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3.4 缓冲溶液

buffer solution. 3.4 缓冲溶液. 3.4.1 缓冲溶液的定义与种类 3.4.2 缓冲溶液的 pH 计算 3.4.3 缓冲容量、缓冲指数、及有效缓冲范围 3.4.4 缓冲溶液的选择 3.4.5 标准缓冲溶液. 讨论. H +. OH -. 3.4.1 缓冲溶液的定义与种类. 缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。. 定义. pH 缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。. 1 、浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。. 分类. 2 、浓度较大的强酸或强碱。. 缓冲溶液的作用机制.

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3.4 缓冲溶液

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Presentation Transcript

  1. buffer solution 3.4 缓冲溶液 3.4.1 缓冲溶液的定义与种类 3.4.2 缓冲溶液的pH计算 3.4.3 缓冲容量、缓冲指数、及有效缓冲范围 3.4.4 缓冲溶液的选择 3.4.5 标准缓冲溶液 讨论 分析化学教程（2005-2006学年)

  2. H+ OH- 3.4.1 缓冲溶液的定义与种类 缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。 定义 pH缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。 1、浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。 分类 2、浓度较大的强酸或强碱。 缓冲溶液的作用机制 由Ca mol/L HB 和Cb mol/L B- 构成的共轭酸碱平衡： 使pH稳定在一个较窄的范围。 高浓度强酸强碱则是因为本身浓度大对少量的酸或碱的加入不敏感而达到稳定pH 值的作用的。 分析化学教程（2005-2006学年)

  3. 对溶液稀释过程pH变化的控制 HCl NaAc-HAc Plots of pH vs. mL of water added to (a ) 0.500 mL of 0.100 mol . L-1 HCl and (b) 0.500 mL of a solution 0.100 mol . L-1 in both HAc and NaAc. 分析化学教程（2005-2006学年)

  4. 精确式 3.4.2 缓冲溶液的pH计算 设Ca mol/L HB 和Cb mol/L B- 构成的缓冲溶液 PBE 推导 参考水准： H2O, HB 参考水准： H2O, B- PBE PBE 简化 1.pH < 6 2.pH > 8 最简式 分析化学教程（2005-2006学年)

  5. x y 共轭体系质子平衡式 共轭体系 Cb mol/L NaAc与Ca mol/L HAc 参考水准 H2O, HAc PBE 参考水准 H2O, Ac- PBE 分析化学教程（2005-2006学年)

  6. 对缓冲体系 ，若共轭酸碱对的浓度相差不大，pH  pKa，可由此估计[H+]和[OH-]，并依此判断该用近似式、最简式或精确式。 例题 求0.10 mol/L NH4HF2 溶液的pH。 解：首先进行体系分析， 0.10 mol/L NH4HF2 0.10 mol/L NH4F+ 0.10 mol/L HF 体系中的酸 NH4+，HF； 构成缓冲体系 体系中的碱：F- 什么情况下可用最简式？ 分析化学教程（2005-2006学年)

  7. OH- H+ pH pH 3.4.3 缓冲容量、缓冲指数与有效缓冲范围buffer capacity buffer index buffer intensity buffer value 缓冲指数是指缓冲溶液抵御pH值变化的能力。缓冲容量 式中a与b分别代表加入的强酸或强碱的浓度。 缓冲指数是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变化时，缓冲指数也发生变化。 例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。 分析化学教程（2005-2006学年)

  8. The definition of buffer capacity (Kellner) Buffer capacity is defined as the number of moles of strong acid or base required to change the pH of 1 L of buffer solution by one pH unit. 分析化学教程（2005-2006学年)

  9. 影响缓冲指数的因素讨论： 设一缓冲体系（HA—NaA）由cHAmol/L HA 和 cA mol/L 的NaA构成，总浓度c= cHA + cA。若以HA和H2O为参考水准： PBE： 若在该体系加入强碱，并使强碱的浓度为b， PBE： 推导过程 分析化学教程（2005-2006学年)

  10. 推导过程 PBE： 分析化学教程（2005-2006学年)

  11. 分布分数或缓冲指数 pKa = 4.76 HAc Ac C   pKa 1 影响缓冲指数的因素的讨论(2) 结论：影响缓冲溶液缓冲指数大小的因数为共轭酸碱对的分布分数和缓冲溶液的总浓度。 有效缓冲范围： pKa 1 分析化学教程（2005-2006学年)

