酸碱溶液中氢离子浓度的计算

学习情境一：醋酸分析任务一、酸碱溶液中氢离子浓度的计算任务一、酸碱溶液中氢离子浓度的计算一、一元强酸（碱）溶液H+浓度的计算二、一元弱酸(碱)溶液pH的计算三、多元弱酸(碱)溶液pH的计算四、两性物质溶液pH的计算五、强酸与弱酸的混合溶液

六、弱酸与弱酸混合七、酸碱缓冲溶液任务一、酸碱溶液中的计算

当≥10－6mol/L时

关于一元强碱，情形类似。当<10-6mol/L时练习：1、计算0.010mol/LHCl溶液的pH值。2、计算0.1mol/LNaOH溶液的pH值。3、计算浓度为1.0×10-8mol/LHCl溶液的pH值。[H+]＝pH=6.98

设浓度为mol/L的弱酸HA

由弱酸的解离平衡和水的离子积得到：[H+]＝[A－]+[OH－]当Ka[HA]≥20Kw时，有即[H+]2+Ka[H+]－KaCa＝0

解一元二次方程取正根得到

当Ka≥20Kw,且

最简式对于一元弱碱，求得的是[OH－]，将Ka换作Kb，其处理方法相同。

较精确式最简式使用条件：

caKa≥20Kw，≥500cbKb≥20Kw，≥

500【例】计算c(HAc)=0.1mol/L的HAc溶液的pH值（已知HAc的Ka=1.8×10-5）。解：∵caKa=0.1×10-5=10-6＞20Kw，＞500∴pH=2.9

【例】计算c(NH4Cl)=0.10mol/L的NH4Cl溶液的pH（已知NH3的Kb=1.79×10-5）。解：由于NH4Cl中NH4+为NH3的共轭酸，∵caKa=5.59×10-11＞20Kw，＞500

∴pH=5.12

【练习】1、计算c(HAc)=0.10mol/L的HAc溶液的pH值（已知HAc的Ka=1.8×10-5）。2、计算c(NH3)=0.10mol/L的NH3·H2O溶液的pH值（已知NH3的Kb=1.8×10-5）。3、计算c(NaAc)=0.10mol/L的NaAc溶液的pH值（已知HAc的Ka=1.8×10-5）。

对于多元弱酸碱溶液pH值的计算，我们只考虑第一级电离，忽略其他级电离，因为一般情况下，第一级电离常数较后面的电离常数大得多，且第一步电离会抑制后面的电离，所以可当作一元弱酸碱处理。【例】计算c(H2CO3)=0.04mol/LH2CO3溶液的pH。已知H2CO3pKa1=6.35，pKa2=10.33。

解：∵caKa=0.04×4.2×10-7

=1.6×10-8＞20Kw，＞500∴pH=3.9

【例】计算c(Na2CO3)=0.10mol/LNa2CO3溶液的pH。已知H2CO3pKa1=6.35，pKa2=10.33。

1、多元弱酸的酸式盐Ka：作为酸时的电离常数。Ka’：其共轭酸的电离常数。

pH=(pKa+pKa’)

【例】计算c(NaHCO3)=0.10mol/LNaHCO3溶液的pH。已知pKa1=6.35，pKa2=10.33。解：Ka=Ka2Ka’=Ka1pH=(pKa1+pKa2)

=(6.35+10.33)=8.34【练习】计算c(Na2HPO4)=0.10mol/LNa2HPO4溶液的pH。2、弱酸弱碱盐

以cmol/L

NH4Ac为例是HAc的电离常数是NH3共轭酸的解离常数。

以c1mol/LHCl和c2mol/LHAc混合为例

[H+]＝c1+[OH－]+[Ac－]因为溶液呈酸性，[OH－]可忽略所以[H+]≈[Ac－]+c1

＝+c1整理得到只有当弱酸的解离常数Ka很小，强酸浓度c不太小时，混合液可看作是强酸溶液。

当浓度为和的两弱酸HA和HB混合时，有1、缓冲溶液的组成及作用原理

（1）定义：缓冲溶液是一种对溶液的酸度起稳定作用的溶液。

（2）性质：

向缓冲溶液中稍加酸或碱，或者溶液中化学反应产生少量酸或碱以及

将其稍加稀释，其pH值基本稳定不变。

（3）组成

①一般由浓度较大的弱酸及其共轭碱组成。②pH<2或pH>12的强酸或强碱溶液也有缓冲作用。③两性物质（4）作用原理

由于共轭酸碱浓度较大，加入少量强碱后生成的弱酸碱

对溶液组成影响不大，pH值维持不变。2、缓冲溶液pH的计算

缓冲溶液组成为HA—NaA，浓度分别为ca，cb，[H+]＝[A－]－cb+[OH－]

