缓冲溶液 (2)2优秀PPT.ppt
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1、缓冲溶液现在学习的是第1页,共33页 一、缓冲溶液一、缓冲溶液pH的计算的计算 (一一一一)一般缓冲溶液一般缓冲溶液一般缓冲溶液一般缓冲溶液 现现以以一一元元弱弱酸酸及及其其共共轭轭碱碱缓缓冲冲体体系系为为例例来来讨讨论论。设设弱弱酸酸(HA)的的浓浓度度为为ca molL-1,共共轭轭碱碱(NaA)的的浓浓度度为为cb molL-1。对对HA-H2O而言而言 PBE:H+=OH-+A-则则 HA=ca-A-=ca-H+OH-对对A-H2O而言而言 PBE:H+HA=OH-则则 A-=cb-HA=cb+H+-OH-将上二式代入:将上二式代入:Ka=H+A-/HA 得:得:H+=KaHA/A-H
2、+=Ka(ca-H+OH-)/(cb+H+-OH-)现在学习的是第2页,共33页 上上式式是是计计算算一一元元弱弱酸酸及及其其共共轭轭碱碱或或一一元元弱弱碱碱及及其其共共轭轭酸酸缓缓冲冲体体系系pH值值的的通通式式,即即精精确确公公式式。上上式式展展开开后后是是一一个个含含H+的的三三次次方方程程式式,在在一一般般情情况况下下使使用用时常作近似处理。时常作近似处理。1.如如果果缓缓冲冲体体系系是是在在酸酸性性范范围围内内(pH6)起起缓缓冲冲作用作用(如如HAc-NaAc等等),溶液中,溶液中H+OH-。则则 H+=(ca-H+)/(cb+H+)Ka 或或 pH=pKa+lg(cb+H+)/(
3、ca-H+)2.如如果果缓缓冲冲体体系系是是在在碱碱性性范范围围内内(pH8)起起缓缓冲冲作作用用(如如NH3-NH4Cl等等),溶溶液液中中OH-H+可可忽忽略略H+,则则 H+=Ka(ca+OH-)/(cb-OH-)或或 pH=pKa+lg(cb-OH-)/(ca+OH-)现在学习的是第3页,共33页 3.若若ca、cb远远较较溶溶液液中中H+和和OH-大大时时,既既可可忽忽略略水水的的离离解解,又又可可在在考考虑虑总总浓浓度度时时忽忽略略弱弱酸酸和和共共轭轭碱(或弱碱与共轭酸)的离解碱(或弱碱与共轭酸)的离解H+=Kaca/cb pH=pKa+lgcb/ca (二二)标准缓冲溶液标准缓冲
4、溶液 前前面面曾曾讲讲到到,标标准准缓缓冲冲游游液液的的pH值值是是经经过过实实验验准准确确地地确确定定的的,即即测测得得的的是是H+的的活活度度。因因此此,若若用用有有关关公公式式进进行行理理论论计计算算时时,应应该该校校正正离离子子强强度度的的影影响响,否否则则理理论论计计算算值值与与实实验验值值不不相相符符。例例如如由由0.025 molL-1Na2HPO4和和0.025 molL-1 KH2PO4所所组组成成的的缓缓冲冲溶溶液液,经经精精确确测测定定,pH值为值为6.86。现在学习的是第4页,共33页 若不考虑离子强度的影响,按一般方法计算则得:若不考虑离子强度的影响,按一般方法计算则
5、得:pH=pKa2+lgcb/ca=7.20+lg0.025/0.025=7.20 此此计计算算结结果果与与实实验验值值相相差差较较大大。在在标标准准缓缓冲冲溶溶液液pH值值的的理理论论计计算算中中,必必须须校校正正离离于于强强度度的的影影响响。即即以以物物质的活度代入公式进行计算。质的活度代入公式进行计算。a=c -活度系数活度系数 对于对于c0.1 molL-1的稀电解质溶液;的稀电解质溶液;=-0.50Z2I1/2/(1+I1/2)-0.30I I离子强度,其定义为:离子强度,其定义为:I=(c1Z12+c2Z22+cnZn2)/2溶液的越大,溶液的越大,值越小,离子活度与浓度之间的差值
6、越小,离子活度与浓度之间的差值越大。当值越大。当时,时,ac。现在学习的是第5页,共33页 例例 考考 虑虑 离离 子子 强强 度度 的的 影影 响响,计计 算算 0.025molL-1 Na2HPO40.025 molL-KH2PO4缓冲溶液的缓冲溶液的 pH值。值。解:解:I=0.10 mol/L 现在学习的是第6页,共33页 例例2 考考虑虑离离子子强强度度的的影影响响,计计算算0.05 molL-1 邻邻苯苯二二甲甲酸酸氢氢钾钾(KHP)缓缓 冲冲 溶溶 液液 的的 pH值值。已已知知:pKa1=2.95,pKa2=5.41。解解:根据两性物质最简式可得:根据两性物质最简式可得式式中中
