1、O返回2023-5-25第三章 Chapter Three Buffer SolutionO返回2023-5-25u缓冲溶液的概念和缓冲作用原理u缓冲溶液的pH值u缓冲容量u缓冲溶液配制u缓冲溶液在医学上的应用O返回2023-5-25【内容提要】【内容提要】一、缓冲溶液的缓冲作用和组成一、缓冲溶液的缓冲作用和组成二、缓冲类型二、缓冲类型第一节第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理缓冲溶液及缓冲作用原理O返回2023-5-25实验实验1 1：25 oC 时，纯水的时，纯水的pH=7.00,在在1L纯水纯水溶液中加入溶液中加入0.01 mol的强酸的强酸(HCl)或或0.01mol强碱强碱(NaOH)，溶
2、液的溶液的pH发生了显著发生了显著变化，改变了变化，改变了5个个pH单位。单位。结论：结论：纯水易受外加少量强酸或强碱的影响，纯水易受外加少量强酸或强碱的影响，pH发生显著变化。发生显著变化。*纯水不具有抵抗外加少量强酸或强碱而使纯水不具有抵抗外加少量强酸或强碱而使溶液的溶液的pH保持基本不变的能力。保持基本不变的能力。*第一节第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理缓冲溶液及缓冲作用原理O返回2023-5-25实验实验2 2：在在1 1L L含含HAcHAc和和NaAcNaAc均为均为0.10.1molLmolL-1-1溶液中加入溶液中加入0.010.01molmol的强酸的强酸(HCl)HCl)，溶
3、液的溶液的pHpH由由4.754.75下降到下降到4.664.66，仅改变了仅改变了0.090.09个个pHpH单位；单位；若改加入若改加入0.010.01molmol强碱强碱(NaOH)NaOH)，溶液的溶液的pHpH由由4.754.75上升到上升到4.844.84，也仅改变了，也仅改变了0.090.09个个pHpH单位；单位；此混合溶液此混合溶液pHpH改变很小。如用水稍加稀释时，亦改变很小。如用水稍加稀释时，亦有类似现象，即有类似现象，即HAc-NaAcHAc-NaAc溶液溶液pHpH保持基本不变。保持基本不变。结论：结论：HAc-NaAcHAc-NaAc混合溶液具有抵抗外加少量强酸、强
4、碱混合溶液具有抵抗外加少量强酸、强碱或稍加稀释而保持溶液的或稍加稀释而保持溶液的pHpH基本不变的能力。基本不变的能力。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理缓冲溶液及缓冲作用原理O返回2023-5-25Concept of Buffer Solution)Buffer Solution）Buffer action第一节第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理缓冲溶液及缓冲作用原理O返回2023-5-25第一节第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理缓冲溶液及缓冲作用原理 较浓的强酸、强碱也具有缓冲作用较浓的强酸、强碱也具有缓冲作用*，但，但实际上很少作为缓冲溶液使用。实际上很少作为缓冲溶液使用。通常我们所说的缓冲
5、溶液，一般是由足通常我们所说的缓冲溶液，一般是由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。O返回2023-5-25第一节第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理缓冲溶液及缓冲作用原理 2、缓冲作用原理缓冲作用原理 缓冲物质是由一种缓冲物质是由一种共轭酸（质子给予体）和相应的共轭碱共轭酸（质子给予体）和相应的共轭碱（质子接受体）组成的混合物，在溶液中存在着如下的质子转移（质子接受体）组成的混合物，在溶液中存在着如下的质子转移平衡：平衡：A +H2O B +H+例：例：HAc H+Ac-NaAc =Na+Ac-largelittlelargeO返回2023-5-25（1）加入少量
