第五节-缓冲溶液课件

§6-2.缓冲溶液一、缓冲作用原理

实验：

原液：

pH=7pH=4.75pH=9.25

加甲基橙：黄色

黄色

黄色

分别加少量酸

[H+]=0.01mol•l－1

pH=2红色

pH=4.66黄色

pH=9.16黄色

分别加少量碱

[OH―]=0.01mol•l－1

pH=12黄色pH=4.84黄色pH=9.34黄色1§6-2.缓冲溶液1

pH变化值：△pH=±5+0.09+0.09

试验结果：

结果偏差大

结果不表现明显偏差

分析上述实验现象获得下列化学信息

1、定义：缓冲溶液指能够抵抗少量酸、碱或加水稀释，而本身pH值基本保持不变的溶液。

2、组成：由弱酸及其盐(共轭碱)或弱碱及其盐(共轭酸)组成。（有的书称之为“缓冲对”）例：HAc—NaAc，NH3—NH4Cl，NaH2PO4—Na2HPO4等。

2pH变化值：△pH=±5+

3、缓冲溶液的类型

酸型碱型两性型组成:弱酸—弱酸盐弱碱—弱碱盐高酸度盐—低酸度盐实例HAc-NaAcNH3H2O-NH4Cl

NaH2PO4-Na2HPO4作用:抗碱抗酸抗酸抗碱

抗碱抗酸

二缓冲溶液的缓冲作用原理如HAc-NaAc缓冲系：HAcH++Ac-

NaAcNa++Ac-

H2OH++OH-

1、缓冲溶液的组成特点A、溶液中存在关键的解离平衡；B、有相对大量的抗酸和抗碱组份。33、缓冲溶液的类型32、原理分析：以HAc—NaAc缓冲对为例:HAcH++Ac-+H+HAcAc-+H++OH-H2O结论：缓冲溶液的缓冲作用是通过平衡移动实现的。溶液中存在着如下过程；HAc、Ac-相对大量HAc

H++Ac－抗酸作用抗碱作用加酸加碱加水：[H+]↓,↑,程度相当,pH不变42、原理分析：以HAc—NaAc缓冲对为例:HAcH++

二、缓冲溶液的pH计算

⑴原缓冲液pH值

酸型HAc—NaAc

例：已知HAc的起始浓度为camol•L-1，NaAc的起始浓度为Csmol•L-1，求其混合液（缓冲溶液）的pH值。

解：溶液中HAc的电离平衡为：

HAc

H++Ac－

则其Ka为：5二、缓冲溶液的pH计算解：溶液中HAc的电离平衡为

[HAc]Ca、[Ac－]Cs代入Ka式得(酸型):

碱型NH3•H2O（Cb）—NH4Cl(Cs)6[HAc]Ca、[Ac－]Cs代入Ka式得(酸型两性型

例5-50.2mol•L-1HAc与0.1mol•L-1NaOH等体积混合，求混合液pH值。(pKa=4.75)7两性型例5-50.2mol•L-1HAc与0.⑵加入少量酸、碱后溶液pH值计算

解：混合后ca=[HAc]=(0.2-0.1)/2=0.05cs=[NaAc]=0.1/2=0.05(mol•l-1)A：酸型HAc—NaAc

①、加H+、HAc↑、Ac-↓(忽略V效应)令加ymol•L-1，[HAc]=Ca+y；[Ac-]=Cs―y

8⑵加入少量酸、碱后溶液pH值计算解：混合后ca=[HAc②、加OH―、HAc↓、Ac↑

令加ymol•l―1，[HAc]=ca―y；[Ac―]≈cs+y

③、加水稀释，组份浓度以同比例减小，比值与ca/cs、cb/cs不变，pH值不变。

B：碱型NH3H2O—NH4Cl

①、加H+，耗NH3•H2O,增盐NH4Cl,令ymol•l―1[NH3•H2O]=Cb―y[NH4Cl]=Cs+y

9②、加OH―、HAc↓、Ac↑9

②、加OH―，耗盐NH4Cl，增碱NH3•H2O，令ymol•l―1

[NH3•H2O]=Cb+y；[NH4Cl]=Cs―y

问题两性物体系中如、体系,加少量H+或少量OH―，如何求pH（自推理计算公式）？问题以上计算所用的Ca、Cb、Cs，其使用条件是什么？当使用条件不满足，应如何处理？

