《大學(xué)化學(xué)教學(xué)》3緩沖溶液

1、編輯ppt1編輯ppt2教學(xué)要求教學(xué)要求編輯ppt3編輯ppt4編輯ppt5編輯ppt6編輯ppt7編輯ppt8HAc+H2OH3O+ + Ac-NaAcNa+ + Ac-這種溶液有兩個(gè)特點(diǎn)：這種溶液有兩個(gè)特點(diǎn)： 存在著存在著HAcHAc一一可逆過程，可逆過程，處在處在動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡之中之中。HAc和和Ac一一是以解離平衡互相聯(lián)系地存在于溶液中。是以解離平衡互相聯(lián)系地存在于溶液中。 由于由于大量大量Ac（來自（來自NaAc）存在存在，對，對HAc產(chǎn)生同離子效產(chǎn)生同離子效應(yīng)，抑制了應(yīng)，抑制了HAc的解離，使平衡向生成的解離，使平衡向生成HAc的方向移動(dòng)，的方向移動(dòng)，溶液中溶液中也存在大量的也存

2、在大量的HAc。即HAc分子多，分子多，Ac-離子多，離子多，H3O+少。少。編輯ppt在在HAcNaAc緩沖溶液中緩沖溶液中 HAc H+ + Ac NaAc Na+ + Ac 酸的影響：酸的影響： 當(dāng)加入少量強(qiáng)酸當(dāng)加入少量強(qiáng)酸(H+)時(shí)，強(qiáng)酸電離出來的時(shí)，強(qiáng)酸電離出來的H+就就與與Ac一一結(jié)合生成結(jié)合生成HAc。由于溶液中。由于溶液中Ac較高，較高，加入強(qiáng)酸的量相對較少，加入的酸幾乎全部被加入強(qiáng)酸的量相對較少，加入的酸幾乎全部被Ac結(jié)合，當(dāng)新平衡時(shí)，結(jié)合，當(dāng)新平衡時(shí)，Ac-略有減少，略有減少， HAc略有增加，溶液中略有增加，溶液中H+幾乎沒有改變。幾乎沒有改變。編輯ppt 堿的影響堿的影

3、響 當(dāng)加入少量強(qiáng)堿當(dāng)加入少量強(qiáng)堿(OH)時(shí)時(shí)， OH一一就會與就會與H結(jié)合生成結(jié)合生成H2O。當(dāng)溶液中。當(dāng)溶液中H+的稍有降低時(shí)，的稍有降低時(shí)，溶液中溶液中HAc 又立即電離出又立即電離出H來補(bǔ)充，當(dāng)新平來補(bǔ)充，當(dāng)新平衡時(shí)，衡時(shí)，HAc略有減少，略有減少， Ac略有增加，溶液略有增加，溶液的的PH值幾乎不變。值幾乎不變。在在HAcNaAc緩沖溶液中緩沖溶液中 HAc H+ + Ac NaAc Na+ + Ac 編輯pptn因此，緩沖溶液中的因此，緩沖溶液中的H或或pH值，不至于因值，不至于因外加少量的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而發(fā)生明顯改變。外加少量的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而發(fā)生明顯改變。n緩沖溶液具有緩沖作用，是緩沖溶

4、液具有緩沖作用，是由于緩沖溶液中同由于緩沖溶液中同時(shí)含有抗酸、抗堿成分時(shí)含有抗酸、抗堿成分，可對抗并消耗掉外來，可對抗并消耗掉外來的少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，使溶液的的少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，使溶液的H和和OH未未有明顯的變化。有明顯的變化。2.2.抗酸成分、抗堿成分抗酸成分、抗堿成分 共軛堿發(fā)揮抵抗外來強(qiáng)酸的作用共軛堿發(fā)揮抵抗外來強(qiáng)酸的作用，故稱之為緩，故稱之為緩沖溶液的沖溶液的抗酸成分抗酸成分。如：溶液中的。如：溶液中的Ac一一 共軛酸發(fā)揮抵抗外來強(qiáng)堿的作用共軛酸發(fā)揮抵抗外來強(qiáng)堿的作用，故稱之為緩，故稱之為緩沖溶液的沖溶液的抗堿成分抗堿成分。如：溶液中的。如：溶液中的HAc編輯ppt由于緩沖體系中存在著弱酸

5、（或弱由于緩沖體系中存在著弱酸（或弱堿）的離解平衡，且共軛酸堿的濃堿）的離解平衡，且共軛酸堿的濃度都是較大的，因此加入度都是較大的，因此加入H+或或OH時(shí)，只是使平衡發(fā)生了移動(dòng)。當(dāng)重時(shí)，只是使平衡發(fā)生了移動(dòng)。當(dāng)重新建立平衡時(shí)，體系中的新建立平衡時(shí)，體系中的H+量并無量并無明顯變化，從而保持體系的明顯變化，從而保持體系的pH值相值相對穩(wěn)定。對穩(wěn)定?？偨Y(jié)：總結(jié)：編輯ppt13HB + H2O H3O+ + B-NaBNa+ + B-3BHBKaOH等式兩邊各取負(fù)對數(shù)得：等式兩邊各取負(fù)對數(shù)得：lglg共軛酸共軛堿pKaHBBpKapH亨德森亨德森- -哈塞爾巴赫（哈塞爾巴赫（Henderson-Ha