6、强酸加入少量强酸（Adding a small amount of acid）当向混合溶液中加入强酸时，溶液中的当向混合溶液中加入强酸时，溶液中的H H3 3O O+浓浓度增加，但度增加，但AcAc-能接受能接受H H3 3O O+的质子，转变成的质子，转变成HAcHAc ，使平衡向左移动。由于加入的强酸量比较少，大使平衡向左移动。由于加入的强酸量比较少，大量的量的AcAc-仅少部分与仅少部分与H H3 3O O+反应，达到新的平衡时，反应，达到新的平衡时，AcAc-的离子略有降低，的离子略有降低，HAc HAc 分子的浓度略有升分子的浓度略有升高，而高，而 H H+浓度几乎没有升高，所以溶液
7、的浓度几乎没有升高，所以溶液的pH pH 值基本保持不变。值基本保持不变。AcAc-叫做叫做抗酸成分抗酸成分。O返回2023-5-25（2）加入少量强碱加入少量强碱（Adding a small amount of base）当向混合溶液中加入强碱时，溶液中的当向混合溶液中加入强碱时，溶液中的OHOH-浓浓度增加，度增加，OHOH-与与H H3O O+反应生成反应生成H H2 2O O，从而使从而使H H3 3O O+减减少少 ，使平衡向右移动，促使，使平衡向右移动，促使HAcHAc离解生成离解生成H H3 3O O+。与。与OHOH-反应所消耗的反应所消耗的H H3 3O O+由由 HAcH
8、Ac离解生成离解生成H H3 3O O+来补充，来补充，达到新的平衡时，达到新的平衡时，HAcHAc 的浓度略有降低，的浓度略有降低，Ac Ac-离离子的浓度略有升高，而子的浓度略有升高，而 H H3 3O O+浓度几乎没有降低，浓度几乎没有降低，所以溶液的所以溶液的pH pH 值基本保持不变。值基本保持不变。HAcHAc 叫做叫做抗碱成抗碱成分分。O返回2023-5-25（3）稀释稀释（Dilution）当缓冲溶液稀释时，当缓冲溶液稀释时，H H3 3O O+离子的浓度改变不大，离子的浓度改变不大，其原因是稀释了共轭酸和共轭碱相同的倍数。其原因是稀释了共轭酸和共轭碱相同的倍数。3、缓冲系类型
9、、缓冲系类型（Composition and Type of buffer solution）对于其它类型的缓冲溶液与对于其它类型的缓冲溶液与HAc NaAc HAc NaAc 所组成的缓冲所组成的缓冲溶液类似。由一种共轭酸和相应的共轭碱组成的缓冲溶液，溶液类似。由一种共轭酸和相应的共轭碱组成的缓冲溶液，在溶液中都存在着如下的质子转移平衡：在溶液中都存在着如下的质子转移平衡：A +H2O B +HO3+O返回2023-5-25 抗酸时，消耗共轭碱，平衡向左移动，同时产生共抗酸时，消耗共轭碱，平衡向左移动，同时产生共轭酸；抗碱时，消耗共轭酸，平衡向右移动，同时产轭酸；抗碱时，消耗共轭酸，平衡向右
10、移动，同时产生共轭碱。因此，溶液的生共轭碱。因此，溶液的pH pH 值保持基本不变。像这种值保持基本不变。像这种弱酸及其共轭碱组成的混合液，只要具有足够的浓度弱酸及其共轭碱组成的混合液，只要具有足够的浓度，就具有缓冲作用。，就具有缓冲作用。A A 称为称为抗碱成分抗碱成分，B B 称为称为抗酸成抗酸成分分，这两种成分合称缓冲系这两种成分合称缓冲系（buffer systembuffer system）或缓冲或缓冲对对（buffer pairbuffer pair）。）。O返回2023-5-253 3、缓冲系类型、缓冲系类型（Composition and Type of buffer solu
11、tion）（1 1）弱酸及其它的共轭碱（盐）组成的缓冲系）弱酸及其它的共轭碱（盐）组成的缓冲系 Weak acid and its conjugate base(salt)HAc-NaAc,H2CO3-NaHCO3 Z=0,A0-B-（2 2）弱减及其它的共轭酸（盐）组成的缓冲系弱减及其它的共轭酸（盐）组成的缓冲系 Weak base and its conjugate base(salt)NH3H2O-NH4Cl，ph-+NH3-phNH2 Z=+1,A+-B0（3）多元酸的酸式盐及其它的次级盐组成的缓冲系多元酸的酸式盐及其它的次级盐组成的缓冲系 Polyprotic acid salt a
12、nd its conjugate NaHCO3-Na2CO3；NaH2PO4-Na2HPO4Z=-1,A-B2 O返回2023-5-25【内容提要】【内容提要】一、缓冲溶液一、缓冲溶液pH的计算公式的计算公式二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH的计算的计算第二节第二节 缓冲溶液的缓冲溶液的pH(O返回2023-5-251 1、缓冲溶液、缓冲溶液pH pH 值的计算公式值的计算公式 （亨德森（亨德森-哈塞尔巴赫方程式）哈塞尔巴赫方程式）（Henderson Hasselbalch equation）HA(aq)H+(aq)+A-(aq)H+A-K a=-HA HA H+=Ka-A-HA -log H+=