  12. 有效缓冲范围 缓冲体系 1）HF-F-，pKa = 3.17 2.17 ~ 4.17 2）HAc-Ac-， pKa = 4.76 3.76 ~ 5.76 3）H2PO4-—HPO42-，pKa2 = 7.21 6.21 ~ 8.21 4）Na2B4O7， pKa = 9.18 8.18 ~ 10.18 8.25 ~ 10.25 5）NH3-NH4+， pKa = 9.25 分析化学教程（2005-2006学年)

  13. 缓冲指数 缓冲指数分布图 1）HF-F-，pKa = 3.17 2）HAc-Ac-， pKa = 4.76 C = 1.0 mol/L C = 0.5 mol/L C = 0.2 mol/L 3）H2PO4-—HPO42-， pKa2 = 7.21 4）Na2B4O7， pKa = 9.18 5）NH3-NH4+， pKa = 9.24 问题1：其它缓冲体系的总浓度？ 6）强酸区 问题2：同浓度不同pKa的弱酸弱碱缓冲体系的异同？ 7）强碱区 分析化学教程（2005-2006学年)

  14. 缓冲指数 缓冲指数分布图 H3PO4 pKa1 = 2.16， pKa2 = 7.21 , pKa3 = 12.32 问题：如何配制全域pH缓冲溶液(系列）？ 分析化学教程（2005-2006学年)

  15. 缓冲溶液的计算 欲将pH值控制在某个范围内（△pH），缓冲溶液所能容纳外加的强酸或强碱的浓度（△a或△b）的计算： △b﹥0为加入强碱， △b﹤0为加入强酸 例 1 50 mL由0.10 mol L-1 NH3和0.10 mol L-1 NH4Cl按体积比3：1的比例配成的缓冲溶液，当其pH由9.73改变到8.73时能容纳多少盐酸？（pKa = 9.25） 题解0.052 mol/L 分析化学教程（2005-2006学年)

  16. 例题 2 已知pH=10.0的NH3-NH4Cl缓冲溶液中缓冲物质总能度为0.10 mol.L-1, 问：(1)该缓冲溶液的缓冲指数为多少（pKa=9.4)? (2) 若允许pH改变0.3pH单位时，对强碱和强酸的缓冲容量各是多少？ 解(1) 解(2)--1 结果比较与讨论 解(2)--2 分析化学教程（2005-2006学年)

  17. 分布分数或缓冲指数 pKa = 4.76 HAc Ac  pKa 1 结果比较与讨论 加酸或加碱，缓冲指数均减小 加酸时缓冲指数减小，加碱时缓冲指数增大 加碱时缓冲指数减小，加酸时缓冲指数增大 分析化学教程（2005-2006学年)

  18. 题解 解： 分析化学教程（2005-2006学年)

  19. 例3 由0.10 mol L-1 NH3和0.10mol L-1 NH4Cl按体积比3：1的比例配成的缓冲溶液，其缓冲指数为多少？ （pKa = 9.25） 题解 = 0.043 mol L-1 pH-1 例4 用0.02000 mol L-1 EDTA滴定25.00mL浓度为0.02000 mol L-1的Zn2+溶液，欲加入10 mL pH = 5.0 HAc-NaAc缓冲溶液（pKa = 4.74），为使滴定前后的pH改变不超过0.3个单位，应配制总浓度为多大的缓冲溶液？ 题解c0 = 0.78 mol L-1 分析化学教程（2005-2006学年)

  20. 题解 解： 分析化学教程（2005-2006学年)

  21. 题解 分析化学教程（2005-2006学年)

  22. 3.4.4 缓冲溶液的选择 • 所控制的pH应尽量与pKa一致，且浓度较大。 • 缓冲溶液应对体系的反应无干扰。 3.4.5 标准缓冲溶液 • 标准缓冲溶液是用来校准pH用的，它的pH值是经过实验准确测定的。 • 如果要用计算来求得 某种标准缓冲溶液的pH，必须校准离子强度的影响 分析化学教程（2005-2006学年)

  23. 讨论 某溶液中含HAc、NaAc 和Na2C2O4，其浓度分别为0.80、0.29和1.010-4 mol/L。计算此溶液中C2O42-的平衡浓度。 体系分析 碱： Ac-， C2O42-，OH-, HC2O4- 酸： HAc，H+, HC2O4-, H2C2O4 分析化学教程（2005-2006学年)

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