6、sselbalchHenderson-Hasselbalch）方程式）方程式HBBOHKa3編輯ppt14lgHBBpKapHHB = c（HB） c （HB）c（HB）B- = c（NaB）+ c （HB）c（B-）所以，計(jì)算公式可表示為：所以，計(jì)算公式可表示為：)()(lgHBcBcpKapH編輯ppt15）（）（）（）（HBnBnpKaVHBnVBnpKapHlg/lg)()(lg)()()()(lgHBVBVpKaHBVHBcBVBcpKapH編輯ppt16編輯ppt17 解：緩沖系為解：緩沖系為NH4+ NH3， pKa（NH4+）)()(lg43NHnNHnpKapHmlLmolm

7、lLmol15/20. 020/10. 0lg25. 9=9.25 =9.25 編輯ppt18lglg共軛酸共軛堿pKaHBBpKapHHBB)HB(HB)B(B)HB()B(pHpHp pK Ka a+ lg =p+ lg =pK Ka a+lg +lg+lg +lg以以HBHB和和B B- -的活度替代它們的平衡濃度，則的活度替代它們的平衡濃度，則 編輯ppt19defdna(b)VdpH編輯ppt20 由微分式可導(dǎo)出由微分式可導(dǎo)出 與與 c總總 及及 B-、HB 的關(guān)系：的關(guān)系：defdna(b)VdpH= 2.303HBB-/c總總 由此表明：由此表明： 隨隨c c總總 及及 BB-

8、- 、HB HB 的改變而改變。的改變而改變。由于由于BB- - 及及HB HB 決定緩沖比，影響緩沖溶液的決定緩沖比，影響緩沖溶液的pHpH，所以所以。編輯ppt21圖圖4-1 緩沖容量與緩沖容量與pH的關(guān)系的關(guān)系（1）；）； （2）0.10mol/L HAc+NaOH；（3）0.20mol/L HAc+NaOH； （4）2PO4+NaOH；（5）2BO3+NaOH；（；（6）。）。編輯ppt22 2. 由弱酸及其共軛堿組成的緩沖溶液，如由弱酸及其共軛堿組成的緩沖溶液，如曲線曲線（2）（5），當(dāng)總濃度一定時(shí)，緩沖容量是隨著緩，當(dāng)總濃度一定時(shí)，緩沖容量是隨著緩沖比的變化而變化的。這種變化關(guān)系可

9、看以下表沖比的變化而變化的。這種變化關(guān)系可看以下表4-4所列實(shí)例。所列實(shí)例。編輯ppt23表表4-4 緩沖容量與緩沖比的關(guān)系緩沖容量與緩沖比的關(guān)系緩沖容量緩沖容量 Ac- mol/L HAc mol/L緩沖比緩沖比總濃度總濃度 mol/L 緩沖容量緩沖容量 mol/LpH 0.095 0.00519:10.100.0109 0.090 0.0109:10.100.0207 0.050 0.0501:10.100.0576 0.010 0.0901:90.100.0207 0.005 0.0951:190.100.0109 表中數(shù)據(jù)表明：表中數(shù)據(jù)表明：同一緩沖系的緩沖溶液，同一緩沖系的緩沖溶液，

10、緩沖緩沖比越接近比越接近1 1，緩沖容量越大，緩沖容量越大；緩沖比偏離；緩沖比偏離1 1越遠(yuǎn)，緩越遠(yuǎn)，緩沖容量越小。沖容量越小。緩沖比等于緩沖比等于1 1（pH=pKapH=pKa）時(shí)，緩沖）時(shí)，緩沖容量最大容量最大，用，用最大最大表示，如（表示，如（2 2）（5 5）等曲線）等曲線的極大值。的極大值。編輯ppt24 = 2.303HBB-/c總總 c總總一定時(shí)，一定時(shí)， HB增大，增大， B-減小，反之，減小，反之， HB減小，減小， B-增大。當(dāng)增大。當(dāng)HB = B-= c總總/2時(shí)，時(shí)， HBB-取得最大值。取得最大值。 將將HB = B-= c總總/2代入上式，代入上式，得最大緩沖容量