13、-log Ka-log-A-O返回2023-5-25 HA A-pH=p K a-log-=p K a+log-A-HA base pH=p K a+log-acid 这就是亨德森这就是亨德森-哈塞尔巴赫方程式哈塞尔巴赫方程式 （Henderson-Hasselbalch equation）O返回2023-5-25HA的浓度为的浓度为c(HA)(或称起始浓度或称起始浓度,配制浓度配制浓度)，NaA的浓度为的浓度为c(NaA)；HA解离部分解离部分的浓度为的浓度为c(HA)。则：则：HA 平平 =c(HA)-c(HA)A-平平 =c(NaA)+c(HA)HA 平平c(HA)，A-平平c(NaA)
14、c(A-)*又可表示为：又可表示为：A pH=p K a+log-HA c(A)pH p K a+log-c(HA)c（共轭碱）共轭碱）pH p K a+log-c（共轭酸共轭酸）O返回2023-5-25 对于具体的缓冲系：对于具体的缓冲系：（1）HAc NaAc缓冲系缓冲系 HA 共轭酸共轭酸 H+=Ka-=Ka -A-共轭碱共轭碱 （2）NH 4Cl NH 3缓冲系缓冲系 NH 3 共轭碱共轭碱 OH-=Kb-=Kb -NH 4+共轭酸共轭酸 O返回2023-5-25 由上面公式可知由上面公式可知:(1)缓冲溶液的缓冲溶液的pH值取决于共轭酸的值取决于共轭酸的Ka 和缓冲溶液的缓冲比值（和
15、缓冲溶液的缓冲比值（buffer ratio，r a）即）即共轭酸共轭酸/共轭碱共轭碱。（The pH of a buffer solution depends on the Ka of conjugate acid and the ratio of conjugate acid and conjugate base.The ratio is called buffer ratio）（2）同一缓冲系，当温度和同一缓冲系，当温度和 Ka 一定时，其一定时，其pH值取决于缓冲比。只要改变值取决于缓冲比。只要改变缓冲比，可在一定范围内配制不同缓冲比，可在一定范围内配制不同pH值的缓冲溶液。值的缓冲溶
16、液。（For certain buffer solution,at a given temperature,Ka is a constant.pH depends on the buffer ratio.We can design different buffer solutions by changing the buffer ratio）（3）当缓冲比等于当缓冲比等于1，即，即共轭酸共轭酸=共轭碱共轭碱 时，缓冲溶液的时，缓冲溶液的pH值等于组成值等于组成缓冲溶液的弱酸的缓冲溶液的弱酸的pka。（When buffer ratio=1,A-=HA,pH=pKa）O返回2023-5-25（4
17、）加入少量水稀释，若只考虑体积变化，缓冲比不变。实际上溶液加入少量水稀释，若只考虑体积变化，缓冲比不变。实际上溶液稀释时可改变溶液的离子强度和弱酸的电离度，缓冲比随之改变，稀释时可改变溶液的离子强度和弱酸的电离度，缓冲比随之改变，必然引起必然引起pH值的改变。若稀释后的体积改变不大时，值的改变。若稀释后的体积改变不大时，pH值的改变值的改变是很小的是很小的。（When buffer solution is diluted,the buffer ratio is not changed,so pH of buffer solution is not changed）（5）p K a=-log K
18、 a H2PO4-HPO42-NH4+-NH3 42POHapkpk4NHapkpkO返回2023-5-25若缓冲溶液中弱酸及其共轭碱的浓度相同，若缓冲溶液中弱酸及其共轭碱的浓度相同，c c(A)=(A)=c c(B)(B)时，可改写为：时，可改写为：c（B）V（B）pH=p K a+log-c（A）V（A）V（B）pH=p K a+log-V（A）O返回2023-5-25若缓冲溶液的体积以若缓冲溶液的体积以V V 表示，若以表示，若以n n A A 、n n B B 分别表示的分别表示的溶液中所含共轭酸和共轭碱的物质的量，溶液中所含共轭酸和共轭碱的物质的量，则则 n（B）n（B）c（A）=-
