411.158.852.62.1817.82

3、5.611.608.402.83.1716.835.812.097.913.04.1115.896.012.637.373.24.9415.066.213.226.783.45.7014.306.413.856.153.66.4413.566.614.555.453.87.1012.906.815.454.554.07.7112.297.016.473.534.28.2811.727.217.392.614.48.8211.187.418.171.834.69.3510.657.618.731.274.89.8610.147.819.150.855.010.309.708.019.450.55

4、Na2HPO4 分子量 141.98；0.2 mol/L 溶液为 28.40 g/L 。Na2HPO4·2H2O 分子量 178.05；0.2 mol/L 溶液为 35.61 g/L 。Na2HPO4·12H2O 分子量 358.22； 0.2 mol/L 溶液为 71.64 g/L 。C6H8O7·H2O 分子量 210.14 ； 0.1 mol/L 溶液为 21.01 g/L 。（四）柠檬酸 -氢氧化钠 -盐酸缓冲液.；pH钠离子浓度柠檬酸 (g)氢氧化钠(g) 盐酸 (mL)最终体积(mol/L)C6H8O7·H2ONaOH 97HCl (浓 )(

5、L) 2.20.23.10.23.30.24.30.202108345105.30.3524514468105.80.45285186105106.50.3826615612610 使用时可以每升中加入1 克酚，若最后 pH 值有变化，再用少量50氢氧化钠溶液或浓盐酸调节，冰箱保存。（五）柠檬酸 -柠檬酸钠缓冲液（ 0.1 mol/L ）pH0.1 mol/L0.1 mol/L(mL) pH0.1 mol/L0.1 mol/L柠檬酸 (mL)柠檬酸钠柠檬酸 (mL)柠檬酸钠 (mL)3.018.61.45.08.211.83.217.22.85.27.312.73.416.04.05.46.4

6、13.63.614.95.15.65.514.53.814.06.05.84.715.34.013.16.96.03.816.24.212.37.76.22.817.24.411.48.66.42.018.04.610.39.76.61.418.64.89.210.8柠檬酸： C6H8O7·H2O 分子量 210.14； 0.1 mol/L 溶液为 21.01 g/L 。柠檬酸钠： Na3C6H5O7· 2H2O 分子量 294.12； 0.1 mol/L 溶液为 29.41 g/L。（六）醋酸 -醋酸钠缓冲液（0.2 mol/L ）pH0.2 mol/L0.2 mol/L

7、pH0.2 mol/L0.2 mol/L(18 )NaAc (mL)HAc (mL)(18 )NaAc (mL)HAc (mL)3.60.759.354.85.904.103.81.208.805.07.003.004.01.808.205.27.902.104.22.657.355.48.601.404.43.706.305.69.100.904.64.905.105.86.400.60NaAc·3H2O 分子量 136.09；0.2 mol/L溶液为 27.22 g/L。冰乙酸 11.8 mL 稀释至 1 （L 需标定）。（七）磷酸二氢钾 -氢氧化钠缓冲液（0.05 mol/L

8、）X 毫升 0.2 mol/L KH2PO4+Y 毫升 0.2 mol/L NaOH 加水稀释至20 毫升。pH (20 )X (mL)Y (mL)pH (20)X (mL)Y (mL)5.850.3727.052.9636.050.5707.253.500.；6.250.8607.453.9506.451.2607.654.2806.651.7807.854.5206.852.3658.054.680（八）磷酸盐缓冲液磷酸氢二钠 -磷酸二氢钠缓冲液（0.2 mol/L ）pH0.2 mol/L0.2 mol/LpH0.2 mol/L0.2 mol/LNa2HPO4 (mL) NaH2PO4

9、(mL)Na2HPO4 (mL) NaH2PO4 (mL)5.88.092.07.061.039.05.910.090.07.167.033.06.012.387.77.272.028.06.115.085.07.377.023.06.218.581.57.481.019.06.322.577.57.584.016.06.426.573.57.687.013.06.531.568.57.789.510.56.637.562.57.891.58.56.743.556.57.993.07.06.849.051.08.094.75.36.955.045.0Na2HPO4·2H2O 分子量

