Chap3 酸碱平衡和酸碱滴定法§3～4酸碱缓冲溶液教案首页内容：导入：坐汽车，在汽车突然加速、减速时，会产生惯性，为防止惯性，要系安全带，安全带起的是缓冲作用，由此，我们想缓冲溶液的意义，应是具有缓冲作用的溶液，那么，安全带是用来缓冲惯性，缓冲溶液则是用来缓冲pH值的。

我们知道，一般的溶液，酸性的，碱性的，或两性的，向其中加入少量的酸或碱后，PH 值就会减小或增大，而往缓冲液中加入少量酸或碱，溶液的PH 值不会发生显著变化。

一、概念1、缓冲溶液(buffer solution)：能减缓因外加强酸或强碱以及稀释而引起的pH急剧变化的溶液。

解释：p H 值不因加入少量酸或少量碱以及稍加稀释而发生显著变化。

通常有以下三种情况：(1) 向溶液中加入少量的强酸或强碱；(2) 溶液中的化学反应产生少量的酸或碱；(3) 溶液稍加稀释。

2、缓冲溶液的组成：(1) 共轭酸碱对(如:浓度较大的弱酸及其共轭碱，HAc-Ac－；浓度较大的弱碱及其共轭酸，NH3－NH4＋)；(2) 强酸（pH<2）强碱溶液（pH>12）；(3) 两性物质。

3、分类（按用途）：(1) 一般酸碱缓冲溶液（用于控制溶液的pH值）；(2) 标准缓冲溶液（校正pH计用）。

二、缓冲溶液的作用原理1、以HAc-NaAc为例，说明其作用原理HAc-NaAc缓冲溶液中，存在下列平衡：(1) NaAc⇌Na++Ac-，(2) HAc⇌H++Ac-加入少量酸，则引入的H++Ac-⇌HAc；加入少量碱，则引入的OH-+H+⇌H20，可见pH值基本不变。

2、以NH3-NH4Cl为例，说明其作用原理NH 3-NH 4Cl 缓冲溶液中，存在下列平衡： (1) NH 3+ H 20⇌NH 4++OH - ，(2) NH 4Cl ⇌NH 4++ Cl -加入少量酸，则H ++OH -⇌H 20；加入少量碱，则OH -+NH 4+⇌ NH 3·H 20，可见pH 值基本不变。

三、 缓冲溶液pH 值的计算以HA-A -为例，计算c HA mol ·L -1HA+c A-mol ·L -1A -缓冲体系的pH 值： 物料平衡：①[Na +]=c A- ②[HA]+[A -]=c HA +c A-电荷平衡：③[Na +]+[H +]=[A -]+[OH -] ①代入③得，c A-+[H +]=[A -]+[OH -]，即：④[A -]=c A-+[H +]-[OH -]将④代入②得，[HA]=c HA +c A--[A -]=c HA -[H +]+[OH -]得，得，作为控制酸度的缓冲溶液，因为缓冲剂本身的浓度大，对计算结果也不要求准确，可用近似的方法计算：eg1.求0.10mol ·L -1HAc 和0.20mol ·L -1Ac -缓冲溶液的pH 值。

[提示] 直接用公式：+-[H ][A ][HA]+Ka=[H ]=Ka -[HA][A ]⇒又:c -AKa+lgc HA近似式: pH=p +c -[H ]c -++++HA HA pH<6,[OH ]0,[H ]=Ka ,c [H ],c [H ],[H ]=KaHA -+c A c +[H ]--AA-c +[OH ]c ++--+HA HA pH>8,[H ]0,[H ]=Ka ,c [OH ],c [OH ],[H ]=Ka HA --c A c -[OH ]--A A ≈>>>>≈>>>>当时当时当时当时+-c -[H ]+[OH ]+HA [H ]=Ka+-c +[H ]-[OH ]-A精确式:eg2.求0.10mol ·L -1NH 4+和0.20mol ·L -1NH 3·H 20缓冲溶液的pH 值。

[提示] 直接用公式：eg3. 0.30mol ·L -1吡啶（C 5H 5N ）和0.10mol ·L -1HCl 等体积混合，是否为缓冲溶液，求其pH 值。

[提示] 判断是否组成缓冲溶液，实际是判断是否生成共轭酸碱对，吡啶为有机弱碱，0.30mol ·L -1吡啶（C 5H 5N ）和0.10mol ·L -1HCl 等体积混合，生成吡啶盐酸盐和过量的吡啶，二者是共轭酸碱对，因此能组成缓冲溶液。

直接用公式：注意：等体积反应浓度减半。

eg4. 欲使100mL 0.10mol ·L -1HCl 溶液的pH 值从1.00增大至4.44，需加入固NaAc 多少克。

[提示] 设需加入固NaAc m 克。

eg5. 今有某弱酸HB 及其盐配制缓冲溶液，其中HB 的浓度为0.25mol ·L -1。

于此100mL 缓冲溶液中加入200mgNaOH （忽略溶液体积变化），所得溶液的pH 值为5.60。

问原来所配制的缓冲溶液的pH 值为多少？（设HB 的Ka=5.0×10-6） [提示] 关键：求原溶液中的c B-。

由 求得原溶液中的c B-。

c-0.20Ac Ka+lgKa+lgc 0.10HAc=pH=p p c C H N 55pH=pKa+lgc+C H NH 550.30V-0.10V 0.10V(c =, c =)C H N +552V 2V C H NH55 -3-3(m-0.1010010M )/M 10010NaAc NaAc 4.44=4.74+lg-3-30.1010010/10010⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-3-3200104010010+c -6B-5.60=-lg5.010+lg-320010-3-3(0.2510010- )1001040⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯•c NH H O0.2032pH=pKa+lg =pKa+lgc 0.104+NH四、 缓冲指数、缓冲容量及缓冲范围导入：以上节课的导出作为导入。