19、c（HA）=-V V则：则：n（B）pH=p K a+log-n（A）n B pH=p K a+log-n A 亨德森亨德森-哈塞尔巴赫方程式哈塞尔巴赫方程式（Henderson-Hasselbalch equation）O返回2023-5-252、缓冲溶液的、缓冲溶液的pH值计算值计算 例例4-1 计算计算1.0mol/L HAc和和1.0mol/LNaAc缓冲系的缓冲系的pH 值。值。pKa H Ac=4.75 A-1.0 pH=p K a+log-=4.75+log-HA 1.0 =4.75O返回2023-5-25 例例4-2 计算计算0.10molL-1 NH3 20ml和和0.20
20、molL-1 NH4Cl 15ml混合溶液的混合溶液的pH值。值。解：解：此混合溶液的缓冲系为此混合溶液的缓冲系为NH4+-NH3，查表知：查表知：pKa(NH4+)=9.25，代入公代入公 式得式得 =9.25-0.17=9.08)NH()NH(lgppH43 nnKaml15Lmol20.0ml20Lmol10.0lg25.911 O返回2023-5-25 例例4-3 在在100 ml的的 0.1mol/LHCl 溶液中溶液中 加入加入 400 ml 0.1mol/LNH3 溶液，该溶液的溶液，该溶液的 pH是多少是多少?(pkb=4.75)解：解：acid=NH4+=(1000.1)/5
21、00=10/500(mol/L)base=NH3=(400 0.1-100 0.1)/500 =30/500(mol/L)pK a(NH4+)=14-4.75=9.25 base 30/500 pH=p K a+log-=9.25+log-=9.73 acid 10/500O返回2023-5-25 例例4-4 取取0.10molL-1KH2PO410ml与与0.20 molL-1 Na2HPO41.0ml混合混合,求其混合溶液的求其混合溶液的pH值。值。解：此混合溶液的缓冲系为解：此混合溶液的缓冲系为H2PO4-HPO42-，查表知查表知 H2PO4-的的pKa2=7.21，代入公式得代入公式
22、得 =7.21-0.70=6.51ml10Lmol10.0ml0.1Lmol20.0lg21.7pH11 O返回2023-5-25补补 1 1：在烧杯中盛放在烧杯中盛放20.00 20.00 mLmL 0.100.10molLmolL-1-1 NHNH3 3HH2 2O O 溶液溶液,逐步滴入逐步滴入0.10 0.10 molLmolL-1-1 HCl HCl 溶溶10.0010.00mL mL,求此混合溶液的求此混合溶液的pHpH值值.(.(pKpKb b=4.75).=4.75).补补 2:2:取取50.00 50.00 mL mL 0.100.10molLmolL-1-1某一元弱酸溶液与
23、某一元弱酸溶液与 20.00 20.00mLmL 0.10 0.10 molLmolL-1-1 KOH KOH 溶液混合溶液混合,将此液将此液 稀释至稀释至100100mLmL测出此液的测出此液的pHpH值为值为5.25,5.25,求此一求此一 元弱酸的电离常数是多少元弱酸的电离常数是多少?补补 3:3:298298K K时时,将将150150mL0.2 mL0.2 molLmolL-1-1 NaAcNaAc溶液与溶液与5050 mLmL 0.1 0.1 molLmolL-1-1 H H2 2S0S04 4混合混合,求混合溶液的求混合溶液的pHpH值值,若若 混合溶液中含有混合溶液中含有101
24、0-5-5 molLmolL-1-1 FeFe3+3+杂质杂质,判断有无判断有无 沉淀产生沉淀产生?(?(pKa=4.75,Ksp=1.1pKa=4.75,Ksp=1.11010-36-36 )O返回2023-5-25解题思路解题思路:加入加入HClHCl后后,进行如下反应进行如下反应:NH:NH3 3 H H2 2O+HCl=NHO+HCl=NH4 4Cl+HCl+H2 2O O 由此知由此知,反应后反应后:n:nNH3NH3=20.00=20.000.100 10.000.100 10.000.100=1(mmol)0.100=1(mmol)n nNH4+NH4+=n=nHClHCl=0.