10、178.05；0.2 mol/L 溶液为 35.61 g/L 。Na2HPO4·12H2O 分子量 358.22； 0.2 mol/L 溶液为 71.64 g/L 。NaH2PO4·H2O 分子量 138.01；0.2 mol/L 溶液为 27.6 g/L 。NaH2PO4·2H2O 分子量 156.03；0.2 mol/L 溶液为 31.21 g/L 。（九）巴比妥纳-盐酸缓冲液pH0.04 mol/L0.2 mol/LPH0.04 mol/L0.2 mol/L巴比妥钠巴比妥钠（18）HCl (mL)（ 18）HCl (mL)(mL)(mL)6.810018.4

11、8.41005.217.010017.88.61003.827.210016.78.81002.527.410015.39.01001.657.610013.49.21001.137.810011.479.41000.708.01009.399.61000.358.21007.21巴比妥钠分子量206.18； 0.04 mol/L 溶液为 8.25 g/L 。（十） Tris-HCl缓冲液（ 0.05 mol/L ）50 毫升 0.1mol/L三羟甲基氨基甲烷（Tris）溶液与 X 毫升 0.1mol/L盐酸混匀并稀释至 100毫升。pH (25 )X (mL)pH (25)X (mL)7.1

12、045.78.1026.2.；7.2044.78.2022.97.3043.48.3019.97.4042.08.4017.27.5040.38.5014.77.6038.58.6012.47.7036.68.7010.37.8034.58.808.57.9032.08.907.08.0029.2Tris 分子量 121.14； 0.1 mol/L 溶液为 12.114 g/L。 Tris溶液可从空气中吸收二氧化碳，使用时注意将瓶盖严。（十一）、硼酸 -硼砂缓冲液(0.2 mol/L 硼酸根 )pH0.05 mol/L0.2 mol/LpH0.05 mol/L0.2 mol/L硼砂 (mL)硼

13、酸 (mL)硼砂 (mL)硼酸 (mL)7.41.09.08.23.56.57.61.58.58.44.55.57.82.08.08.76.04.08.03.07.09.08.02.0硼砂：Na2B4O7·10H2O 分子量 381.43；0.05 mol/L 溶液（等于 0.2 mol/L 硼酸根）含 19.07 g/L。硼酸： H3BO3 分子量 61.84；0.2 mol/L 的溶液为 12.37 g/L 。硼砂易失去结晶水，必须在带塞的瓶中保存。（十二）甘氨酸 -氢氧化钠缓冲液（ 0.05 mol/L ）X 毫升 0.2 mol/L 甘氨酸 Y 毫升 0.2 mol/L Na

14、OH 加水稀释至200 毫升。pHX (mL)Y (mL)pHX (mL)Y (mL)8.6504.09.65022.48.8506.09.85027.29.0508.8105032.09.25012.010.45038.69.45016.810.65045.5甘氨酸分子量75.07；0.2 mol/L 溶液含 15.01 g/L（十三）硼砂 -氢氧化纳缓冲液（ 0.05 mol/L硼酸根）X 毫升 0.05 mol/L 硼砂 Y 毫升 0.2 mol/L NaOH 加水稀释至200 毫升。pHX (mL)Y (mL)pHX (mL)Y (mL)9.3506.09.85034.09.45011

15、.010.05043.09.65023.010.15046.0硼砂 Na2B4O7·10H2O 分子量 381.43；0.05 mol/L 硼砂溶液（等于 0.2 mol/L 硼酸根）为 19.07g/L。（十四）碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液（0.1 mol/L ）(此缓冲液在Ca2、 Mg2 存在时不得使用).pH0.1 mol/L Na2CO30.1 mol/L NaHCO32037(mL)(mL).；9.168.77199.409.22289.519.40379.789.50469.909.725510.149.906410.2810.087310.5310.288210.8310.