11、計(jì)算公式。得最大緩沖容量計(jì)算公式。 最大最大 = 2.303 （ c總總/2） （ c總總/2）/ c總總 = 0.576 c總總編輯ppt25編輯ppt26 解解：)()(lgHAccAccpKapH)()(lg76. 445. 4HAccAcc31. 0)()(lgHAccAcc50. 0)()(HAccAcc 同時(shí)有同時(shí)有c（HAc）+ c（Ac-），解二元一次方程組得：），解二元一次方程組得： c（HAc）；）； c（Ac-）。）。（mol/LpH）編輯ppt27 當(dāng)緩沖比大于當(dāng)緩沖比大于10:1或小于或小于1:10時(shí)，可以認(rèn)為緩沖時(shí)，可以認(rèn)為緩沖溶液已基本失去緩沖作用的能力，如圖溶液

12、已基本失去緩沖作用的能力，如圖4-1中，曲線中，曲線（2）、（）、（3）、（）、（4）、（）、（5）的兩翼降的很低處；）的兩翼降的很低處；編輯ppt28編輯ppt29一般總濃度在范圍內(nèi)。一般總濃度在范圍內(nèi)。 4. 4.按計(jì)算結(jié)果，分別量取體積為按計(jì)算結(jié)果，分別量取體積為V V（HBHB）的）的HBHB溶液和溶液和V V（B B- -）的）的B B- -溶液相混合，即得溶液相混合，即得V V體積體積的所需的所需pHpH近似的緩沖溶液。近似的緩沖溶液。編輯ppt30 解：（解：（1）選緩沖系）選緩沖系 由于由于HAc的的pK，與接近，與接近，所以選用所以選用HAc-NaAc緩沖系。緩沖系。 （2）

13、確定總濃度）確定總濃度 根據(jù)要求具備中等緩沖能力，并根據(jù)要求具備中等緩沖能力，并考慮計(jì)算方便，選用的考慮計(jì)算方便，選用的HAc和和NaAc溶液配制。溶液配制。 （3）計(jì)算所需的）計(jì)算所需的HAc和和NaAc溶液的體積。溶液的體積。)()(lgHAcVAcVpKapHmlVVml)100(lg76. 400. 524. 076. 400. 5100lgVV74. 1100VVV = 64ml， 100ml-64ml = 36ml混合即得混合即得100mlpH為的緩沖溶液。為的緩沖溶液。編輯ppt31 例例 用中和丙酸（用用中和丙酸（用HPrHPr代表）的方法，如何配制代表）的方法，如何配制100

14、0ml1000ml總濃度為，的緩沖溶液。（已知丙酸的）總濃度為，的緩沖溶液。（已知丙酸的）解：（解：（1）需丙酸溶液的體積）需丙酸溶液的體積用用NaOH中和部分丙酸生成丙酸鈉的反應(yīng)為：中和部分丙酸生成丙酸鈉的反應(yīng)為： HPr + NaOH = NaPr + H2O1mol 1mol 1mol設(shè)：需溶液為設(shè)：需溶液為 Xml，則：，則： 0.100mol/L1000ml = 1.00mol/L Xml Xml = 100ml編輯ppt32 （2）需）需NaOH溶液的體積溶液的體積 緩沖溶液的總濃度為，所以緩沖溶液的總濃度為，所以HPr和和NaPr在溶液中的濃在溶液中的濃度有如下關(guān)系：度有如下關(guān)系

15、：c（HPr）+ c（NaPr）c（HPr）（）（NaPr）已知已知HPr的的pK，Pr)(/100. 0Pr)(lg86. 400. 5NacLmolNac14. 0Pr)(/100. 0Pr)(lgNacLmolNac38. 1Pr)(/100. 0Pr)(NacLmolNacc（NaPr）編輯ppt33丙酸鈉在緩沖溶液中的物質(zhì)的量為：丙酸鈉在緩沖溶液中的物質(zhì)的量為：n（NaPr）= 0.0580mol/L1000ml由上面的中和反應(yīng)知道：生成由上面的中和反應(yīng)知道：生成1mol的的NaPr需要需要1mol的的NaOH。設(shè)：需的體積為設(shè)：需的體積為yml，則有，則有 0.0580mol/L1000ml = 1.00mol/Lyml 按計(jì)算結(jié)果，量取丙酸溶液按計(jì)算結(jié)果，量取丙酸溶液100ml和溶液混合，并用水稀釋和溶液混合，并用水稀釋至至1000ml，即得總濃度為為的丙酸緩沖溶液。，即得總濃度為為的丙酸緩沖溶液。編輯ppt34溶溶 液液濃度濃度/（mol/L）pH（25C）酒石酸氫鉀酒石酸氫鉀（KHC4H4O6）飽和，飽和， 25C3.557鄰苯二甲酸氫鉀鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4）0.054.008KH2PO4Na2HPO40.025，0.0256.865KH2PO4Na2HPO40.008695，0.03043 7.413 硼硼 砂砂（Na2B4O710H2O）0