25、100=0.10010.00=1(mmol)10.00=1(mmol)由由 得得,所以所以,pH=14.0 4.75=9.25,pH=14.0 4.75=9.2574.41/301/30lg4.75pOHAcidBaselgpkpOHb补补 1：O返回2023-5-25解题思路解题思路:反应反应:HA+KOH =KA+H:HA+KOH =KA+H2 2O O 平衡后平衡后:HA=(50:HA=(500.10 200.10 200.10)/100=0.03(mol L0.10)/100=0.03(mol L-1-1)KA=(20 KA=(200.10)/100=0.02(mol L0.10)/1
26、00=0.02(mol L-1-1)由由 得得,所以所以,k,kHAHA=3.75=3.751010-6-6AcidBaselgpkpHa0.050.125lg4.75pH补补 2:O返回2023-5-25补补 3:解题思路解题思路:混合溶液中的反应混合溶液中的反应:2NaAc+H:2NaAc+H2 2SOSO4 4 =Na =Na2 2SOSO4 4+2HAc+2HAc 由等物质的量规则知由等物质的量规则知:NaAc=(150:NaAc=(1500.20 500.20 500.10)/200=0.10)/200=0.03(mol L0.03(mol L-1-1)HAc=(2 HAc=(250
27、500.10)/200=0.05(mol L0.10)/200=0.05(mol L-1-1)由由 得得,所以所以,pH=5.15 ,pH=5.15 pOH=8.85 OH=1.40 pOH=8.85 OH=1.40 10 10-9-9 mol L mol L-1-1 又又 FeFe3+3+3OH+3OH-=Fe(OH)=Fe(OH)3 3 Q Q i i=Fe=Fe3+3+OHOH-3 3=2.74 =2.74 1010-32-32 1.1 1.1 10 10-36-36 故有故有Fe(OH)Fe(OH)3 3沉淀产生沉淀产生.AcidBaselgpkpHa0.050.125lg4.75pH
28、O返回2023-5-25第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围【内容提要】【内容提要】一、缓冲容量一、缓冲容量二、二、影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素 三、三、缓冲容量与缓冲容量与pH值的关系值的关系 O返回2023-5-25（1 1）缓冲容量的概念）缓冲容量的概念（Concept of buffer capacityConcept of buffer capacity）缓冲容量缓冲容量()()在数值上等于单位体积（在数值上等于单位体积（1 1L L或或1 1mlml）的缓冲溶液的的缓冲溶液的pHpH值改变一个单位所需值改变一个单位所需外加一元强酸或者一元强碱的物质的量（外加一
29、元强酸或者一元强碱的物质的量（mol mol 或或mmolmmol）其数学表达式为：其数学表达式为：（The buffer capacity()is the amount-of-substance of strong acid or base per liter needed to produce a unitchange in pH.）O返回2023-5-25 b a =-=-|pH|pH|bb、aa分别为单位体积中加入分别为单位体积中加入一元强碱、一元强酸的微小量，一元强碱、一元强酸的微小量，pHpH值为加入强碱、强酸后溶值为加入强碱、强酸后溶液液pHpH值的改变量。值的改变量。O返回20
30、23-5-25 值越大，就相当于使单位体积缓冲溶液的值越大，就相当于使单位体积缓冲溶液的pHpH值改变值改变1 1个单位所需要加入强酸或强碱的量越多，缓个单位所需要加入强酸或强碱的量越多，缓冲能力越大。缓冲容量只是在一定范围内的平均值，冲能力越大。缓冲容量只是在一定范围内的平均值，加入强酸或强碱的量越少，加入强酸或强碱的量越少，pHpH值的改变量越小，缓值的改变量越小，缓冲容量的计算值越准确：冲容量的计算值越准确：db da =-=-|dpH|dpH|缓冲容量单位是缓冲容量单位是molLmolL-1 pH pH-1。O返回2023-5-25 缓冲溶液pH值每发生一微小变化，都有相应的缓冲容量，