前面讲过，当向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液稍加稀释时，溶液的pH 值基本保持不变。

但是，如果继续加入强酸或强碱，比如无限度地加入大量的强酸或强碱，缓冲溶液对酸或碱的抵抗能力就要减弱，甚至失去缓冲作用。

就是说，缓冲溶液的缓冲作用都是有一定的限度的，每一种缓冲溶液只能加入有限量的酸或碱，才能保持溶液的pH 值不变。

所以每一种缓冲溶液只具有一定的缓冲能力，缓冲指数和缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。

1、缓冲指数(buffer index)——β定义：dc ——加入强酸或强碱的无穷小量； dpH ——pH 的无穷小量。

其物理意义：相关酸碱组分分布线的斜率，β具有加和性。

加和性：结论：β与缓冲溶液的总浓度c HA 和组分比（共轭酸碱对的分布分数）有关：缓冲溶液分析浓度越大, β越大；总浓度一定时，组分比越接近1：1，缓冲指数越大；并且，当组分比等于1（即c HA =c A-）时，β有极值，缓冲溶液的缓冲能力最大，此时，pH=pKa 。

2、缓冲容量(buffer capacity)——α定义：β=β+β+β+-HAH OH +-d[H ]d[OH ]d[HA]+-=++ (dc=d[H ]+d[OH ]+d[HA])dpH dpH dpH +-=2.3[H ]+2.3[OH ]+2.3δδc HA -HAA +pH , β=2.3[H ];-pH , β=2.3[OH ];-HA-A pH(pH=pKa 1), β=2.3δδc .HA -HA A± 强酸控制溶液时强碱控制溶液时体系控制溶液时α=Δc=βΔpH=（δ2 A- —δ1A-）c HAα——缓冲容量；Δc——外加强酸或强碱的量；β——ΔpH区间缓冲溶液所具有的平均缓冲指数；ΔpH——因Δc而发生的pH值的变化；δ2 A- ——终态pH值（即pH2）时A-的分布分数；δ1 A- ——初态pH值（即pH1）时A-的分布分数；c HA——HA的总浓度（分析浓度）。

其物理意义：某缓冲溶液因外加强酸或强碱的量为Δc而发生pH的变化的幅度为ΔpH。

结论：影响α的因素为缓冲溶液的总浓度c HA和组分比（共轭酸碱对的分布分数）：缓冲溶液分析浓度越大, α越大；总浓度一定时，组分比越接近1：1，缓冲容量越大；并且，当组分比等于1（即c HA=c A-）时，α有极值，缓冲溶液的缓冲能力最大；此时，pH=pKa。

——与缓冲指数相一致。

3、缓冲范围——pKa±1缓冲范围是指缓冲溶液起有效缓冲作用的有效pH值范围。

eg.HAc-Ac-缓冲溶液其pKa=4.74，那么，我们配制缓冲溶液时，要使其pH值在3.74～5.74范围内。

例如，前面计算缓冲溶液的pH值时，eg1. eg2. eg3.的pH值均在其有效缓冲范围之内：缓冲体系pKa 有效缓冲范围缓冲溶液的pH值eg1.HAc-Ac- 4.74 3.74～5.74 5.04eg2. NH3·H2O-NH4+ 9.26 8.26～10.26 9.56eg3.C5H5N-C5H5NH+ 5.23 4.23～6.23 5.53又如 HF-F- 3.18 2.18～4.18H2PO4-HPO42-7.20(pKa2) 6.20～8.20以0.10mol·L-1HAc-Ac－缓冲溶液为例，可绘制出其β-pH曲线，如图所示：图中，实线为0.10mol·L-1HAc-Ac-溶液在不同pH值时的缓冲指数β，虚线表示强酸和强碱溶液的缓冲指数β，阴影部分表示在pH4～6时，HAc-Ac-缓冲体系所具有的缓冲容量α。

从β-pH曲线上，可得到以下下结论：(1) 曲线两侧β很高，说明一定浓度的强酸在pH<2、强碱在pH >12时具有较大的缓冲容量。

若反应要求溶液的酸度控制在pH＝0～2，或pH＝12～14的范围内，则可用强酸或强碱控制其酸度；(2) 在pH=pKa±1的范围内，缓冲溶液具有较大的缓冲容量，此范围即为有效缓冲范围，在此范围内，pH离pK a点愈远，β愈小，并且，当pH=pKa时，β具有最大值，缓冲溶液的缓冲能力达到最大；超出此范围，缓冲能力将显著下降。

从缓冲组分的分布分数曲线来讨论缓冲容量的概念更为方便和直观。

见教材P61图2-6。

五、如何选择缓冲溶液1、关键：使欲控制的pH值落在缓冲溶液的缓冲范围之内（尽量与缓冲溶液的pKa接近）；选时，先查出缓冲溶液中弱酸的pka，算出pka±１，得到缓冲范围，再看欲控制的溶液的pＨ值能落在哪个弱酸的pka±1内，就以这一个弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液来控制pＨ。

2、加入的缓冲溶液应不干扰测定，尤其对待测组分无干扰；3、缓冲溶液应有足够的缓冲容量；4、缓冲物质应廉价易得，避免污染。