5-4缓冲溶液电子教案

模块五气体溶液和胶体

缓冲溶液

引言

弱电解质在水溶液中存在着解离平衡，同化学平衡一样，当外界条件改变时，解离平衡就要发生移动，使解离度发生改变，但外界条件中，温度、压力等因素对解离平衡的移动影响不大，主要是离子的浓度对弱电解质的解离平衡移动有明显的影响。例如在氨水中加入氯化铵，增加了铵离子的浓度，使得氨水的解离平衡向左移动，结果降低了氨水的解离度。

新课

一、同离子效应

例：比较0.1mol/LHAc溶液及0.2mol/LHAc和0.2mol/LNaAc等体积混和溶液的[H+]和α各为多少？（Ka HAc = 1.75×10-5）

解：0.1mol/LHAc溶液：

[H+] =

∵C/Ka﹥500

0.2mol/LHAc + 0.2mol/LNaAc溶液：

HAc：0.2/2 = 0.1mol/L；NaAc：0.2/2 = 0.1mol/L；

NaAc为强电解质，全部电离为[Ac-] = 0.1mol/L

HAc = H++ Ac-

C始0.1 C酸0 0.1 C盐

C 平衡0.1-X X 0.1+X

∵弱电解质，0.1+X ≈0.1，0.1-X ≈ 0.1

∴X = 1.75×10-5mol/L

α = (X/0.1)×100% = 0.0175%

即混合后，[H+]和α都减少。

引申为通式：

即：Ka ≈[H+]C盐/C酸[H+]=KaC酸/C盐

∴在弱电解质溶液中，加入含有相同离子的强电解质，会使弱电解质电离度降低，该现象叫作同离子效应。

同理：NH3+ + H2O =NH4+ + OH-

加入NH4Cl → NH4+ + Cl-

一元弱碱：[OH-] =KbC碱/C盐

注意：（NH4）2SO4：[OH-] = KbC碱/(2C盐)

二、缓冲溶液

缓冲溶液可用于控制溶液的PH值。

1. 实验事实：向纯水(pH=7.0) 中加入少量酸或碱，pH 值会发生显著变化

向HAc-NaAc 混合液中加入少量酸或碱，溶液的pH 值几乎不变。

2. 缓冲溶液: 是一种能抵抗少量强酸、强碱和水的稀释而保持体系的pH 值基本不变的溶液

3. 缓冲原理：

HAc= H+ + Ac -

NaAc= Na+ + Ac -

加入酸，如HCl ，H+与Ac-结合，生成HAc ，c Ac- /c HAc 变化不大，溶液的pH 值变化不大。加入碱，如NaOH ，HAc 与OH-与结合，生成Ac-，c Ac- /c HAc 变化不大，溶液pH 值变化也不大。

结论：少量外来酸碱的加入不会影响溶液的pH 值，缓冲溶液的缓冲能力有一定限度。

4、缓冲溶液的组成

编号

加入 1.0mol/L的

HCl溶液1. 0mL 加入 1.0mol/L的NaOH溶液1. 0mL

1 1.0L纯水

PH：7.0 → 3.0

ΔPH = 4.0 PH：7.0 → 11.0ΔPH = 4.0

2

1.0L溶液中含有

0.1mol Hac 和0.1molNaAc PH：4.76→4.75

ΔPH = 0.01

PH：4.76→4.77

ΔPH = 0.01

3

1.0L溶液中含有

0.1mol NH3和0.1molNH4Cl PH：9.26→9.25

ΔPH = 0.01

PH：9.26→9.27

ΔPH = 0.01

缓冲溶液的组成：

弱酸-弱酸盐[H+] = KaC酸/C盐

弱碱-弱碱盐[OH-] = KbC碱/C盐

5、缓冲溶液的PH值计算（对上表的计算：）

（1）在1.0L纯水中，分别加入1.0mL 1.0mol/L的HCl和1.0mL 1.0mol/L的NaOH，问PH值的变化。

纯水：PH = 7

加入HCl：[HCl] = 1.0×10-3×1.0/1.001 = 10-3mol/L PH = 3

加入NaOH:[NaOH] = 10-3mol/L PH = 14-POH = 11

（2）0.1mol/LHAc和0.1mol/LNaAc

[H+] = Ka C酸/C盐= 1.75×10-5×0.1/0.1 mol/L PH = 4.76

加入HCl:

反应前：[HCl] = 1.0×10-3×1.0/1.001 = 10-3 mol/L

[HAc] = 0.1/1.001 = 0.1mol/L

[NaAc] = 0.1/1.001 = 0.1mol/L

HCl + NaAc →NaCl + HAc

反应前浓度10-30.1 0 0.1

反应后浓度0 0.1-10-310-30.1+10-3

PH = 4.75

加入NaOH:

反应前：[NaOH] = 1.0×10-3×1.0/1.001 = 10-3 mol/L

[HAc] = [NaAc] = 0.1/1.001 = 0.1mol/L

NaOH + HAc →NaAc + H2O

反应前浓度10-30.1 0.1

反应后浓度0 0.1-10-30.1+10-3

PH = 4.77

讨论：下列各对溶液以等体积混合，指出哪些可以作为缓冲溶液？为什么？

（1）0.1mol/L HCl与0.2mol/L NaAc

HCl + NaAc →NaCl + HAc

反应前浓度0.1/2=0.05 0.2/2=0.1 0 0

反应后浓度0 0.1-0.05 0.05 0.05

∴反应后得到HAc(0.5mol/L)-NaAc(0.5mol/L)混合溶液，可作为缓冲溶液；

（2）0.1mol/L HCl与0.05mol/L NaNO2

HCl + NaNO2→NaCl + HNO2

反应前浓度0.1/2=0.05 0.05/2=0.025 0 0

反应后浓度0.025 0 0.025 0.025

∴反应后得到HCl(0.025mol/L)-HNO2(0.025mol/L)混合溶液，不可作为缓冲溶液；

结论：

①缓冲溶液的pH 取决于两个因素，即Ka ( Kb ) 及c酸/c盐（c酸/c盐）

②适当地稀释缓冲溶液时，由于酸和盐同等程度地减少，pH 值基本保持不变。

③稀释过度，当弱酸电离度和盐的水解作用发生明显变化时，pH 值才发生明显的变化。

6. 选择缓冲溶液的步骤:

首先找出与溶液所需控制的pH 值相近的pK 值的弱酸或弱碱

一般c酸/c盐在0.1~10 范围内具有缓冲能力，故p H = p Ka ± 1

选择的缓冲液不与反应物或生成物发生反应，配制药用缓冲溶液时还应考虑溶液的毒性。

7 ．缓冲溶液的应用

许多化学反应要在一定p H 范围内进行；

人体血液必须维持p H 在7.4 左右。

总结：

（1）基本原理：同离子效应