16、5791Na2CO3·10H2O 分子量 286.2； 0.1 mol/L 溶液为 28.62 g/L。NaHCO3 分子量 84.0； 0.1 mol/L 溶液为 8.40 g/L 。=（2007年6月16日更新）=缓冲溶液的理论知识：一、缓冲溶液与缓冲作用原理（一）缓冲作用与缓冲溶液纯水在 25 时 PH 值为 7.0，但只要与空气接触一段时间，因为吸收二氧化碳而使PH值降到 5.5 左右。 1 滴浓盐酸（约 12.4mol ·L-1）加入 1 升纯水中，可使 H增加 5000 倍左右（由 1.0 ×10-7增至 5×10-4molL·-1

17、），若将 1 滴氢氧化钠溶液（ 12.4mol ·L-1）加到 1 升纯水中，PH 变化也有3 个单位。 可见纯水的PH 值因加入少量的强酸或强碱而发生很大变化。然而， 1 滴浓盐酸加入到 1 升 HOAc-NaOAc 混合溶液或 NaH2PO4-Na2HPO4 混合溶液中， H+ 的增加不到百分之一 （从 1.00 ×10-7增至 1.01 ×10-7molL·-1）,PH 值没有明显变化 .这种能对抗外来少量强酸强碱或稍加稀释不引起溶液PH 值发生明显变化的作用叫做缓冲作用;具有缓冲作用的溶液 ,叫做缓冲溶液。（二）缓冲溶液的组成缓冲溶液由足够浓度的

18、共轭酸碱对组成。 其中，能对抗外来强碱的称为共轭酸， 能对抗外来强酸的称为共轭碱， 这一对共轭酸碱通常称为缓冲对、 缓冲剂或缓冲系， 常见的缓冲对主要有三种类型。1弱酸及其对应的盐例如， HOAc-NaOAc（实际上是OAc-）； H2CO3-NaHCO3；H2C8H4O4-KHC8H4O4（邻苯二甲酸 -邻苯二甲酸氢钾） ； H3BO3-Na2B4O7（四硼酸钠水解后产生 H2BO-3）。2多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐，例如， NaHCO3-Na2CO3；NaH2PO4-Na2HPO4；NaH2C5HO7（柠檬酸二氢钠）-Na2HC6H5O7；KHC8H4O4-K2C8H4O4。3弱碱及

19、其对应的盐例如 NH3-NH+4CL-；RNH2-RNH+3A（-伯胺及其盐） ；Tris-TrisH+A-（三羟甲基烷及其盐） 。（三）缓冲溶液的作用原理现以 HOAc-NaOAc 缓冲溶液为例，说明缓冲溶液之所以能抵抗少量强酸或强碱使PH 稳定的原理。醋酸是弱酸，在溶液中的离解度很小，溶液中主要以HOAc分子形式存在，OAc-的浓度很低。醋酸钠是强电解质，在溶液中全部离解成Na+和 OAc-，由于同离子效应，加入 NaOAc 后使 HOAc 离解平衡向左移动，使 HOAc 的离解度减小， HOAc 增大。所以，在 HOAc-NaOAc 混合溶液中，存在着大量的 HOAc 和 OAc-。其中

20、 HOAc 主要来自共轭酸 HOAc，OAc-主要来自 NaOAc。这个溶液有一定的 H+，即有一定的 PH 值。.；在 HOAc-NaOAc 缓冲溶液中，存在着如下的化学平衡：在缓冲溶液中加入少量强酸（如HCL），则增加了溶液的H+。假设不发生其他反应，溶液的 PH值应该减小。 但是由于 H+增加，抗酸成分即共轭碱OAc-与增加的 H+结合成 HOAc，破坏了 HOAc 原有的离解平衡，使平衡左移即向生成共轭碱HOAc 分子的方向移动，直至建立新的平衡。 因为加入 H+较少，溶液中 OAc-浓度较大， 所以加入的 H+绝大部分转变成弱酸HOAc，因此溶液的 PH 值不发生明显的降低。在缓冲溶