或[H+]+[HA]－ca

＝[OH－]

又∵Ka＝，代入[A－]和[HA]得到

当ca，cb

，不太小时：

3、标准缓冲溶液缓冲溶液pH值可由实验测定，用于测量时作参照标准的缓冲溶液称标准缓冲溶液。理论计算标准缓冲溶液pH值时，必须校正离子强度。4、缓冲容量及缓冲范围

（1）缓冲容量

缓冲溶液只能在加入一定数量的酸碱，才能保持溶液的pH基本保持不变。加入大量的酸或碱时pH会发生改变。缓冲容量就是用来评价缓冲溶液抵抗外加酸（碱或稀释）的能力的。缓冲容量β

：为使缓冲溶液的pH值增加（或减小）1个单位所需加入强碱（酸）的物质的量。

β越大，溶液的缓冲能力越大。缓冲容量的影响因素：缓冲容量的大小与缓冲溶液的总浓度及组分比有关。总浓度愈大，缓冲容量愈大；总浓度一定时，缓冲组分的浓度比愈接于1:1，缓冲容量愈大。1、下列缓冲溶液中缓冲能力最强的是（）。A、0.1mol/LNaAc溶液与0.2mol/LHAc溶液等体积混合。B、0.5mol/LNaAc溶液与0.5mol/LHAc溶液等体积混合。C、1.0mol/LNaAc溶液与1.0mol/LHAc溶液等体积混合。D、0.1mol/LNaAc溶液与0.2mol/LHAc溶液按5:1体积混合。1、下列缓冲溶液中缓冲能力最强的是（C）。A、0.1mol/LNaAc溶液与0.2mol/LHAc溶液等体积混合。B、0.5mol/LNaAc溶液与0.5mol/LHAc溶液等体积混合。C、1.0mol/LNaAc溶液与1.0mol/LHAc溶液等体积混合。D、0.1mol/LNaAc溶液与0.2mol/LHAc溶液按5:1体积混合。2、下列缓冲溶液中缓冲能力最强的是（）。A、0.8mol/LNaAc溶液与0.2mol/LHAc溶液等体积混合。B、0.6mol/LNaAc溶液与0.4mol/LHAc溶液等体积混合。C、0.7mol/LNaAc溶液与0.3mol/LHAc溶液等体积混合。D、0.5mol/LNaAc溶液与0.5mol/LHAc溶液等体积混合。2、下列缓冲溶液中缓冲能力最强的是（D）。A、0.8mol/LNaAc溶液与0.2mol/LHAc溶液等体积混合。B、0.6mol/LNaAc溶液与0.4mol/LHAc溶液等体积混合。C、0.7mol/LNaAc溶液与0.3mol/LHAc溶液等体积混合。D、0.5mol/LNaAc溶液与0.5mol/LHAc溶液等体积混合。（2）缓冲范围

缓冲组分的浓度比越小，缓冲容量也越小，甚至失去缓冲作用。因此，任何缓冲溶液的缓冲作用都有一个有效的缓冲范围。缓冲作用的有效pH范围叫做缓冲范围。这个范围大概在pKa(或pKa’)两侧各一个pH单位之内。即pH＝pKa±15、选择缓冲溶液的原则

酸碱缓冲溶液根据用途的不同可以分成两大类，即普通酸碱缓冲溶液和标准酸碱缓冲溶液。标准酸碱缓冲溶液简称标准缓冲溶液，主要用于校正酸度计。普通酸碱缓冲溶液主要用于化学反应或生产过程中酸度的控制，在实际工作中应用很广，在生物学上也有重要意义。例如人体血液的pH能维持在7.35～7.45之间，就是靠血液中所含有的H2CO3-NaHCO3以及NaH2PO4-Na2HPO4等缓冲体系，才能保证细胞的正常代谢以及整个机体的生存。选择原则

1、缓冲溶液对分析反应没有干扰；2、有足够的缓冲容量；3、其pH值应在所要求的稳定的酸度范围以内。

为此，组成缓冲溶液的酸（或碱）的pKa应等于或接近于所需的pH值；或组成缓冲溶液的碱的pKb应等于或接近于所需的pOH值。练习：计算GB/T603—2002中NH3-NH4Cl缓冲溶液甲的pH值。GB/T603—2002中NH3-NH4Cl缓冲溶液甲的配制方法为称取54g氯化铵固体，溶解后，加350mL浓氨水，稀释至1000mL。浓氨水