第五节-缓冲溶液.课件.ppt

1、16-26-2 pH=7 pH=4.75 pH=9.25 ： 分别加少量酸分别加少量酸 H+= 0.01mol l l1 pH=2 pH=4.66 pH=9.16 分别加少量碱分别加少量碱 OH=0.01moll l 1 pH=12 pH=4.84 pH=9.342 pH 变化值：变化值： pH=5 +0.09 +0.09 分析上述实验现象获得下列化学信息分析上述实验现象获得下列化学信息 ：缓冲溶液指能够抵抗少量酸、碱或加水：缓冲溶液指能够抵抗少量酸、碱或加水 稀释，而本身稀释，而本身pH值基本保持不变的溶液。值基本保持不变的溶液。 由弱酸及其盐由弱酸及其盐(共轭碱共轭碱)或弱碱及其盐或弱碱及

2、其盐(共轭酸共轭酸) 组成。（有的书称之为组成。（有的书称之为“缓冲对缓冲对”） 例：例： HAcNaAc， NH3NH4Cl， NaH2PO4Na2 HPO4等。等。 3 3、缓冲溶液的类型、缓冲溶液的类型 酸型酸型 碱型碱型 两性型两性型组成组成:弱酸弱酸弱酸盐弱酸盐 弱碱弱碱弱碱盐弱碱盐 高酸度盐高酸度盐低酸度盐低酸度盐 实例实例 HAc-NaAc NH3H2O-NH4Cl NaH2PO4-Na2HPO4作用作用:抗碱抗碱 抗酸抗酸 抗酸抗酸 抗碱抗碱 抗碱抗碱 抗酸抗酸 二二 缓冲溶液的缓冲溶液的如如HAc-NaAc缓冲系：缓冲系：HAc H+ + Ac- NaAc Na+ + Ac-

3、 H2O H+ + OH- 组成组成 A、溶液中存在关键的解离平衡；、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。、有相对大量的抗酸和抗碱组份。 4原理分析：以原理分析：以HAcNaAc缓冲对为例缓冲对为例: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结论：缓冲溶液的缓冲作用是通过平衡移动 实现的。实现的。溶液中存在着如下过程；溶液中存在着如下过程；HAc、Ac- 相对大量相对大量 HAc H+ + Ac抗酸作用抗酸作用抗碱作用抗碱作用加酸加酸加碱加碱加水：加水：H+, ,程度相当程度相当,pH不变不变5 原缓冲液原缓冲液

4、pH值值 酸型酸型 HAcNaAc 例例：已知已知HAc的起始浓度为的起始浓度为camol L-1，NaAc的起始浓度为的起始浓度为Csmol L-1，求其混合液（缓冲，求其混合液（缓冲溶液）的溶液）的pH值。值。HAcAcHKa 溶液中溶液中HAc的电离平衡为：的电离平衡为： HAc H+Ac 则其则其Ka为为：6 HAc Ca 、Ac Cs代入代入Ka式得式得(酸型酸型): saaccKHsaasaannpKccpKpHlglgsbbsbbnnpKccpKpOHlglg碱型碱型 NH3H2O（Cb）NH4Cl(Cs)sbbccKOH7两性型两性型 2442HPOPOHHPOPOHKH244

5、2aHPOPOHlgpKpH2442a 例例5-5 0.2molL-1HAc与与 0.1molL-1 NaOH 等体积等体积 混合，求混合液混合，求混合液pH值。值。 (pKa=4.75)84.750.050.05lg4.75pH 加入少量酸、碱后溶液加入少量酸、碱后溶液pH值值 解：混合后解：混合后 ca=HAc=(0.2-0.1)/2=0.05 cs=NaAc=0.1/2=0.05(moll -1)A：酸型：酸型 HAcNaAc 、加、加H+、HAc、Ac-(忽略忽略V效应效应) 令加令加ymolL-1， HAc= C a+y； Ac-= C sy yCyCpKapHsalg9、加、加OH