21、液中加入少量强碱（如 NaOH），则增加了溶液中OH-的浓度。 假设不发生其他反应，溶液的PH 值应该增大。但由于溶液中的H+立即加入的OH-结合成更难离解的H2O，这就破坏了HOAc 原有的离解平衡，促使HOAc 的离解平衡向右移动，即不断向生成H+和OAc-的方向移动，直至加入的OH-绝大部分转变成H2O，建立新的平衡为止。因为加入的OH少，溶液中抗碱成分即共轭酸 HOAc 的浓度较大，因此溶液的 PH 值不发生明显升高。在溶液稍加稀释时，其中 H+虽然降低了，但 OAc-同时降低了，同离子效应减弱，促使 HOAc 的离解度增加，所产生的 H+可维持溶液的 PH 值不发生明显的变化。所以，

22、溶液具有抗酸、抗碱和抗稀释作用。多元酸的酸式盐及其对应的次级盐的作用原理与前面讨论的相似。例如，在NaH2PO4-Na2HPO4溶液中存在着离解平衡：HPO2-4 是抗酸成分，通过平衡移能对抗外加酸的影响。H2PO2-4 是抗碱成分，通过平衡右移能对抗外加碱的影响。弱碱及其对应盐的缓冲作用原理，例如，NH3-NH4CL（即 NH3-NH+4）溶液中， NH3 能对抗外加酸的影响是抗酸成分，NH+4 能对抗外加碱的影响是抗碱成分。前者通过下述平衡向右移动而抗酸，后者通过平衡向左移动而抗碱，从而使溶液的PH 值稳定。二、缓冲溶液PH的计算（一）亨德森方程式在缓冲溶液例如HOAc NaOAc 溶液中

23、，有以下的离解平衡：等式两边各取负对数，则即HOAc 的离解度比较小， 由于溶液中大量的OAc-对 HOAc所产生的同离子效应，使 HOAc的离解度变得更小。因此上式中的HOAc可以看作等于HOAc 的总浓度 共轭酸 （即缓冲溶液中共轭酸的浓度） 。同时，在溶液中NaOAc 全部离解，可以认为溶液中OAc-等于 NaOAc的总浓度 共轭碱 （即配制的缓冲溶液中共轭碱的浓度） 。将 共轭酸 和 共轭碱 代入上式，则得.；（ 3-11)上式称为亨德森 -哈塞尔巴赫方程式，简称为亨德森（ Henderson ）方程式。它表明缓冲溶液的PH 值决定于共轭酸的离解常数Ka 和组成缓冲溶液的共轭碱与共轭酸

24、浓度的比值。对于一定的共轭酸，PKa 为定值，所以缓冲溶液的PH 就决定于两者浓度的比值即缓冲比。当缓冲溶液加水稀释时，由于共轭碱和共轭酸的浓度受到同等程度的稀释，缓冲比是不变的；在一定的稀释度范围内，缓冲溶液的PH 值实际上也几乎不变。式 (3-11)中的浓度项指的是混合溶液中共轭酸碱的浓度,而不是混合前的浓度.若混合前共轭酸的量浓度是c 酸 ,体积是 V 酸 ,共轭碱的量浓度是c 碱 ,体积是 V 碱 ,则式 (3-11)可改写成：（ 3-12）若两种溶液的量浓度相等，则（ 3-13）若是等体积的两溶液相混合，则（ 3-14）以上几种形式都称为亨德森方程式，可用以计算各种组成类型缓冲溶液的

25、PH 近似值。当用于弱酸及其对应的盐组成的缓冲溶液的PH 值时， PKa 即弱酸的离解常数负对数（见书后附表）， 共轭碱 即 弱酸盐 。当用于多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐组成缓冲溶液的 PH 值时，共轭酸即酸式盐， pKa 即该酸式盐负离子的离解常数的负对数，共轭碱即该酸式盐的次级盐。例如， NaHCO3Na2CO3 缓冲溶液的 PH 值：（ 3-15）式中 PKa即 H2CO3的 PKa2。同样， NaH2PO4 Na2HPO4 缓冲溶液的PH 值：（ 3-16）式中 PKa为 H3PO4 的 PKa2。弱碱和它的共轭酸缓冲溶液的PH 值也可根据式（3-11 ）计算。（二）缓冲溶液PH