例5-6：10②、加OH―，耗盐NH4Cl，增碱NH3•H2O，令ym

三、缓冲容量和缓冲范围

1、缓冲容量

（1）定义：指单位体积缓冲溶液的pH值改变1个pH单位需外加酸或碱的摩尔数。符号：β单位：mol•lL―1

例：①、0.1mol•L-1HAc+0.1mol•L-1NaAc，[H+]加=0.001mol•L-1，△pH=0.01。

11三、缓冲容量和缓冲范围11

②、0.01mol•L-1HAc+0.01mol•L-1NaAc，[H+]加=0.001mol•L-1，△pH=0.08。

缓冲能力：①抗外加H+(OH―)mol•L-1大，能力大。

（2）：影响因素

①、缓冲溶液的总浓度。(即：缓冲对的总浓度）理论上：缓冲比一定C↑、β↑。实际应用：适宜浓度0.05mol•l―1——0.5mol•l―1

②、缓冲溶液的组分比即缓冲比：Ca/Cs、Cb/CsA、总浓度一定：

比值=1，ca=cs，cb=cs能力最好，对H+、OH―有同等能力。

12②、0.01mol•L-1HAc+0.01mol

B、比值<1，则：ca<cs—抗H+能力较大；cb<cs—抗碱能力较好。

C、比值>1，则：ca>cs—抗碱能力较大；cb>cs—抗酸能力较好。

当比值为1/10—10/1时，基本失去缓冲能力。

2、缓冲范围

定义：通常指pH=pKa1或pOH=pKb1的范围。不同缓冲对的pKa(或pKb)不同，因而缓冲范围也不同。

13B、比值<1，则：13四、缓冲溶液的选择与配制

1、选择原则

①、定型：酸性或碱性；

②、所选缓冲组分不能与体系发生反应；③、所选缓冲对弱酸pKa或弱碱pKb应尽量与所要求pH值或pOH值一致。缓冲对的pKa或pKb应在如下范围：pKa=pH1或pKb=pOH1。

如配pH=5的缓冲液供选：HAc—NaAcpKa=4.75选HCOOH—HCOONapKa=3.75NH3H2O—NH4ClpKb=4.75

14四、缓冲溶液的选择与配制14

2、计算缓冲比：例5-7：

3、配制：

方法1：

缓冲对都是溶液据pH值求比值Ca/Cs或Cb/Cs

等浓度Va/Vs

或Vb/VsVa—Vs或Vb—Vs,量取配制。

例5-8：如何配制pH=5的缓冲溶液？

解：①、HAc的pKa=4.75，与pH=5接近，选HAc—NaAc为缓冲对。152、计算缓冲比：例5-7：15

②、求ca/cs

③、求Va、Vs选用等浓度的HAc—NaAc，则：Vs/Va=Cs/Ca=1.78令配制1000ml，则有：

Va+Vs=1000Vs=1.78Va

解方程得：

Vs=640mlVa=360ml

1616

方法2：缓冲对有一组分为固体(盐)据pH值求比值Ca/Cs或Cb/Cs()已知na或nb则求nsWs

例5-9：配制pH=9.0的缓冲溶液，应在500ml0.1mol•L-1的NH3•H2O中加NH4Cl多少克?(设加NH4Cl后总体积不变)

解：由pH=9.0，则pOH=5.0代入公式得:

则ns=0.089mol,所以需加入NH4Cl的质量为：0.089×53.5=4.76(g)。

17方法2：缓冲对有一组分为固体(盐)17

五、缓冲溶液的应用

1、用来控制溶液的酸度。通常由弱酸及其共轭碱或弱碱及共轭酸组成。2、用作标准缓冲溶液。如作为酸度计的参比溶液，由一种或两种两性物质组成，其pH由实验测定。如25C时，饱和酒石酸氢钾pH=3.56。3、在工农业、生物学、医学、化学等方面，缓冲溶液具有很重要的意义。目录18目录18例5-6：在90mLHAc-NaAc缓冲溶液中，HAc与NaAc浓度均为0.10mol/L，分别加入：①10mL0.010mol/LHCl溶液；②10mL0.010mol/LNaOH溶液；③10mLH2O。试比较加入前后溶液的pH值的变化。{已知HAc的pKa=4.75}19例5-6：在90mLHAc-NaAc缓冲溶液中，HAc与Na①加入10mL0.010mol/LHCl溶液后ca=c(HAc)=(0.10×90+0.01×10)/100=0.091(mol/L)cb=c(Ac－)=(0.10×90－0.01×10)/100=0.089(mol/L)

解：加入前20①加入10mL0.010mol/LHCl溶液后解：加入

ΔpH=4.74－4.75=－0.01②加入10mL0.010mol/LNaOH溶液后ca=c(HAc)=(0.10×90－0.01×10)/100=0.089(mol/L)cb=c(Ac－)=(0.10×90+0.01×10)/100=0.091(mol/L)

ΔpH=4.76－4.75=0.0121ΔpH=4.74－4.75=－0.01③加10mLH2O，HAc和Ac－的浓度改变相同c(HAc)=c(Ac－)=0.10×90/100=0.090(mol/L)

