化学第3章缓冲溶液

1、3.4.1 缓冲溶液的定义与种类缓冲溶液的定义与种类3.4.2 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH计算计算3.4.3 缓冲容量、缓冲指数、及有效缓冲范围缓冲容量、缓冲指数、及有效缓冲范围3.4.4 缓冲溶液的选择缓冲溶液的选择3.4.5 标准缓冲溶液标准缓冲溶液定义定义缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。pHpH缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。分类分类1.1.浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。2.2.浓度较大的强酸或强碱。浓度较大的强酸或强碱。由由Ca mol/L HB 和和Cb mol

2、/L B- 构成的共轭酸碱平衡：构成的共轭酸碱平衡：BHHBH+BHHBOH-使使pH稳定在一个较窄的范围。稳定在一个较窄的范围。 高浓度强酸强碱则是因为本身浓度大对少量的酸或碱的高浓度强酸强碱则是因为本身浓度大对少量的酸或碱的加入不敏感而达到稳定加入不敏感而达到稳定pH pH 值的作用的。值的作用的。HBB- + H+ 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 mL of Water pH a) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 mL of Water pH b) Plots of pH vs. mL of water added to

3、 (a ) 0.500 mL of 0.100 mol . L-1 HCl and (b) 0.500 mL of a solution 0.100 mol . L-1 in both HAc and NaAc.对溶液稀释过程对溶液稀释过程pHpH变化的控制变化的控制HClNaAc-HAc3.4.2 3.4.2 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH计算计算设设C Ca a mol/L HB mol/L HB 和和C Cb b mol/L B mol/L B- - 构成的缓冲溶液：构成的缓冲溶液：参考水准：参考水准： H2O, HBPBEPBEbC-BOHHOH-HBHaC参考水准：参考水准： H2O,

4、 B-OH- HBbCOHHHBaCOH- HOHHBHBHbaaaCCKK精确式精确式简化简化1.pH 8OH-OHHbaaCCK）（OH-H20),OH20(H 3.baCCbaaCCKHabaCCKlgppH最简式最简式解：解：首先进行体系分析，首先进行体系分析，0.10 mol/L NH4HF20.10 mol/L NH4F + 0.10 mol/L HF体系中的酸体系中的酸: : NHNH4 4+ +，HFHF；体系中的碱：体系中的碱：F F- -17. 3HF)(p25. 9)NH(pa4aKK构成缓冲体系构成缓冲体系17. 310. 010. 0lg17. 3lgppHabaCC

5、K对缓冲体系对缓冲体系 ，若共轭酸碱对的浓度相差不，若共轭酸碱对的浓度相差不大，大，pH pH p pK Ka a ，可由此估计，可由此估计HH+ + 和和OHOH- - ，并依此判断该，并依此判断该用近似式、最简式或精确式。用近似式、最简式或精确式。AHHA例题例题 求求0.10 mol/L NH4HF2 溶液的溶液的pH。HFF- + H+OH-HOHHHbaaCCK什么情况下可用最简式？什么情况下可用最简式？3.4.3 3.4.3 缓冲容量、缓冲指数与有效缓冲范围缓冲容量、缓冲指数与有效缓冲范围buffer capacity buffer index buffer intensity b

6、uffer value 缓冲容量缓冲容量 是指缓冲溶液抵御是指缓冲溶液抵御pHpH值变化的能力。值变化的能力。定义为定义为dpHddpHdabBHHBOH-pHBHHBH+pH式中式中a a与与b b分别代表加入的强酸或强碱的浓度。分别代表加入的强酸或强碱的浓度。 缓冲容量是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变缓冲容量是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变化时，缓冲容量也发生变化。化时，缓冲容量也发生变化。例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。影响缓冲容量的因素讨论：影响缓冲容量的因素讨论：)(HAOHH 设一缓冲体系（设一