26、值计算举例例 5 0.1mol.L-1 的 HOAc500mL 与 0.2mol.L-1 的 NaOAc250mL 配成缓冲溶液，计算溶液的 pH 值。解：把所给条件代入式（ 3-11），由书后附表查得 HOAc 的 pKa=4.75，则得：例 6 将 0.3mol.L-1HOAc 溶液 10mL 与 0.1mol.L-1NaOH 溶液 10mL 混合后制成缓冲溶液，试计算这个溶液的 pH 值（ 2.5时， HOAc 时 pKa=4.75)。从反应看出HOAc有 1/3 被 OH-中和，生成OAc-和 H2O，溶液的总体积为20mL。.；例 7 H2PO2-4 已知的 pKa=7.21，求浓度

27、为 0.100mol.L-1 、 pH7.40 的磷酸盐缓冲溶液的缓冲比以及共轭碱 HPO2-4 和共轭酸 H2PO2-4 的浓度。解：设 H2PO2-4为mol.-L1,因缓冲溶液的总浓度（共轭酸浓度+共轭碱浓度）为已c=0.100mol.L-1, 故 H2PO2-4=（ 0.100-）mol.L-1根据式（ 3-11）或式（ 3-14）：缓冲比为 =0.061,HPO2-4=0.061mol.L-10.100- =0.100-0.061=0.039, H2PO2-4=0.039mol.L-1三、缓冲容量与缓冲范围（一）缓冲容量缓冲能力的强弱，可用缓冲容量表示。缓冲容量也叫缓冲值或缓冲指数。

28、如图 3-1 所示，对任何一种缓冲溶液的每一个PH 值，都有其相应的缓冲量。缓冲容量实际上是一个微分比，可定义为：使1 升缓冲溶液的PH 值增高很小一个数值dPH 时，需加入的强碱物质的量为db，则 db 与 dPH 之比值叫缓冲容量，用数学式表示为=db/dPH缓冲mol ·L 1·PH 1。如总浓度（即共轭酸与共轭碱浓度之和）为0.100mol L· 1PH4.45 的HOAc-NaOAc 缓冲溶液 (即醋酸缓冲溶液)的缓冲容量为0.051(mol L·1·PH 1)。图 3-1 醋酸缓冲溶液在不同缓冲比时的缓冲容量在实际工作中，我们可以通

29、过测量加入强碱的增量b（或加入强酸，相对于减少强碱量-b），同时测量相应的PH 值的增量PH（或加入强酸，PH 减小， -PH），从两者比值求得 。因此缓冲容量在数值上等于使1 毫升缓冲溶液的PH 值改变 1 个单位时所必须加入的强碱或强酸的物质的量（通常单位用毫摩）。（ 3-17）加入碱 b以后，溶液PH值增大，加入酸以后（相当于减去b），溶液 PH 值减小，所以 总是正值。（二）影响缓冲容量的因素缓冲容量的大小与缓冲溶液的缓冲比和总浓度有关。设m 和 n 分别为缓冲比中共轭酸和共轭碱的数值，即共轭碱 ： 共轭酸 =n： m， c 总为总浓度，用下式可计算缓冲容量：或 =2.30 ×

30、;共轭酸 ×共轭碱 / c 总 (3-18)从式 (3-18) 及图3-1 可以看出 ,缓冲溶液的缓冲容量取决于缓冲溶液的总浓度及缓冲比.可得出如下结论：1当缓冲溶液的缓冲比一定时，溶液的PH 值也一定。缓冲溶液的缓冲容量取决于缓冲溶液的总浓度和缓冲比的比值。2当缓冲溶液的PH 值一定时，即缓冲比垢比值一定时，缓冲溶液的总浓度越大，则加入少量强酸或强碱所引起缓冲比的比值变化越小，PH 改变越小， 缓冲容量就越大。图 3-1表示两种总浓度都一定的醋酸缓冲溶液的 分别随缓冲比和PH 改变的情况。总浓度为.；0.1mol L·1 和 0.05 mol L· 1 的醋酸缓