31、换言之，缓冲容量是随着pH值的改变而改变的，这种变化关系如图：图3 1 缓冲容量与pH值的关系 a-HCl;b,c-HAc-NaAc;d-0.05mol/LKH2PO4-NaOH;e-0.05mol/LH3BO3-NaOH;f-NaOHO返回2023-5-25（2）影响缓冲容量的因素）影响缓冲容量的因素（Factors of Influencing Buffer capacity）缓冲容量的大小取决于缓冲容量的大小取决于缓冲溶液的总浓度和缓冲比。缓冲溶液的总浓度和缓冲比。（2.1）缓冲溶液总浓度对缓冲溶液的影响）缓冲溶液总浓度对缓冲溶液的影响 O返回2023-5-25 当缓冲比一定时当缓冲比一
32、定时,缓冲溶液的总浓度越大缓冲溶液的总浓度越大,则缓冲则缓冲容量就越大容量就越大(如上图曲线如上图曲线b b和和c).c).此变化关系还可以用此变化关系还可以用下表实例说明下表实例说明:Table 3-1:the relationship between capacity and concentration -Buffer Ac-(mol/L)HAc ratio c total (molL-1pH-1)-1 0.1 0.1 1:1 0.2 0.115 2 0.02 0.02 1:1 0.04 0.023 -O返回2023-5-25 (2.2)缓冲比对缓冲容量的影响缓冲比对缓冲容量的影响:当缓冲
33、溶液的总浓度一定时当缓冲溶液的总浓度一定时,缓冲容量是随着缓冲比的变缓冲容量是随着缓冲比的变化而变化的（见上图的曲线化而变化的（见上图的曲线b b、c c、d d、e e）。）。当缓冲比等于当缓冲比等于1 1时，即溶液的时，即溶液的pH=pK pH=pK a a时，时，缓冲容量最缓冲容量最大，在曲线上是极大值；大，在曲线上是极大值；而缓冲比远离而缓冲比远离1 1，即，即pH pH 远离远离pK pK a a时，缓冲容量变小，缓冲时，缓冲容量变小，缓冲比偏离比偏离1 1越远，缓冲容量越小。此变化关系还可以用下表实例越远，缓冲容量越小。此变化关系还可以用下表实例说明说明:O返回2023-5-25T
34、able 3-2:the relationship between capacity and buffer ratio -Buffer Ac-(mol/L)HCl ratio c total (mol L-1pH-1)-1 0.095 0.005 19:1 0.1 0.0109 2 0.09 0.01 9:1 0.1 0.0207 3 0.05 0.05 1:1 0.1 0.0576 4 0.01 0.09 1:9 0.1 0.0207 5 0.005 0.095 1:19 0.1 0.0109 -O返回2023-5-25（2.3）缓冲溶液的缓冲范围）缓冲溶液的缓冲范围 一般认为一般认为,当缓
35、冲比小于当缓冲比小于1/101/10或大于或大于10/1,10/1,相应相应地溶液的地溶液的pHpH值小于值小于p Kp K a a 1 1或或 p K p K a a+1,+1,时时,缓冲容量缓冲容量已太小已太小,溶液已失去缓冲能力溶液已失去缓冲能力.(When the ratio(AWhen the ratio(A-/HA)HA)1/10 or 1/10 or 10/1,in other words pH 10/1,in other words pHp Kp K a a 1 or pH1 or pHp K p K a a+1,the solution loses buffer+1,the
36、solution loses buffer ability)ability)缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值在值在pH=p K pH=p K a a 1 1区区间时间时,缓冲溶液才具有缓冲能力。缓冲溶液具有缓缓冲溶液才具有缓冲能力。缓冲溶液具有缓冲能力的冲能力的pHpH范围范围pH=p K pH=p K a a 1 1，称为缓冲范围称为缓冲范围（buffer rangebuffer range）。(only in the range,pH=p K a 1 the buffer is effective.This range is called buffer range。）。）O返回2023-5-
37、25 Figure:Distribution curves for acetic acid and acetate ion as a function of pH.O返回2023-5-25Figure:Distribution curves for carbonic acid,bicarbonateion,and carbonic ion,as a function of pH.O返回2023-5-25 【内容提要内容提要】一、缓冲溶液的配制原则一、缓冲溶液的配制原则 二、缓冲溶液的配制二、缓冲溶液的配制第四节 缓冲溶液的配制 O返回2023-5-25（1）缓冲溶液的配制规则）缓冲溶液的配制规