6、、HAc、Ac 令加令加ymoll 1 ， HAc= cay；Accs+y 、加水稀释，组份浓度以同比例减小，比值、加水稀释，组份浓度以同比例减小，比值 与与 ca/cs 、 cb/cs不变，不变， pH值不变。值不变。 B：碱型：碱型NH3H2ONH4Cl 、加、加H+，耗，耗NH3H2O,增盐增盐NH4Cl,令令y moll 1 NH3H2O= Cby NH4Cl = Cs+yycyclgpKpHsaa ycsycpKpOHbblg10 、加、加OH，耗盐，耗盐NH4Cl ，增碱，增碱NH3H2O，令，令ymoll 1 NH3H2O= Cb+y；NH4Cl = Csy 问题问题 两性物体系

7、中如两性物体系中如 、 体系体系,加少量加少量H+或少量或少量OH，如何求，如何求pH（自推理（自推理 计算公式）？计算公式）？ 问题问题 以上计算所用的以上计算所用的Ca、Cb、Cs，其使用条件是什，其使用条件是什 么？当使用条件不满足，应如何处理？么？当使用条件不满足，应如何处理？ycycpKpOHsbblg 2442HPOPOH 3424POHPO 例例5-6 ：11 指单位体积缓冲溶液的指单位体积缓冲溶液的pH值改变值改变1个个pH 单位需外加酸或碱的摩尔数。单位需外加酸或碱的摩尔数。 符号：符号： 单位：单位：mollL1 例：例：、0.1molL-1 HAc + 0.1molL-1

8、 NaAc，H+加加= 0.001molL-1 ，pH= 0.01。 pHOHpHH 加加加加 )(1 .001.0001.011Lmol 12 、0.01molL-1 HAc + 0.01molL-1 NaAc，H+加加= 0.001molL-1 ，pH= 0.08。 缓冲能力：缓冲能力： 抗外加抗外加H+(OH) molL-1 大，能力大。大，能力大。 (即：缓冲对的总浓度）即：缓冲对的总浓度） 理论上：缓冲比一定理论上：缓冲比一定 C、。 实际应用：适宜浓度实际应用：适宜浓度 0.05 moll 10.5 moll 1 即缓冲比：即缓冲比：Ca/Cs、Cb/Cs A、 总浓度一定：总浓度

9、一定： 比值比值=1，ca = cs，cb = cs 能力最好，对能力最好，对H+、OH有同等能力。有同等能力。)(013.008.0001.012 lmol 13 B、比值比值1，则：，则： ca cs 抗抗H+能力较大；能力较大； cb 1，则：，则： ca cs 抗碱能力较大；抗碱能力较大； cb cs 抗酸能力较好。抗酸能力较好。 当比值为当比值为1/1010/1 时，基本失去缓冲能力。时，基本失去缓冲能力。 定义：通常指定义：通常指pH=pKa 1或或pOH=pKb 1的范围。的范围。 不同缓冲对的不同缓冲对的pKa(或或pKb)不同，因而不同，因而 缓冲范围也不同。缓冲范围也不同。

10、 14 酸性或碱性；酸性或碱性； 缓冲对的缓冲对的pKa或或 pKb应在如应在如下范围：下范围： pKa= pH 1或或pKb=pOH 1。 如配如配pH=5的缓冲液的缓冲液 供选：供选： HAcNaAc pKa = 4.75 选选 HCOOHHCOONa pKa = 3.75 NH3H2ONH4Cl pKb = 4.7515 例例5-7 ： 缓冲对都是溶液缓冲对都是溶液 据据pH值值 求求 比值比值Ca/ Cs 或或Cb/Cs 等浓度等浓度 Va/Vs 或或Vb/Vs VaVs或或VbVs , 量取配制。量取配制。 例例5-8：如何配制如何配制pH=5的缓冲溶液？的缓冲溶液？ 解：解：、HA

11、c的的pKa=4.75，与，与pH=5接近，选接近，选 HAcNaAc为缓冲对。为缓冲对。求求配配总总 V16 、求、求ca/cs 、求、求Va、Vs 选用等浓度的选用等浓度的HAcNaAc，则：，则： Vs/Va=Cs/Ca=1.78 令配制令配制1000ml ，则有：，则有： Va + Vs = 1000 Vs = 1.78 Va 解方程得：解方程得： Vs = 640ml Va = 360ml saaCCpKpHlog saCClog57. 45 78. 1asCC17 缓冲对有一组分为固体缓冲对有一组分为固体(盐盐) 据据pH值值 求求 比值比值 Ca/Cs 或或Cb/Cs( ) 已知