ΔpH=4.75－4.75=0.00

。返回1322③加10mLH2O，HAc和Ac－的浓度改变相同例5-7：

欲配制pH=3.50的缓冲溶液，有以下缓冲对：应选用哪一缓冲对？①HCOOH-HCOONa②HAc-NaAc③NaH2PO4-Na2HPO4④NH3-NH4Cl已知pKa(HCOOH)=3.75，pKa(HAc)=4.75，pKa2(H3PO4)=7.21，pKb(NH3)=4.75)23例5-7：欲配制pH=3.50的缓冲溶液，有以下23

解：根据选择缓冲对原则：缓冲对中酸的pKa应在以下范围：pKa=pH1=3.501（即在2.50—4.50范围）或缓冲对中的碱的pKb应在以下范围：

pKb=pOH1=10.51（即在9.50—11.50范围）

可见，应选HCOOH-HCOONa缓冲对。

思考：若配制pH=9.0的缓冲溶液应选用以上哪一缓冲对？返回2024解：根据选择缓冲对原则：返回2024§6-2.缓冲溶液一、缓冲作用原理

实验：

原液：

pH=7pH=4.75pH=9.25

加甲基橙：黄色

黄色

黄色

分别加少量酸

[H+]=0.01mol•l－1

pH=2红色

pH=4.66黄色

pH=9.16黄色

分别加少量碱

[OH―]=0.01mol•l－1

pH=12黄色pH=4.84黄色pH=9.34黄色25§6-2.缓冲溶液1

pH变化值：△pH=±5+0.09+0.09

试验结果：

结果偏差大

结果不表现明显偏差

分析上述实验现象获得下列化学信息

1、定义：缓冲溶液指能够抵抗少量酸、碱或加水稀释，而本身pH值基本保持不变的溶液。

2、组成：由弱酸及其盐(共轭碱)或弱碱及其盐(共轭酸)组成。（有的书称之为“缓冲对”）例：HAc—NaAc，NH3—NH4Cl，NaH2PO4—Na2HPO4等。

26pH变化值：△pH=±5+

3、缓冲溶液的类型

酸型碱型两性型组成:弱酸—弱酸盐弱碱—弱碱盐高酸度盐—低酸度盐实例HAc-NaAcNH3H2O-NH4Cl

NaH2PO4-Na2HPO4作用:抗碱抗酸抗酸抗碱

抗碱抗酸

二缓冲溶液的缓冲作用原理如HAc-NaAc缓冲系：HAcH++Ac-

NaAcNa++Ac-

H2OH++OH-

1、缓冲溶液的组成特点A、溶液中存在关键的解离平衡；B、有相对大量的抗酸和抗碱组份。273、缓冲溶液的类型32、原理分析：以HAc—NaAc缓冲对为例:HAcH++Ac-+H+HAcAc-+H++OH-H2O结论：缓冲溶液的缓冲作用是通过平衡移动实现的。溶液中存在着如下过程；HAc、Ac-相对大量HAc

H++Ac－抗酸作用抗碱作用加酸加碱加水：[H+]↓,↑,程度相当,pH不变282、原理分析：以HAc—NaAc缓冲对为例:HAcH++

二、缓冲溶液的pH计算

⑴原缓冲液pH值

酸型HAc—NaAc

例：已知HAc的起始浓度为camol•L-1，NaAc的起始浓度为Csmol•L-1，求其混合液（缓冲溶液）的pH值。

解：溶液中HAc的电离平衡为：

HAc

H++Ac－

则其Ka为：29二、缓冲溶液的pH计算解：溶液中HAc的电离平衡为

[HAc]Ca、[Ac－]Cs代入Ka式得(酸型):

碱型NH3•H2O（Cb）—NH4Cl(Cs)30[HAc]Ca、[Ac－]Cs代入Ka式得(酸型两性型

例5-50.2mol•L-1HAc与0.1mol•L-1NaOH等体积混合，求混合液pH值。(pKa=4.75)31两性型例5-50.2mol•L-1HAc与0.⑵加入少量酸、碱后溶液pH值计算