31、冲溶液,当缓冲比为1:1 时，PH 为 4.75，分别为 0.0575和 0.0288（ mol·L 1·PH1），总浓度大的溶液缓冲容量较大。从式（ 3-18）也可见，当缓冲比一定即 m 和 n 的数值一定时， 与缓冲溶液的总浓度成正比。 总浓度一般在 0.05-0.20mol L·1 范围内。3当缓冲溶液的总浓度一定时，它的缓冲容量以缓冲比等于1（即 共轭碱 = 共轭酸 ）时为最大。 这时溶液的PH=PKa。当溶液的缓冲比与1 偏离愈远， 则 PH 值与 PKa的偏差也随着增大，溶液的缓冲容量也随着减小。当溶液的缓冲比大于10/1 或小于 1/10 时，则溶液

32、的缓冲容量极小，一般认为没有缓冲能力。从图3-1 看出，对总浓度一定的缓冲溶液来说，当缓冲比愈接近于1： 1，缓冲容量愈大；当缓冲比等于1： 1，即缓冲溶液的PH 值等于PKa时，缓冲容量达极大值（极大）。当 m=n=1 ，式（ 3-18）成为极大 =2.30 ×1/2×1/2×极大 =0.575 极大（ 3-19）4由足够浓度的共轭酸碱对组成的溶液，只能在一定的PH 值范围内发挥有效的缓冲作用。这个能发挥有效缓冲作用的PH 范围，叫缓冲范围。当缓冲比为1/10 时， PH=PKa-1；当缓冲比为 10/1 时， PH=PKa+1。故缓冲范围 PH 值大致在 PK

33、a-1至 PKa+1约两个 PH单位范围内，即在PH= PKa± 1的近似范围内，才能表现出缓冲作用。而且同一溶液在不同的PH值时，缓冲容量也不相同。从图3-1，缓冲超出此范围时，值很小（ 0.01），已无缓冲作用。5不同缓冲对所组成的缓冲溶液，由于共轭酸的PKa 值不同，因此它们的缓冲范围也各不相同（表3-6）。例 8 将 0.20mol.L-1NaOH 溶液 0.15mL 加入 10mLpH 值为 4.73 的缓冲溶液中，缓站溶液的 pH 值变为 4.78，试求此缓冲溶液的缓冲容量。解：每毫升缓冲溶液中加入NaOH 的毫摩尔数b=0.20*0.15 /10pH=4.78-4.73

34、表 3 6几种常用缓冲溶液中共轭酸的PKa及缓冲范围缓冲溶液的组成共轭酸的 PKa 缓冲范 围H2C8H4O4（ 邻 苯 二 甲 酸 ） -NaOH( 即H2C8H4O-4-HC8H4O-4) 2.89(PKa1) 2.2 4.0KHC8H4O4( )- NaOH(邻苯二甲酸氢钾)（即 HC8C4O-4-C8H4O2-4) 5.41(PKa2) 4.05.8 HOAc-NaOH(即 HOAc-OAc-) 4.75 3.7 5.6 KH2PO4-Na2HPO4 7.21(PKa2) 5.8 8.0 Htris+-Tris三（羟甲基）氨基甲烷 -HCL 8.21 7.1 8.9 H3BO3- NaOH(即 H3BO3-H2BO-3) 9.14(PKa1) 8.0 10.0NaHCO3-Na2CO3(即 HCO-3-CO2-3) 10.25(PKa2) 9.2 11.0例 9 （ 1）求 0.100mol.L-1 醋酸缓冲溶液的缓冲容量极大值； （ 2）已知醋酸的 pK=4.75，求 0.100mol.L-1pH4.45 的醋酸缓冲溶液的缓冲容量。解：（1 ）当缓冲溶液的缓冲比为1：1，即m=1 和 n=1 时，缓冲容量达