第四章-缓冲溶液

第四章缓冲溶液LiaoningMedicalUniversity第一节缓冲溶液及缓冲机制实验样品1，0.10mol·L-1NaCl溶液样品2，含HAc和NaAc均为0.10mol·L-1的混合溶液操作：滴加强酸HCl至c(HCl)=0.010mol·L-1观察现象：pH的变化第一节缓冲溶液及缓冲机制0.10mol·L-1NaCl溶液pH＝7→2，改变了5个pH单位0.010mol·L-1HCl第一节缓冲溶液及缓冲机制0.10mol·L-1HAc—0.10mol·L-1NaAc溶液pH＝4.75→4.74，改变了0.01个pH单位0.010mol·L-1HCl第一节缓冲溶液及缓冲机制结论：HAc—NaAc混合溶液具有抵抗外来少量强酸、强碱而保持pH基本不变的能力第一节缓冲溶液及缓冲机制一．缓冲溶液及其作用机制和组成1.缓冲溶液（buffersolution）能够抵抗外来少量强酸、强碱，或稍加稀释时可保持其pH基本不变的溶液2.缓冲作用（bufferaction）缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用第一节缓冲溶液及缓冲机制以HAc—Ac-体系为例(大量)(大量)当加入少量强酸时，外来H+将质子传给Ac-，质子转移平衡左移，溶液的pH保持基本不变当加入少量强碱时，OH-接受H3O+传递的质子，质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+离子，而溶液的pH保持基本不变HAc+H2OH3O++Ac-第一节缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的组成缓冲溶液碱性物质酸性物质抗酸成分抗碱成分缓冲系或缓冲对第一节缓冲溶液及缓冲机制共轭酸共轭碱HAcNH4ClH2PO4-NaAcNH3·H2OHPO42-抗酸成分缓冲系抗碱成分第一节缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的组成:1．弱酸及其对应的共轭碱例如，HAc-NaAc2．弱碱及其对应的共轭酸例如：NH3-NH4Cl第二节缓冲溶液pH的计算一．缓冲溶液pH值的近似计算公式以HB代表弱酸，并与B-组成缓冲溶液HB+H2OH3O++B-HB][][BlgppH-a+=K共轭酸][共轭碱][lgpa+=K-33-aaHOBHBKHOKHBB++==第二节缓冲溶液pH的计算Henderson—Hasselbalch方程式的应用①HB在溶液中只少部分解离，且因B-的同离子效应，使HB几乎完全以分子状态存在HB][][BlgppH-a+=KHB)()B(lgppH-accK+解离平衡后的浓度初始浓度练习例10.30mol/LHAc10ml与0.10mol/LNaAc20ml混合成缓冲溶液。cA、cB分别为多少？0.10mol/L=3010×0.30=Ac0.067mol/L=3020×0.10=Bc练习例2将0.30mol·L-1吡啶(pKb=8.77)和0.10mol·L-1HCl溶液等体积混合，混合液是否为缓冲溶液？求混合溶液pH。解：吡啶和盐酸反应生成吡啶盐酸盐，混合溶液为弱碱及其对应的共轭酸。为缓冲溶液。混合溶液为0.10mol·L吡啶和0.05mol·L吡啶盐酸盐缓冲溶液，pKa=14-8.77=5.23练习解：(lg0.105.23lg0.055.33acpHpKc=+=+=吡啶）(吡啶盐酸盐)练习例3求pH=3.90，总浓度为0.40mol·LHCOOH(甲酸)-HCOONa(甲酸钠）缓冲溶液中，甲酸和甲酸钠的物质的量浓度（甲酸pKa=3.75）解：设c(甲酸纳）=xmol·L，c(甲酸）=0.40-xmol·L(((lg3.75lg3.900.400.2340.166acxpHpKcxcxmolLcmolL=+=+====甲酸钠）(甲酸)甲酸钠）甲酸）练习例4向100ml某缓冲溶液中加入0.20gNaOH固体，所得溶液pH=5.60，已知原缓冲溶液共轭酸HBpKa=5.30;c(HB)=0.25mol·L，求原缓冲溶液的pH。练习解：-11()()1(0.20400.0500.1aOH0.055.30lg5.600.250.050.350.355.30lg5.450.25NaOHBBggmolcmolLLNcpHcmolLpH=+=+===+=)加入后原缓冲溶液第二节缓冲溶液pH的计算②由于c=n/V，所以HB)()B(lgppH)(HB)/()()/B(lgpHB)()B(lgppH-a-a-annKVnVnKccK++=+溶液溶液练习解:(1)lg0.204.75lg0.105.05ACaHACnpHpKn=+=+=例51LHAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10molHAc和0.20molNaAc(pKa=4.75)(1)计算该溶液的pH值?练习(2)加入10ml0.10mol/LHCl后:nAC-=100×0.20-10×0.10=19mmolnHAC=100×0.10+10×0.10=11mmol4.991119lg4.75pH=+=例51LHAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10molHAc和0.20molNaAc(pKa=4.75)(2)向100ml该缓冲溶液中加入10ml0.10mol/LHCl后,溶液的pH值?练习(3)nAC-=100×0.2+10×0.1=21molnHAC=100×0.10-10×0.10=9mmol21pH=4.75+lg=5.129例51LHAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10molHAc和0.20molNaAc(pKa=4.75)(3)向100ml该缓冲溶液中加入10ml0.10mol/LNaOH后,溶液的pH值?练习(4)加入100ml水后:nAC-=0.20molnHAC=0.10mol0.20pH=4.75+lg=5.050.10例51LHAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10molHAc和0.20molNaAc(pKa=4.75)(4)向100ml该缓冲溶液中加入100ml水后,溶液的pH值?