缓冲溶液pH计算.ppt
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1、4.5 4.5 缓冲溶液缓冲溶液pHpH的计算的计算(HA+A-)(p57)先写出质子条件先写出质子条件 HA=ca-H+OH-A-=cb+H+-OH-代入平衡关系代入平衡关系,得精确式得精确式酸性酸性,略去略去OH-:碱性碱性,略去略去H+:若若Ca OH-H+或或Cb H+-OH-则最简式则最简式计算方法计算方法:(1)先按最简式计算先按最简式计算H+.(2)再将再将OH-或或H+与与ca,cb比较比较,看忽略是否合理看忽略是否合理.例例(a)0.040molL-1 HAc 0.06molL-1 NaAc 先按最简式先按最简式:(b)0.080molL-1二氯乙酸二氯乙酸 0.12molL
2、-1二氯乙酸钠二氯乙酸钠 先用最简式先用最简式:molL-1caH+,cbH+结果合理结果合理 pH=4.94应用近似式应用近似式:解一元二次方程解一元二次方程,H+=10-1.65 molL-1,pH=1.65 4.5.2 4.5.2 缓冲指数缓冲指数(buffer indexbuffer index)物理意义:物理意义:使使1L1L溶液溶液PHPH值增加或减小值增加或减小dpHdpH单单位时,所需强碱或强酸的量。位时,所需强碱或强酸的量。强酸控制溶液强酸控制溶液pHpH时时,强碱控制溶液强碱控制溶液pHpH时时,弱酸控制溶液弱酸控制溶液pHpH(pH=pKapH=pKa1 1)时时,当当C
3、a/Cb=1:1时,时,pKa=pH时,时,有极值。有极值。缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲溶液的溶液的Ca/Ca/CbCb有关。有关。总浓度愈大(一般为总浓度愈大(一般为0.010.011mol/L1mol/L之间);之间);Ca/Ca/CbCb应在应在1/101/1010/110/1范围内,浓度愈接近范围内,浓度愈接近1 1:1 1,缓冲容量愈大。,缓冲容量愈大。4.5.4 4.5.4 重要的缓冲溶液重要的缓冲溶液标准缓冲溶液的标准缓冲溶液的pHpH是实验测定的是实验测定的,用于校准酸度计。用于校准酸度计。缓缓 冲冲 溶溶 液液p
4、H(25oC)饱和酒石酸氢钾饱和酒石酸氢钾(0.034molkg-1)3.557邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾(0.050molkg-1)4.0080.025molkg-1 KH2PO4+0.025molkg-1 Na2HPO4 6.865硼砂硼砂(0.010molkg-1)9.180饱和氢氧化钙饱和氢氧化钙12.454常用标准缓冲溶液常用标准缓冲溶液缓冲溶液的选择原则缓冲溶液的选择原则1.1.有较大的缓冲能力有较大的缓冲能力:c 较大较大(0.011molL-1);pHpKa 即即ca cb1 14.5 6810HAc NaAc:pKa=4.76 (pH 45.5)NH4ClNH3:pKb=4
5、.75 (pH )(CH2)6N4(CH2)6N4H+:pKb=8.87 (pH )2.2.不干扰测定不干扰测定(EDTAEDTA滴定滴定PbPb2+2+,不用不用HAcHAc-Ac-Ac-)。常用缓冲溶液常用缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液pKa缓冲范围缓冲范围氨基乙酸氨基乙酸+HCl2.351.53.0氯乙酸氯乙酸+NaOH2.8623.5甲酸甲酸+NaOH3.7734.5HAc+NaAc4.7645.5六次甲基四胺六次甲基四胺+HCl5.134.56.0H2PO4-+HPO42-7.216.58三羟甲基甲胺三羟甲基甲胺+HCl8.217.59硼砂硼砂(H3BO3+H2BO3-)9.248.510
6、NH4+NH39.258.510缓冲溶液的配制方法缓冲溶液的配制方法 1.1.按比例加入按比例加入HAHA和和A(NaAc+HAc,NH4Cl+NH3);2.2.溶液中溶液中HH+大大,加过量加过量A A-,溶液中溶液中OHOH-大大,加过量加过量HAHA;3.3.溶液中有溶液中有HA,HA,可加可加NaOHNaOH中和一部分中和一部分,溶液中有溶液中有A,A,可加可加HClHCl中和一部分中和一部分;形成形成HA-AHA-A-共轭体系共轭体系配制缓冲溶液的计量方法配制缓冲溶液的计量方法方法方法1 1:(:(确定引入酸确定引入酸oror碱碱)1.1.按所需按所需pHpH求求c ca a/c c
7、b b:pH:pH0 0=p pK Ka a+lg(+lg(c cb b /c ca a););2.2.按引入的酸按引入的酸(碱碱)量量c ca a及及pHpH变化限度计算变化限度计算c ca a和和c cb b:3.3.据据c ca a,c cb b及所需溶液体积配制溶液及所需溶液体积配制溶液.方法方法2 2:(:(确定引入酸确定引入酸oror碱碱)1.1.分别计算分别计算pHpH0 0和和pHpH1 1时的时的x(HA)、x(A)2.2.引入酸的量引入酸的量c(HCl)=x(HA)c总总 (引入碱的量引入碱的量c(NaOH)=x(A)c总总)求出求出c总总3 3.pH0时时 ca=c总总x