7、缓冲体系（HANaAHANaA）由）由c cHAHAmol/L HA mol/L HA 和和 c cA A mol/L mol/L 的的NaANaA构成，总浓度构成，总浓度c c= = c cHAHA + + c cA A。若以。若以HAHA和和H H2 2O O为参考水准：为参考水准：PBE：A-AOHHc若在该体系加入强碱，并使强碱的浓度为若在该体系加入强碱，并使强碱的浓度为b b，PBE：bcA-AOHH)H(HOHH3 .2dpHd2aaKcKb推导过程推导过程2HA)H(H3 . 2aaKcK推推 导导 过过 程程AA-HH- AOHHcHKcKKcbaawdH)(H1d22）（HK

8、cKKbaawPBE：bcA-AOHH2.3HdH)Hlg(ddpH)H(HOHH3 . 2dpHd2aaKcKb影响缓冲容量的因素的讨论影响缓冲容量的因素的讨论(2)(2)(HAOHH2HA)H(H3 . 2aaKcKaKHc575.0maxAHAHA3 .2cC有效缓冲范围：有效缓冲范围：pKa 110HAA1 .0 HAc Ac pKa = 4.76pKa 1分布分数或缓冲指数结论：影响缓冲溶液缓结论：影响缓冲溶液缓冲指数大小的因素为共冲指数大小的因素为共轭酸碱对的分布分数和轭酸碱对的分布分数和缓冲溶液的总浓度。缓冲溶液的总浓度。有效缓冲范围有效缓冲范围1）HF-F-，pKa = 3.1

9、7缓冲体系缓冲体系2.17 4.172）HAc-Ac-， pKa = 4.763.76 5.763）H2PO4-HPO42-，pKa2 = 7.216.21 8.214）Na2B4O7， pKa = 9.188.18 10.185）NH3-NH4+， pKa = 9.258.25 10.2533322274BO2HBO2HO5HOB0.00.20.40.60.81.002468101214pH缓冲容量缓冲指数缓冲指数分布图缓冲指数分布图1）HF-F-，pKa = 3.172）HAc-Ac-， pKa = 4.76C = 1.0 mol/LC = 0.5 mol/LC = 0.2 mol/L3）

10、H2PO4-HPO42-， pKa2 = 7.214）Na2B4O7， pKa = 9.185）NH3-NH4+， pKa = 9.246）强酸区）强酸区pKa =3.17pKa = 4.76pKa2 = 7.21pKa = 9.18pKa = 9.247）强碱区）强碱区问题问题1：其它缓冲体系的总浓度？：其它缓冲体系的总浓度？问题问题2：同浓度不同：同浓度不同p pK Ka a的弱酸弱的弱酸弱碱缓冲体系的异同？碱缓冲体系的异同？缓冲指数分布图缓冲指数分布图H3PO4 pKa1 = 2.16， pKa2 = 7.21 , pKa3 = 12.32 0.00.10.20.30.40.50.602

11、468101214pH缓冲容量缓冲指数问题：如何配制全域问题：如何配制全域pH缓冲溶液缓冲溶液(系列）？系列）？缓冲溶液的计算缓冲溶液的计算 欲将欲将pH值控制在某个范围内（值控制在某个范围内（pH），缓冲溶液所能），缓冲溶液所能容纳外加的强酸或强碱的浓度（容纳外加的强酸或强碱的浓度（a或或b）的计算：）的计算：)H1H1(AA12A12aaaKKcKcb例例 1 50 mL由由0.10 mol L-1 NH3和和0.10 mol L-1 NH4Cl按体积按体积比比3：1的比例配成的缓冲溶液，当其的比例配成的缓冲溶液，当其pH由由9.73改变到改变到8.73时能容纳多少盐酸？（时能容纳多少盐酸

12、？（pKa = 9.25）b0为加入强碱，为加入强碱， b0为加入强酸为加入强酸题解题解 0.052 mol/L题题 解解解：解：)/(052. 0)1010110101(1010. 0)H1H1(73. 925. 973. 825. 925. 912ALmolKKcKcbaaa例例2由由0.10 mol L-1 NH3和和0.10mol L-1 NH4Cl按体积比按体积比3：1的比的比例配成的缓冲溶液，其缓冲指数为多少？例配成的缓冲溶液，其缓冲指数为多少？ （pKa = 9.25）题解题解 = 0.043 molL-1用用0.02000 mol L-1 EDTA滴定滴定25.00mL浓度为浓