7、酸酸常常数数为为浓浓度度常常数数。考考虑虑离离子子强强度度影影响响,浓浓度度常常数数与活度常数的关系为:与活度常数的关系为:现在学习的是第7页,共33页 故:故:I=1/2(0.05012+0.05012)=0.050 mol/L 于是:于是:现在学习的是第8页,共33页 二、缓冲容量和缓冲范围二、缓冲容量和缓冲范围 缓缓冲冲溶溶液液是是一一种种能能对对溶溶液液酸酸度度起起稳稳定定(缓缓冲冲)作作用用的的溶溶液液,如如果果向向溶溶液液加加入入少少量量强强酸酸或或强强碱碱,或或者者将将其其稍稍加加稀稀释释时时,缓缓冲冲溶溶液液能能使使溶溶液液的的pH值值基基本本上上保保持持不不变变。也也就就是是
8、说说,缓缓冲冲溶溶液液只只能能在在加加入入一一定定数数量量的的酸酸碱碱,才才能能保保持持溶溶液液的的pH基本保持不变。基本保持不变。1922年年范范斯斯莱莱克克提提出出以以缓缓冲冲容容量量作作为为衡衡量量溶溶液液缓缓冲冲能力的尺度能力的尺度。其定义可用数学式表示为:。其定义可用数学式表示为:db/dpH=-da/dpH现在学习的是第9页,共33页 -缓缓冲冲容容量量;db、da-强强碱碱和和强强酸酸的的物物质质的的量量;dpH-pH改改变变值值。公公式式的的物物理理意意义义:为为使使缓缓冲冲溶溶液液的的pH值值增增加加(或减小)(或减小)1个单位所需加入强碱(酸)的物质的量。个单位所需加入强碱
9、(酸)的物质的量。越大,溶液的缓冲能力越大。可以证明:越大,溶液的缓冲能力越大。可以证明:=2.3cHAA-=2.3cHA(1-HA)max=2.30.5 0.5c=0.575c 缓缓冲冲容容量量的的影影响响因因素素:缓缓冲冲容容量量的的大大小小与与缓缓冲冲溶溶液液的的总总浓浓度度及及组组分分比比有有关关。总总浓浓度度愈愈大大,缓缓冲冲容容量量愈愈大大;总总浓浓度一定时,缓冲组分的浓度比愈接于度一定时,缓冲组分的浓度比愈接于1:1,缓冲容量愈大。,缓冲容量愈大。现在学习的是第10页,共33页 缓缓冲冲组组分分的的浓浓度度比比越越小小,缓缓冲冲容容量量也也越越小小,甚甚至至失失去去缓缓冲冲作作用
10、用。因因此此,任任何何缓缓冲冲溶溶液液的的缓缓冲冲作作用用都都有有一一个个有有效效的的缓缓冲冲范范围围。缓缓冲冲作作用用的的有有效效pH范范围围叫叫做做缓缓冲冲范范围围。这这个个范范围围大大概概在在pKa(或或pKa)两两侧侧各各一一个个pH单单位位之内。即之内。即 pHpKa1现在学习的是第11页,共33页三、缓冲溶液的选择和配制三、缓冲溶液的选择和配制 (一)选择原则(一)选择原则(一)选择原则(一)选择原则 一、缓冲溶液对分析反应没有干扰;一、缓冲溶液对分析反应没有干扰;二、有足够的缓冲容量;二、有足够的缓冲容量;三、其三、其pH值应在所要求的稳定的酸度范围以内。值应在所要求的稳定的酸度
11、范围以内。为此,组成缓冲溶液的酸(或碱)的为此,组成缓冲溶液的酸(或碱)的pKa应等于或接应等于或接近于所需的近于所需的pH值;或组成缓冲溶液的碱的值;或组成缓冲溶液的碱的pKb应等于应等于或接近于所需的或接近于所需的pOH值。值。现在学习的是第12页,共33页 (二)常用类型(二)常用类型 1.强酸或强碱控制溶液的酸度。强酸或强碱控制溶液的酸度。(若若分分析析反反应应要要求求溶溶液液的的酸酸度度稳稳定定在在pH02,或或pH1214的范围内)的范围内).共轭酸碱对(较高浓度)。共轭酸碱对(较高浓度)。.多元弱酸和弱碱混合液。多元弱酸和弱碱混合液。现在学习的是第13页,共33页在许多缓冲体系中