8、(HA)cb=c总总x(A)方法方法3 3:(:(引入酸碱均适用引入酸碱均适用)1.1.根据引入的酸根据引入的酸(碱碱)量求量求2.2.根据所需根据所需pHpH求总浓度求总浓度c c:=2.3:=2.3c cxx0 0 x x1 13.3.按按x x0 0与与x x1 1的比值配成总浓度为的比值配成总浓度为c c的缓冲溶液的缓冲溶液.例:例:欲制备欲制备200 mL pH=9.35 的的NH3-NH4Cl缓冲溶液,且使该溶液在加入缓冲溶液,且使该溶液在加入1.0 mmol 的的HCl或或NaOH时,时,pH的改变不大的改变不大于于0.12单位,需用多少克单位,需用多少克NH4Cl和多少毫和多少
9、毫升升1.0 mol/L氨水?氨水?pKb(NH3)=4.75解解又又m(NH4Cl)=(cV)M(NH4Cl)V(NH3)=(c V)/c(NH3)五、酸碱指示剂的变色原理及选择五、酸碱指示剂的变色原理及选择1酸酸碱碱指指示示剂剂:酸酸碱碱指指示示剂剂一一般般是是有有机机弱弱酸酸或或弱弱碱碱,当当溶溶液液中中的的pH值值改改变变时时,指指示示剂由于结构的改变而发生颜色的改变。剂由于结构的改变而发生颜色的改变。以以HIn表表示示弱弱酸酸型型指指示示剂剂,其其在在溶溶液液中中的的平平衡移动过程,可以简单表示如下:衡移动过程,可以简单表示如下:HIn+H2O=H3O+In-KHIn=(In-H+/
10、HIn)KHIn/H+=In-/HIn 指示剂的颜色转变依赖于比值指示剂的颜色转变依赖于比值InIn-/HIn/HIn InIn-代表代表碱式碱式色色色色 HInHIn代表代表酸式色色 酸酸碱碱指指示示剂剂:一一类类有有颜颜色色的的有有机机物物质质,随随溶溶液液pHpH的的不不同同呈呈现现不不同同颜颜色色,颜颜色色与与结结构构相互关联。相互关联。酚酞:三苯甲烷类,碱滴酸时用。酚酞:三苯甲烷类,碱滴酸时用。变色范围:变色范围:8 810 10,无色变红色。,无色变红色。甲基橙:偶氮类结构,酸滴碱时用。甲基橙:偶氮类结构,酸滴碱时用。变色范围:变色范围:3.1-4.4 3.1-4.4,黄色变橙红色
11、。,黄色变橙红色。n甲基橙:三苯甲烷类,酸滴碱时用。变色范围:甲基橙:三苯甲烷类,酸滴碱时用。变色范围:3.1 4.4,黄色变橙色。,黄色变橙色。酚酞:偶氮类结构,碱滴酸时用。变色范围:酚酞:偶氮类结构,碱滴酸时用。变色范围:8 10,无色变红色。,无色变红色。变色原理:变色原理:以以HInHIn表示弱酸型指示剂,在溶液中的平衡移表示弱酸型指示剂,在溶液中的平衡移动过程,可以简单表示如下:动过程,可以简单表示如下:HIn+H2O =H3+O+In-HIn=HHIn=H+In+In-K KHInHIn=(H=(H+InIn-)/HIn)/HInK KHInHIn称指示剂常数称指示剂常数,在一定温
12、度下在一定温度下,它是个常数它是个常数.将上式改写为将上式改写为:In-/HIn=KHIn/H+显然,指示剂颜色的转变依赖于显然,指示剂颜色的转变依赖于In-和和HIn的比值。若将上式等号两边取对数,则的比值。若将上式等号两边取对数,则:lg(In-/HIn)=lg KHIn-lgH+pH=pKHIn+lg(In-/HIn)KHIn 一定,指示剂颜色随溶液一定,指示剂颜色随溶液H+浓度浓度改变而变化。改变而变化。In-=HIn,pH=pKHIn,溶液的颜色是酸色和碱色溶液的颜色是酸色和碱色的的中间色中间色;In-/HIn=1/10时时,则则pH1=pKHIn1,酸色酸色,勉强勉强辨认出碱色辨认
13、出碱色;In-/HIn=10/1时时,则则pH2=pKHIn+1,碱色勉强辨认碱色勉强辨认出酸色出酸色。指示剂的变色范围为:指示剂的变色范围为:pH=ppH=pK KHInHIn11 结论结论:1)酸碱指示剂的变色范围取决于指示剂常数值KHIn 2)各种指示剂在变色范围内显示出过渡色3)指示剂的变色间隔不会大于2个pH单位4)指示剂加入量影响:适当少些颜色明显;加的多,消耗滴定剂。pKHIn2 2混合指示剂混合指示剂为了使指示剂的变色范围变窄,在终点时颜为了使指示剂的变色范围变窄,在终点时颜色变化敏锐,可以采用混合指示剂。色变化敏锐,可以采用混合指示剂。混合指示剂混合指示剂混合指示剂混合指示剂
14、是利用颜色的互补作用,使变色范围变窄的。是利用颜色的互补作用,使变色范围变窄的。有两种配制方法有两种配制方法有两种配制方法有两种配制方法:(1 1)由两种或两种以上的指示剂混合而成。)由两种或两种以上的指示剂混合而成。)由两种或两种以上的指示剂混合而成。)由两种或两种以上的指示剂混合而成。例如例如例如例如:溴甲酚绿溴甲酚绿+甲基红,在甲基红,在pH=5.1时,甲基时,甲基红呈现的橙色和溴甲酚绿呈现的绿色,两者互红呈现的橙色和溴甲酚绿呈现的绿色,两者互为补色而呈现灰色,这时颜色发生突变,变色为补色而呈现灰色,这时颜色发生突变,变色十分敏锐。十分敏锐。(2 2)在某种指示剂中加入一种惰性染料。)在
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