解：混合后ca=[HAc]=(0.2-0.1)/2=0.05cs=[NaAc]=0.1/2=0.05(mol•l-1)A：酸型HAc—NaAc

①、加H+、HAc↑、Ac-↓(忽略V效应)令加ymol•L-1，[HAc]=Ca+y；[Ac-]=Cs―y

32⑵加入少量酸、碱后溶液pH值计算解：混合后ca=[HAc②、加OH―、HAc↓、Ac↑

令加ymol•l―1，[HAc]=ca―y；[Ac―]≈cs+y

③、加水稀释，组份浓度以同比例减小，比值与ca/cs、cb/cs不变，pH值不变。

B：碱型NH3H2O—NH4Cl

①、加H+，耗NH3•H2O,增盐NH4Cl,令ymol•l―1[NH3•H2O]=Cb―y[NH4Cl]=Cs+y

33②、加OH―、HAc↓、Ac↑9

②、加OH―，耗盐NH4Cl，增碱NH3•H2O，令ymol•l―1

[NH3•H2O]=Cb+y；[NH4Cl]=Cs―y

问题两性物体系中如、体系,加少量H+或少量OH―，如何求pH（自推理计算公式）？问题以上计算所用的Ca、Cb、Cs，其使用条件是什么？当使用条件不满足，应如何处理？

例5-6：34②、加OH―，耗盐NH4Cl，增碱NH3•H2O，令ym

三、缓冲容量和缓冲范围

1、缓冲容量

（1）定义：指单位体积缓冲溶液的pH值改变1个pH单位需外加酸或碱的摩尔数。符号：β单位：mol•lL―1

例：①、0.1mol•L-1HAc+0.1mol•L-1NaAc，[H+]加=0.001mol•L-1，△pH=0.01。

35三、缓冲容量和缓冲范围11

②、0.01mol•L-1HAc+0.01mol•L-1NaAc，[H+]加=0.001mol•L-1，△pH=0.08。

缓冲能力：①抗外加H+(OH―)mol•L-1大，能力大。

（2）：影响因素

①、缓冲溶液的总浓度。(即：缓冲对的总浓度）理论上：缓冲比一定C↑、β↑。实际应用：适宜浓度0.05mol•l―1——0.5mol•l―1

②、缓冲溶液的组分比即缓冲比：Ca/Cs、Cb/CsA、总浓度一定：

比值=1，ca=cs，cb=cs能力最好，对H+、OH―有同等能力。

36②、0.01mol•L-1HAc+0.01mol

B、比值<1，则：ca<cs—抗H+能力较大；cb<cs—抗碱能力较好。

C、比值>1，则：ca>cs—抗碱能力较大；cb>cs—抗酸能力较好。

当比值为1/10—10/1时，基本失去缓冲能力。

2、缓冲范围

定义：通常指pH=pKa1或pOH=pKb1的范围。不同缓冲对的pKa(或pKb)不同，因而缓冲范围也不同。

37B、比值<1，则：13四、缓冲溶液的选择与配制

1、选择原则

①、定型：酸性或碱性；

②、所选缓冲组分不能与体系发生反应；③、所选缓冲对弱酸pKa或弱碱pKb应尽量与所要求pH值或pOH值一致。缓冲对的pKa或pKb应在如下范围：pKa=pH1或pKb=pOH1。

如配pH=5的缓冲液供选：HAc—NaAcpKa=4.75选HCOOH—HCOONapKa=3.75NH3H2O—NH4ClpKb=4.75

38四、缓冲溶液的选择与配制14

2、计算缓冲比：例5-7：

3、配制：

方法1：

缓冲对都是溶液据pH值求比值Ca/Cs或Cb/Cs

等浓度Va/Vs

或Vb/VsVa—Vs或Vb—Vs,量取配制。

例5-8：如何配制pH=5的缓冲溶液？

解：①、HAc的pKa=4.75，与pH=5接近，选HAc—NaAc为缓冲对。392、计算缓冲比：例5-7：15

②、求ca/cs

③、求Va、Vs选用等浓度的HAc—NaAc，则：Vs/Va=Cs/Ca=1.78令配制1000ml，则有：

Va+Vs=1000Vs=1.78Va

解方程得：

Vs=640mlVa=360ml

4016

方法2：缓冲对有一组分为固体(盐)据pH值求比值Ca/Cs或Cb/Cs()已知na或nb则求nsWs

例5-9：配制pH=9.0的缓冲溶液，应在500ml0.1mol•L-1的NH3•H2O中加NH4Cl多少克?(设加NH4Cl后总体积不变)

解：由pH=9.0，则pOH=5.0代入公式得:

则ns=0.089mol,所以需加入NH4Cl的质量为：0.089×53.5=4.76(g)。

41方法2：缓冲对有一组分为固体(盐)17

五、缓冲溶液的应用

1、用来控制溶液的酸度。通常由弱酸及其共轭碱或弱碱及共轭酸组成。2、用作标准缓冲溶液。如作为酸度计的参比溶液，由一种或两种两性物质组成，其pH由实验测定。如25C时，饱和酒石酸氢钾pH=3.56。3、在工农业、生物学、医学、化学等方面，缓冲溶液具有很重要的意义。目录42目录18例5-6：