12、已知na或或nb则求则求 ns Ws 例例5-9 ：配制配制pH=9.0的缓冲溶液，应在的缓冲溶液，应在500ml 0.1molL-1的的NH3H2O中加中加NH4Cl 多少克多少克? (设加设加NH4Cl 后总体积不变后总体积不变)由由pH=9.0，则，则pOH=5.0 代入公式代入公式 得得: 则则 ns=0.089mol,所以需加入所以需加入NH4Cl的质量为：的质量为： 0.08953.5=4.76(g) 。 sbsannnn或sbbnnpKpOHlgsn5 . 01 . 0lg75. 40 . 518 1、用来控制溶液的酸度。通常由弱酸及其共、用来控制溶液的酸度。通常由弱酸及其共轭碱

13、或弱碱及共轭酸组成。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、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，其溶液，由一种或两种两性物质组成，其pH由由实验测定。如实验测定。如25 C时，饱和酒石酸氢钾时，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，、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缓冲溶液具有很重要的意义。目录目录19例例5-6：在在90mLHAc-NaAc缓冲溶液中，缓冲溶液中，HAc与与NaAc浓度均为浓度均为0.10mol/L，分别，分别加入：加入： 10mL0.010mol/LHC

14、l溶液；溶液； 10mL0.010mol/LNaOH溶液；溶液； 10mLH2O。 试比较加入前后溶液的试比较加入前后溶液的pH值的变化。值的变化。 已知已知HAc的的pKa=4.7520加入加入10mL0.010mol/LHCl溶液后溶液后 ca=c(HAc)=(0.1090+0.0110)/100 =0.091(mol/L) cb=c(Ac)=(0.10900.0110)/100 =0.089(mol/L) 加入前加入前75. 410. 010. 0lg75. 4lgsaaccpKpH74. 4089. 0091. 0lg75. 4lgsaaccpKpH21 pH=4.744.75=0.0

15、1加入加入10mL0.010mol/LNaOH溶液后溶液后 ca=c(HAc)=(0.10900.0110)/100 =0.089(mol/L) cb=c(Ac)=(0.1090+0.0110)/100 =0.091(mol/L)76. 4091. 0089. 0lg75. 4lgsaaccpKpH pH=4.764.75=0.0122加加10mLH2O，HAc和和Ac的浓度改变相同的浓度改变相同 c(HAc)=c(Ac)=0.1090/100 =0.090(mol/L)75. 4090. 0090. 0lg75. 4lg baaccpKpH则则 pH=4.754.75=0.00 。返回返回1

16、323例例5-7： 欲配制欲配制pH=3.50的缓冲溶液，有以下的缓冲溶液，有以下 缓冲对：应选用哪一缓冲对？缓冲对：应选用哪一缓冲对？ HCOOH-HCOONa HAc-NaAc NaH2PO4- Na2HPO4 NH3-NH4Cl 已知已知 pKa(HCOOH)=3.75， pKa(HAc)=4.75， pKa2( H3PO4)=7.21， pKb(NH3)=4.75) 24 解：根据选择缓冲对原则：解：根据选择缓冲对原则： 缓冲对中酸的缓冲对中酸的pKpKa a应在以下范围：应在以下范围： pKpKa a = pH = pH 1=3.50 1=3.50 1 1 （即在（即在2.502.504.504.50范围）范围） 或缓冲对中的碱的或缓冲对中的碱的pKpKb b应在以下范围：应在以下范围： pKpKb b= pOH= pOH 1= 10.51= 10.5 1 1 （即在（即在9.509.5011.5011.50范围）范围） 可见，应选可见，应选HCOOH-HCOONaHCOOH-HCOONa缓冲对。缓冲对。 思考：若配制思考：若配制pH=9.0pH=9.0的缓冲溶液应选用以的缓冲溶液应选用以上哪一缓冲对上哪一缓冲对？返回返回20