38、则(Preparing Principle of Buffer Solution)(1)(1)选择合适缓冲系：选择合适缓冲系：(Choose the suitable buffer system)Choose the suitable buffer system)pH=4.2 buffer solution,HAc-NaAc,pKpH=4.2 buffer solution,HAc-NaAc,pKa a=4.75,=4.75,buffer range:3.7-5.6 buffer range:3.7-5.6 要有多种缓冲系可供选择，则应该尽可能选择更接近欲配制的要有多种缓冲系可供选择，则应该尽
39、可能选择更接近欲配制的pHpH值缓值缓冲系，这样的缓冲溶液的缓冲比尽量等于冲系，这样的缓冲溶液的缓冲比尽量等于1 1，使得缓冲能容量最大。，使得缓冲能容量最大。pH=5.2 buffer solution,HAc-NaAc,pKpH=5.2 buffer solution,HAc-NaAc,pKa a=4.75 =4.75 KOOCC KOOCC6 6H H4 4COOH-KOOCCCOOH-KOOCC6 6H H4 4COONa,COONa,pKpKa a=5.4=5.4 O返回2023-5-25要有适当的总浓度要有适当的总浓度:Choose the suitable total conce
40、ntration 一般一般缓冲溶液总浓度缓冲溶液总浓度在在0.05 0.05 0.2 0.2 molL molL 1，缓冲容缓冲容量量为为0.01 0.01 0.1 0.1之间之间.(.(总浓度太低，缓冲容量过小，总浓总浓度太低，缓冲容量过小，总浓度太高，离子强度太大，配制的缓冲溶液的度太高，离子强度太大，配制的缓冲溶液的pHpH值必须校正。值必须校正。)3.3.根据所要求的根据所要求的pHpH值和所选用缓冲系中的共轭酸的值和所选用缓冲系中的共轭酸的pKa,pKa,计算各种缓冲成分所需的量计算各种缓冲成分所需的量.4.4.按照计算结果按照计算结果,将所需的共轭酸和共轭碱溶液混合均将所需的共轭酸
41、和共轭碱溶液混合均匀匀,即可得到一定即可得到一定pHpH值和一定体积的缓冲溶液值和一定体积的缓冲溶液.O返回2023-5-25(2)(2)缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制:(2.1)(2.1)以相同浓度的共轭酸和共轭碱来配制以相同浓度的共轭酸和共轭碱来配制:先配制出相同浓度的共轭酸和共轭碱溶液先配制出相同浓度的共轭酸和共轭碱溶液,然后根据缓冲然后根据缓冲溶液的溶液的pHpH计算公式计算出所需的共轭酸和共轭碱的体积数混计算公式计算出所需的共轭酸和共轭碱的体积数混合合,就可以得到要配制的缓冲溶液就可以得到要配制的缓冲溶液.设需配制溶液的总体积为设需配制溶液的总体积为V,V,共轭酸的体积为共轭酸的体积为
42、V VA A和共轭碱和共轭碱V VB B,混合溶液的浓度为混合溶液的浓度为C,C,则则,c VA A c VB B A=-B=-VB B=V VA A V V VB B V VA pH=p K a+lg-=p K a+lg-VA A VA A O返回2023-5-25例例1 1.如何配制如何配制pH=5.00,pH=5.00,具有中等缓冲能力的缓冲溶液具有中等缓冲能力的缓冲溶液100100mL?mL?解解:(1)(1)选择合适的缓冲系选择合适的缓冲系,HAc-Ac-(2)(2)选总浓度选总浓度:所配制的缓冲溶液是中等缓冲能力所配制的缓冲溶液是中等缓冲能力,总浓度可选总浓度可选 0.1 0.1m
43、ol mol L 1 (3)(3)计算所需计算所需HAc、NaAc的量的量。Ac 100VA pH=p K a+log-=4.75+log-=5.00 HAc VA 计算得计算得,VA=36.00mL,VB=64.00mL.(4)(4)量取量取64.00mL0.1 molLmolL1 1 NaAcNaAc溶液溶液 和和 36.00mL 0.1 molLmolL1 1 HAc HAc溶液混合均匀溶液混合均匀,即可得到即可得到pH=5.00,pH=5.00,具有中等缓冲能力的具有中等缓冲能力的 缓冲溶液缓冲溶液100100mLmLO返回2023-5-25(2.2)(2.2)在一定量弱酸中加入一定量