12、,都只有一个在许多缓冲体系中,都只有一个在许多缓冲体系中,都只有一个在许多缓冲体系中,都只有一个pKpKa(或或或或pKb)在起作在起作在起作在起作用,其缓冲范围一般都比较窄。如果要求的用,其缓冲范围一般都比较窄。如果要求的用,其缓冲范围一般都比较窄。如果要求的用,其缓冲范围一般都比较窄。如果要求的pH值超出这值超出这值超出这值超出这个范围,就会降低缓冲容量。因此,为使同一缓冲体系能个范围,就会降低缓冲容量。因此,为使同一缓冲体系能个范围,就会降低缓冲容量。因此,为使同一缓冲体系能个范围,就会降低缓冲容量。因此,为使同一缓冲体系能在较广泛的在较广泛的在较广泛的在较广泛的pHpH范围内起缓冲作用
13、。例如,由柠檬酸范围内起缓冲作用。例如,由柠檬酸范围内起缓冲作用。例如,由柠檬酸范围内起缓冲作用。例如,由柠檬酸(pKa13.133.13,pKa2a24.76,pKpKa36.40)和磷酸氢二钠和磷酸氢二钠和磷酸氢二钠和磷酸氢二钠(H(H3 3POPO4的的的的pKpKa1a12.122.12,pKa2=7.20,pKa112.36)两种溶两种溶两种溶两种溶液按不同比例混合,可得到液按不同比例混合,可得到液按不同比例混合,可得到液按不同比例混合,可得到pH为为2.02.0、2.2、8.08.0等一等一等一等一系列缓冲溶液。这类缓冲溶液的配方可在有关手册中查到。系列缓冲溶液。这类缓冲溶液的配方
14、可在有关手册中查到。系列缓冲溶液。这类缓冲溶液的配方可在有关手册中查到。系列缓冲溶液。这类缓冲溶液的配方可在有关手册中查到。表表表表5 52中列出了常用的一般缓冲溶液。中列出了常用的一般缓冲溶液。中列出了常用的一般缓冲溶液。中列出了常用的一般缓冲溶液。简单缓冲体系的配方简单缓冲体系的配方简单缓冲体系的配方简单缓冲体系的配方,可利用有关公式计算得到。可利用有关公式计算得到。可利用有关公式计算得到。可利用有关公式计算得到。现在学习的是第14页,共33页解解:c cHAcAc=6.034.0/500=0.41 mol/L=6.034.0/500=0.41 mol/L由由H+=HAcKa/Ac-得:得
15、:Ac-=HAcKa/H+=0.411.810-5/1.010-5 =0.74 mol/L 在在500ml溶液中需要溶液中需要NaAc3H2O的质量为:的质量为:m 136.10.74 500/1000=50(g)例例3 欲配制欲配制pH5.00的缓冲溶液的缓冲溶液500毫升,已用去毫升,已用去6.0mol/LHAc34.0mL,问需要,问需要NaAc3H2O 多少克多少克?现在学习的是第15页,共33页 5-5 酸碱指示剂酸碱指示剂一、指示剂的作用原理一、指示剂的作用原理 酸碱滴定过程本身不发生任何外观的变化,故常借酸碱滴定过程本身不发生任何外观的变化,故常借助酸碱指示剂的颜色变化来指示滴定
16、的计量点。助酸碱指示剂的颜色变化来指示滴定的计量点。酸碱酸碱指示剂自身是弱的有机酸或有机碱,其共扼酸碱对具指示剂自身是弱的有机酸或有机碱,其共扼酸碱对具有不同的结构,且颜色不同。当溶液的有不同的结构,且颜色不同。当溶液的pH值改变时,值改变时,共轭酸碱对相互发生转变、从而引起溶液的颜色发生共轭酸碱对相互发生转变、从而引起溶液的颜色发生变化。变化。现在学习的是第16页,共33页 例例如如,酚酚酞酞指指示示剂剂是是弱弱的的有有机机酸酸,它它在在水水溶溶液液中中发生离解作用和颜色变化。发生离解作用和颜色变化。当当溶溶液液酸酸性性减减小小,平平衡衡向向右右移移动动,由由无无色色变变成成红红色色;反反之
17、之在在酸酸性性溶溶液液中中,由由红红色色转转变变成成无无色色。酚酚酞酞的的碱碱型型是是不不稳稳定定的的,在在浓浓碱碱溶溶液液中中它它会会转转变变成成羧羧酸酸盐盐式式的无色三价离子。的无色三价离子。使用时,酚酞一般配成酒精溶液。使用时,酚酞一般配成酒精溶液。现在学习的是第17页,共33页现在学习的是第18页,共33页 又如,又如,甲基橙是一种双色指示剂甲基橙是一种双色指示剂,它在溶液,它在溶液中发生如下的离解中发生如下的离解,在碱性溶液中,平衡向左移动,在碱性溶液中,平衡向左移动,由红色转变成黄色;反之由黄色转变成红色。由红色转变成黄色;反之由黄色转变成红色。使用时,甲基橙常配成使用时,甲基橙常
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