第五节缓冲溶液课件

6-26-2.缓冲溶液缓冲溶液一、缓冲作用原理一、缓冲作用原理 实验：实验：实验：实验：原液：原液：原液：原液：pH=7 pH=4.75 pH=9.25 加甲基橙加甲基橙加甲基橙加甲基橙：黄色黄色黄色黄色 黄色黄色黄色黄色 黄色黄色黄色黄色 分别加少量酸分别加少量酸 H+=0.01mol l1 pH=2红色红色红色红色 pH=4.66黄色黄色黄色黄色 pH=9.16黄色黄色黄色黄色 分别加少量碱分别加少量碱 OH=0.01moll 1 pH=12黄色黄色黄色黄色 pH=4.84黄色黄色黄色黄色 pH=9.34黄色黄色黄色黄色16-2.缓冲溶液1 pH 变化值：变化值：pH=5 +0.09 +0.09 试验结果：试验结果：试验结果：试验结果：结果偏差大结果偏差大结果偏差大结果偏差大 结果不表现明显偏差结果不表现明显偏差结果不表现明显偏差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分析上述实验现象获得下列化学信息 1 1、定义、定义、定义、定义：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。2 2、组组组组成成成成：由由弱弱酸酸及及其其盐盐(共共轭轭碱碱)或或弱弱碱碱及及其其盐盐(共共轭轭酸酸)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。2 pH 变化值：pH=5 +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缓冲作用原理缓冲作用原理如如HAc-NaAc缓冲系：缓冲系：HAc H+Ac-NaAc Na+Ac-H2O H+OH-1、缓冲溶液的、缓冲溶液的组成组成特点特点 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。3 3、缓冲溶液的类型32、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42、原理分析：以HAcNaAc缓冲对为例:HAcH+二、缓冲溶液的二、缓冲溶液的pH计算计算 原缓冲液原缓冲液pH值值 酸型酸型 HAcNaAc 例例：已已知知HAc的的起起始始浓浓度度为为camol L-1，NaAc的的起起始始浓浓度度为为Csmol L-1，求求其其混混合合液液（缓缓冲冲溶溶液）的液）的pH值。值。解：解：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：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代代入入Ka式式得得(酸酸型型):碱型碱型 NH3H2O（Cb）NH4Cl(Cs)6 HAcCa、AcCs代入Ka式得(酸型两性型两性型 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)7两性型 例5-5 0.2molL-1HAc与 0.加入少量酸、碱后溶液加入少量酸、碱后溶液pH值值计算计算 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 8加入少量酸、碱后溶液pH值计算解：混合后 ca=HAc、加、加OH、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+y 9、加OH、HAc、Ac 9、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？例例5-6：10、加OH，耗盐NH4Cl，增碱NH3H2O，令ym 三、缓冲容量和缓冲范围三、缓冲容量和缓冲范围 1、缓冲容量、缓冲容量（1 1）定义：定义：定义：定义：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 NaAc，H+加加=0.001molL-1，pH=0.01。11 三、缓冲容量和缓冲范围 11 、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。（2）：影响因素）：影响因素 、缓冲溶液的总浓度。、缓冲溶液的总浓度。、缓冲溶液的总浓度。、缓冲溶液的总浓度。(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 、缓冲溶液的组分比、缓冲溶液的组分比、缓冲溶液的组分比、缓冲溶液的组分比即缓冲比：即缓冲比：Ca/Cs、Cb/Cs A、总浓度一定：总浓度一定：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。12 、0.01molL-1 HAc+0.01mol 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。2、缓冲范围、缓冲范围 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。13 B、比值1，则：13四、缓冲溶液的选择与配制四、缓冲溶液的选择与配制 1、选择原则、选择原则 、定型：、定型：酸性或碱性；酸性或碱性；、所选缓冲组分不能与体系发生反应、所选缓冲组分不能与体系发生反应；、所选缓冲对弱酸、所选缓冲对弱酸、所选缓冲对弱酸、所选缓冲对弱酸pKpKa a或弱碱或弱碱或弱碱或弱碱pKpKb b应尽量与应尽量与应尽量与应尽量与 所要所要所要所要求求求求pHpH值或值或值或值或pOHpOH值一致。值一致。值一致。值一致。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=4.75 14四、缓冲溶液的选择与配制14 2 2、计算缓冲比：、计算缓冲比：例例5-7：3、配制：、配制：方法方法1：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：、HAc的的pKa=4.75，与，与pH=5接近，选接近，选 HAcNaAc为缓冲对。为缓冲对。15 2、计算缓冲比：例5-7：15 、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 16 16 方法方法2：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)解：解：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)。17 方法2：缓冲对有一组分为固体(盐)17 五、缓冲溶液的应用五、缓冲溶液的应用 1、用用来来控控制制溶溶液液的的酸酸度度。通通常常由由弱弱酸酸及及其其共共轭碱或弱碱及共轭酸组成。轭碱或弱碱及共轭酸组成。2、用用作作标标准准缓缓冲冲溶溶液液。如如作作为为酸酸度度计计的的参参比比溶溶液液，由由一一种种或或两两种种两两性性物物质质组组成成，其其pH由由实实验验测测定定。如如25 C时时，饱饱和和酒酒石石酸酸氢氢钾钾pH=3.56。3、在在工工农农业业、生生物物学学、医医学学、化化学学等等方方面面，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18 目录18例例5-6：在在90mLHAc-NaAc缓缓冲冲溶溶液液中中，HAc与与NaAc浓浓度度均均为为0.10mol/L，分分别别加入：加入：10mL0.010mol/LHCl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=4.7519例5-6：在90mLHAc-NaAc缓冲溶液中，HAc与Na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)解解：加入前加入前20加入10mL0.010mol/LHCl溶液后 解：加入 pH=4.744.75=0.01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)pH=4.764.75=0.0121 pH=4.744.75=0.01 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)pH=4.754.75=0.00 。返回返回1322加10mLH2O，HAc和Ac的浓度改变相同 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)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：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：pK pKa a=pH =pH 1=3.50 1=3.50 1 1 （即在（即在2.504.502.504.50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9.5011.509.5011.50范围）范围）可见，应选可见，应选HCOOH-HCOONaHCOOH-HCOONa缓冲对。缓冲对。思思考考：若若配配制制pH=9.0pH=9.0的的缓缓冲冲溶溶液液应应选选用用以以上哪一缓冲对上哪一缓冲对？返回返回2024 解：根据选择缓冲对原则：返回2024