44、的强碱配制缓在一定量弱酸中加入一定量的强碱配制缓冲溶液冲溶液例例2 2.用用1.00molL-1NaOH中和中和1.00molL-1丙酸丙酸(用用HPr代表代表)的方法，的方法，如何配制如何配制1000ml总浓度为总浓度为0.100molL-1 pH 5.00的缓冲溶液。的缓冲溶液。(已知丙酸的已知丙酸的pKa=4.86)解：解：(1)(1)1000ml 缓冲溶液中缓冲物质总的缓冲溶液中缓冲物质总的物质的量物质的量皆由皆由 HPr提供。提供。设设1000ml 总浓度为总浓度为0.1molL-1的缓冲溶液需的缓冲溶液需1.00molL-1 HPr为为 x ml 则则 0.11000=1.00 x
45、 x=100(ml)加入丙酸的物质的量为：加入丙酸的物质的量为：1001=100 mmolO返回2023-5-25(2)(2)设需加入设需加入1molL-1 NaOH为为V ml 则生成的丙酸钠为则生成的丙酸钠为V 1=V mmol(mmol)(mmol).100864005总的物质的量为总的物质的量为100mmol，全部由丙酸提供。全部由丙酸提供。381100取取1.00 molL-1丙酸丙酸100ml，1.00 molL-1 NaOH 58.0ml加水至加水至1000ml，即得即得总浓度为总浓度为0.100molL-1 pH 5.00的丙酸缓冲溶液的丙酸缓冲溶液1000ml 。V=58.0
46、（ml）O返回2023-5-25 Example 3:We want to prepare a buffer solution of pH=5.10,calculate the volume of 0.1mol/L NaOH we should add in the solution of 100ml 0.1mol/L HCl?buffer system:HAc/Ac-,p K a=4.75 HAc+OH-Ac-+H2O Added n N a OH=produced n Ac-=neutralized n H Ac Suppose add x ml NaOH,n Ac-=0.1 x n H
47、Ac=0.10100 0.1 x pH=p K a+log(n Ac-/n H Ac)5.10=4.75+log 0.10 x/(0.10100 0.1 x)x=69.1 ml take 69.1 ml 0.10 mol/L NaOH solution,add to the 100 ml 0.1mol/L HAc solution,then,mixed completely.You got a buffer solution of pH 5.10.O返回2023-5-25 补例补例 配制配制1L pH=10.0的的NH3-NH4Cl缓冲溶液，已用去缓冲溶液，已用去350ml15molL-1氨水
48、，问需氯化铵多少克？已知氨水，问需氯化铵多少克？已知Kb(NH3)=1.810-5，M(NH4Cl)=53.5g mol-1。解:105144106.5108.1100.1)NH(aK即：即：pKa9.25141molg5.53/)ClNH(L35.0Lmol15lgp0.10 mKam(NH4Cl)=50gO返回2023-5-25补例补例1 1:欲配制欲配制pH=5.00pH=5.00缓冲溶液缓冲溶液,计算在计算在5050mL0.1molLmL0.1molL1 1 HAcHAc溶溶 液应加入液应加入0.1molL0.1molL1 1 NaOHmLNaOHmL溶液若干毫升溶液若干毫升?补例补例
49、2:2:已知已知,25,25时时,HAcHAc的的K K a a=1.76=1.7610 10 5 5,H H2 2COCO3 3的的K K a1 a1=1.76=1.7610 10 7 7,H H3 3POPO4 4的的K K a1 a1=1.76=1.7610 10 3 3,问问:配制配制pH=4.75 pH=4.75 的缓冲溶液选用哪种酸最好的缓冲溶液选用哪种酸最好?计算需要要计算需要要 这种酸多少克与这种酸多少克与NaOHNaOH多少克才能配制多少克才能配制1 1L L总浓度为总浓度为1molL1molL1 1 的缓冲溶液的缓冲溶液?补例3:欲配制欲配制500500mLpH=5.00m
50、LpH=5.00缓冲溶液缓冲溶液,若原始溶液中若原始溶液中HAcHAc浓度为浓度为 0.2molL 0.2molL11,需加入需加入NaAc3HNaAc3H2 2O O多少克多少克?(?(忽略体积变化忽略体积变化)若若 用用6 6.0 molL.0 molL11 HAcHAc溶液配制原始溶液需多少毫升溶液配制原始溶液需多少毫升?配配制制 时如何具体操作时如何具体操作?(?(K K a a=1.76=1.7610 10 5,MNaAcHNaAcH2 2O O)O返回2023-5-25补例补例1解题思路解题思路:混合溶液中的反应混合溶液中的反应:HAc+NaOH =NaAc+H2O 由等物质的量规