13、度为0.02000 mol L-1 的的Zn2+溶液，欲加入溶液，欲加入10 mL pH = 5.0 HAc-NaAc缓冲缓冲溶液（溶液（pKa = 4.74），为使滴定前后的），为使滴定前后的pH改变不超过改变不超过0.3个单位，应配制总浓度为多大的缓冲溶液？个单位，应配制总浓度为多大的缓冲溶液？例例3题解题解 c0 = 0.78 mol L-1H2Y2- + Zn2+ZnY2- + 2H2+43NHNH303. 2c题题 解解解：解：43NHNH303. 2c73. 913lg25. 9NHNHlgppH43aK2)(303.2HKHKcaa题题 解解0167. 00 .6020 .250

14、200. 0b192.0)1010110101(10)H1H1(00.574.477.474.474.412AaaaKKKLmolbcAc/78. 06129. 00167. 060 所控制的所控制的pHpH应尽量与应尽量与p pK Ka a一致，且浓度较大。一致，且浓度较大。 缓冲溶液应对体系的反应无干扰。缓冲溶液应对体系的反应无干扰。 标准缓冲溶液是用来校准标准缓冲溶液是用来校准pHpH用的，它的用的，它的pHpH值是经值是经过实验准确测定的。过实验准确测定的。 如果要用计算来求得某种标准缓冲溶液的如果要用计算来求得某种标准缓冲溶液的pHpH，必，必须校准离子强度的影响须校准离子强度的影响

15、讨论讨论某溶液中含某溶液中含HAc、NaAc 和和Na2C2O4，其浓度分别为，其浓度分别为0.80、0.29和和1.0 10-4 mol/L。计算此溶液中。计算此溶液中C2O42-的平衡浓度。的平衡浓度。体系分析体系分析碱：碱：Ac-， C2O42-，OH-, HC2O4-酸：酸：HAc，H+, HC2O4-, H2C2O4缓冲溶液体系AcHAc3.5 3.5 酸碱指示剂酸碱指示剂3.5.1 3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围酸碱指示剂的作用原理及变色范围3.5.2 3.5.2 影响指示剂变色范围的各种因素影响指示剂变色范围的各种因素3.5.3 3.5.3 混合指示剂混合指示剂3.5

16、.1 3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围酸碱指示剂的作用原理及变色范围OH-H+pKa = 3.4(CH3)2NNNHSO3-+(CH3)2NNNSO3-甲基橙甲基橙酚酞酚酞 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。式具有明显不同的颜色。COHOHCOO-HOOH-H+pKa = 9.1CCOO-OO-3.5.1 3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围酸碱指示剂的作用原理及变色范围HInInHaKHHInInaK作用原理作用原理indicator作用于人眼的颜色由作用于人眼的颜色由 确定，而确定，而 又由

17、又由 确定，确定，因此可由颜色的变化判断因此可由颜色的变化判断H+的变化，确定滴定的终点。的变化，确定滴定的终点。HInInHInInHaKapK InHHIn碱色碱色酸色酸色指示剂指示剂颜颜 色色p pK Ka apTpT变色范围变色范围酸色酸色过度过度碱色碱色甲基橙甲基橙红红橙橙3.44.03.14.4甲基红甲基红红红橙橙5.25.24.46.2酚酚 酞酞无色无色粉红粉红红红9.18.09.6指示剂变色范围指示剂变色范围理论变色点：理论变色点：pKa滴定指数：滴定指数：pT理论变色范围理论变色范围pKa 110HInIn1 . 0甲基橙指示剂的变色范围示意图甲基橙指示剂的变色范围示意图HInInv指示剂的用量指示剂的用量v温度的影响温度的影响对对Ka的影响的影响v离子强度的影响离子强度的影响Ka与与Kac的差别增大的差别增大v溶剂的影响溶剂的影响 双色指示剂双色指示剂例如甲基橙例如甲基橙受影响。即变色点和变色范围不也确定，一定，HInInH 但酸碱指示剂本身具有酸碱性质，也会与滴定剂作用，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。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 3.5.2 影响指示剂变色范围的各种因素影响指示剂变色范围的各种因素HHInIna