缓冲溶液pH值计算公式

缓冲溶液pH值计算公式

裴老师教你学化学

许多化学反应（包括生物化学反应）需要在一定的pH值范围内进行，然而某些反应有H+或OH-的生成或消耗，溶液的pH值会随反应的进行而发生变化，从而影响反应的正常进行。在这种情况下，就要借助缓冲溶液来稳定溶液的pH值，以维持反应的正常进行。在无机化学的教学中，为了使学生根据反应所要控制的pH值范围，能正确选择和配制缓冲溶液，就需要要求学生对缓冲溶液pH值的计算公式熟练掌握并能灵活应用。

缓冲溶液pH值的计算公式，根据缓冲溶液的组成大致可分为两大类型。

1 由弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液

设弱酸的浓度为C酸（mol·L-1），弱酸盐的浓度为C盐（mol·L-1），在溶液中存在下列平衡：

HA H+ + A- ［1］ (P78)

平衡时： C酸-x xC盐+x

Ka°= x（C盐+x）/（C酸-x）

x = ［H+］ = Ka°（C酸-x）/（C盐+x）

由于Ka°值较小，且因存在同离子效应，此时x很小，因而C酸-x≈C酸，C盐+x≈C盐，所以

［H+］ = Ka°C酸 / C盐

将该式两边取负对数：

-log［H+］ =-logKa°-logC酸 / C盐，所以

pH = pKa°-logC酸 / C盐

（1）

这就是计算一元弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液pH值的通式。

2 由弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液

设弱碱的浓度为C碱（mol·L-1），弱碱盐的浓度为C碱（mol·L-1），在溶液中存在下列平衡：

B + H2O BH+ + OH- ［2］ ( P140)

平衡时： C碱-x C盐+xx

Kb°= x（C盐+x）/ （C碱-x）

x = ［OH-］ = Kb°（C碱-x）/ （C盐+x）

由于Kb°较小，且因存在同离子效应此时x很小，因此C碱-x≈C碱，C 盐+x≈C盐，所以，［OH-］ = Kb°C碱 / C盐将该式两边取负对数：

-log［OH-］ =-logKb°-logC碱 / C盐

pOH = p Kb°-logC碱 / C盐

又因pH = 14 - pOH，所以

pH = 14 -pKb°+ logC碱 / C盐

（2）

这就是计算一元弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液pH值的通式。

以上两种类型的缓冲溶液由于组成不同，其计算pH值的公式也不相同。这就给教师的教学和学生的学习带来一定困难。如果我们将这两种不同类型的缓冲溶液用酸碱质子理论进行处理，就可将这两种计算pH值的公式统一起来。讨论如下：

对于弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液，如HAc-NaAc缓冲溶液，根据酸碱质子理论Ac-可以接受质子是碱，而HAc可以给出质子是酸，它们是一共轭酸碱对。设Ac-的浓度为C碱（mol·L-1），HAc的浓度为C酸（mol·L-1），在溶液中存在下列解离平衡。

HAc H+ + Ac-

平衡时：C酸-x x C碱+x

Ka°= x（C碱+x）/ （C酸-x）

x = Ka°（C酸-x）/ （C碱+x）

因Ka°值较小，且因存在同离子效应，此时x很小，因而C酸-x≈C酸，C 碱+x≈C碱，所以

x = ［H+］ = Ka°C酸 / C碱

将该式两边取负对数，得

-log［H+］ =-logKa°-logC酸 / C碱

pH = p Ka°-logC酸 / C碱

（3）

对于弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液，如NH3-NH4+缓冲溶液。根据酸碱质子理论，NH3可以接受质子是碱，而NH4+可以给出质子是酸，它们是一共轭酸碱对。设NH3的浓度为C碱（mol·L-1），NH4+的浓度为C酸（mol·L-1），在溶液中存在下列平衡。

NH4+ H+ + NH3

平衡时：C酸-x x C碱+x

Ka°= x（C碱+x）/ （C酸-x）

x = Ka°（C酸-x）/ （C碱+x）

因Ka°值较小，且因存在同离子效应，x很小，C酸-x≈C酸，C碱+x≈C 碱，所以

x = ［H+］ = Ka°C酸 / C碱

将该式两边取负对数，得：

-log［H+］ =-logKa°-logC酸 / C碱

pH = p Ka°-logC酸 / C碱

（4）

NH4+的Ka°一般化学手册上没有直接列出，但我们可根据共轭酸碱对的Ka°与Kb°的关系，Ka°= Kw°/ Kb°，即可以根据NH3的Kb°就可求出共轭酸NH4+的Ka°。

通过上面的讨论可以看出（3）与（4）式完全相同，这样我们就将两种不同类型的缓冲溶液pH值的计算公式统一起来了。这对我们的教学十分便利，它不但简化了公式的推导过程，也减少了公式的个数。这样既便于教师的教学，也便于学生的理解和记忆。

［参考文献］

［1］高职高专化学教材编写组.无机化学（第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［2］大连理工大学.无机化学（第三版）［M］. 北京：高等教育出版社，1990.

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