练习NH3-NH4Cl缓冲溶液)Cl(NH)(NHlg+)(NHp-14=pH433bccK3b34(NH)pH14-p(NH)lg(NHCl)nKn=+练习NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液23a23(NaCO)pH=p+lg(NaHCO)cKc23a23(NaCO)pH=p+lg(NaHCO)nKn练习33b(NH)4(NH)14-plg(NHCl)0.202014-4.75lg0.4010=9.25npHKn=+=+例6计算将c(NH3)=0.20mol/L的氨水20ml与10ml0.40mol/L的NH4Cl混合所得缓冲溶液的pH值。解:查表pKb(NH3)=4.75abp14-pKK=练习-32-32-3-3-1(HCO)-1(CO)(CO)a2(HCO)10.0g0.119mol84.0gmol10.0g0.094mol106gmol0.094molplg10.33lg=10.230.119molnnnpHKn=====+=+例7将10.0gNa2CO3和10.0gNaHCO3溶于水制备250ml缓冲溶液，求溶液的pH。解:查表pKa2(NaHCO3)=10.33第二节缓冲溶液pH的计算③根据n=cV，若取储备液c(B-)=c(HB)HB)()B(lgppHHB)(HB)()B()B(lgpHB)()B(lgppH-a-a-aVVKVcVcKnnK++=+练习例8将0.10mol/L的HAc溶液与0.10mol/L的NaAc溶液以1:4体积混合,求缓冲溶液的pH值?-a(HAc)ACaHACp4.75pHplg44.75lg5.351KVKV==+=+=解：查表第二节缓冲溶液pH的计算Henderson—Hasselbalch方程式的意义缓冲溶液的pH首先取决pKapKa值一定，其pH值随着缓冲比[B-]/[HB]的改变而改变。当缓冲比等于1时，pH等于pKa适当稀释缓冲溶液，缓冲比不变，pH值亦不变，但加入大量的水稀释后，使pH值略有升高HB]][BlgppH-a[+=K第二节缓冲溶液pH的计算因稀释而引起缓冲溶液pH值的变化用稀释值表示，当缓冲溶液的浓度为c时，加入等体积纯水稀释，稀释后与稀释前的pH值之差定义为稀释值，符号为ΔpH1/2ΔpH1/2＞0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加；ΔpH1/2＜0，则表明缓冲溶液的pH值随稀释而减少1/2c/2c/1ΔpHpHpH=第三节缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量当加入过量的强酸或强碱，缓冲溶液的pH将发生较大变化，失去缓冲能力。用缓冲容量β作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为pHdpHd)b(a)b(a==VnVnβ越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强第三节缓冲容量和缓冲范围pHdpHd)b(a)b(a==VnVnV为缓冲溶液的体积（不是加入酸碱后总体积）△n为加入的一元强酸△na或一元强碱△nb△pH为缓冲溶液pH的改变量β为正值，单位为浓度单位练习例90.1mol/LHAc和0.1mol/LNaAc各20ml混合,向此缓冲溶液中加入2ml0.01mol/LHCl。求此缓冲溶液的ß?(pKa=4.75)NaAcaHAcNaAcaHAc10.05pHplg4.75lg4.750.05'0.1200.012pH'plg4.75lg4.74'0.1200.012pH=4.75-4.74=0.010.0120.05pH400.01acKcnKnnmolLV=+=+==+=+=+===练习例10分别向下列两种溶液中加入0.001molHCl。求ß?[设V不变,pKa=4.75](1)1升(0.1mol/LHAc—0.1mol/LNaAc)的缓冲液。(2)1升(0.01mol/LHAc—0.01mol/LNaAc)缓冲液.练习aNaAcaHAc1a0.1:(1)pHp+lg4.750.10.1-0.001pHplg4.75lg0.10.0014.74pH4.754.740.010.0010.1pH10.01KnKnnmolLV===+=++======解练习aNaAcaHAc1a0.01:(2)pHp+lg4.750.010.01-0.001pHplg4.75lg0.010.0014.67pH4.754.670.080.0010.0125pH10.08KnKnnmolLV===+=++======解练习例11在500ml0.20mol/L的丙酸溶液中，加入1.8克NaOH，求溶液的pH值。若在此溶液中再加入1.0ml2.0mol/LNaOH溶液,求溶液的ΔpH及ß?(pKa=4.87)解:生成丙酸钠n丙酸钠=nNaOH=1.8/40=0.045mol剩余丙酸n丙酸=0.20×0.50-0.045=0.055mol练习CH3CH2COOH+NaOHCH3CH2COO-Na++H2O0.045lg4.87lg4.780.055anpHpKn=+=+=丙酸钠丙酸练习10.045lg4.87lg4.780.0550.0450.0012.0lg4.87lg0.0550.0012.04.824.824.780.040.00120.100.50.04aabnpHpKnnpHpKnpHnmolLVpH=+=+=+=+=+======丙酸钠丙酸丙酸钠丙酸第三节缓冲容量和缓冲范围二、影响缓冲容量的因素﹡缓冲比的影响当缓冲比一定时，c总越大，β越大﹡总浓度c总＝[HB]+[B-]的影响当c总一定时，缓冲比越接近1，β越大；缓冲比等于1时，有最大βmax总c576.0][B[HB]2121303.2max=+=第三节缓冲容量和缓冲范围三、缓冲范围pH=pKa±1变化范围称为缓冲范围1ppHppH1-ppH:pH11011101aaamax+===KKK缓冲比：减小减小第四节缓冲容量的配制一、配制方法1．选择合适的缓冲系