7弱酸碱的电离平衡.ppt

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1、首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页1化学反应涉及四大化学平衡：化学反应涉及四大化学平衡：v酸碱电离平衡酸碱电离平衡v沉淀溶解平衡沉淀溶解平衡v配位平衡配位平衡v氧化还原平衡氧化还原平衡本章讨论在水溶液中的行为本章讨论在水溶液中的行为首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页2 第第3 3 章章 水水 化化 学学首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页33.1 3.1 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡3.2 3.2 难溶电解质的多相离子平衡难溶电解质的多相离子平衡3.3 3.3 表面活性剂表面活性剂教学内容教学内容首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页43.1

2、3.1 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡 水溶液中的单相离子平衡一般分为酸、碱的水溶液中的单相离子平衡一般分为酸、碱的解离平衡解离平衡及及配离子的解离配离子的解离平衡两类。平衡两类。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页5学习要求学习要求v 明明确确酸酸碱碱的的近近代代概概念念，酸酸碱碱的的解解离离平平衡衡和缓冲溶液的概念，掌握有关和缓冲溶液的概念，掌握有关pHpH的计算的计算;v了解配离子的解离平衡及其移动；了解配离子的解离平衡及其移动；首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页6 根据电解质解离度的大小，将电解质分为根据电解质解离度的大小，将电解质分为强电解质强电解质和

3、和弱电解质弱电解质两类。强电解质在水中全两类。强电解质在水中全部解离，而弱电解质在水溶液中只有部分解离，部解离，而弱电解质在水溶液中只有部分解离，大部分仍以分子形式存在。弱电解质在水溶液大部分仍以分子形式存在。弱电解质在水溶液中存在中存在解离平衡解离平衡。3.1.1 3.1.1 酸碱的电离平衡酸碱的电离平衡 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页7一、基本概念一、基本概念 1.1.酸碱的概念酸碱的概念 酸酸:在水中电离出的阳离子全部为在水中电离出的阳离子全部为H H+碱碱:在水中电离出的阴离子全部为在水中电离出的阴离子全部为OHOH-H H2 2SOSO4 4=HSO=HSO4 4+H+

4、H+NaOHNaOH=Na=Na+OH+OH-中和反应的实质中和反应的实质 H H+OH+OH-=H=H2 2OO 水溶液中电解质部分电离水溶液中电解质部分电离SvanteSvante August Arrhenius August Arrhenius 瑞典化学家瑞典化学家 1903190319031903因此理论因此理论因此理论因此理论获诺贝尔奖获诺贝尔奖获诺贝尔奖获诺贝尔奖阿仑尼乌斯电离理论阿仑尼乌斯电离理论首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页8酸碱电离理论的缺陷：酸碱电离理论的缺陷：把酸、碱的定义局限于以水为溶剂的系统。把酸、碱的定义局限于以水为溶剂的系统。无法解释无法解释NHN

5、H3 3、NaNa2 2COCO3 3均不含均不含OHOH，也具有碱性。也具有碱性。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页9布朗斯特酸碱质子理论：布朗斯特酸碱质子理论：酸：能给出质子的物质酸：能给出质子的物质碱：能结合质子的物质碱：能结合质子的物质如在水溶液中如在水溶液中 HCl(aqHCl(aq）H H+(aq(aq)+)+ClCl-(aq(aq)HAc(aq)HAc(aq)H H+(aq(aq)+)+AcAc(aq(aq)NH NH4 4+(aq)(aq)H H+(aq(aq)+NH)+NH3 3(aq)(aq)HCO HCO3 3-(aq)(aq)H H+(aq(aq)+CO)+C

6、O3 32-2-(aq)(aq)酸酸 质子质子 +碱碱首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页10共轭酸碱概念共轭酸碱概念 共轭酸碱对共轭酸碱对 HAcHAc+H+H2 2O HO H3 3OO+Ac+Ac-(电离电离)HAcHAc/Ac/Ac-,H H3 3OO+/H/H2 2OOH H3 3OO+NH+NH3 3 H H2 2O+NHO+NH4 4 (中和中和)NH)NH4 4/NH/NH3,3,H H3 3OO+/H/H2 2OOH H2 2O+CNO+CN-OH OH-+HCN (+HCN (水解水解)HCN/CN)HCN/CN-,H,H2 2O/OHO/OH-H H2 2O+CO

7、O+CO3 3 HCOHCO3 3 +OH+OH(水解水解)HCO)HCO 3 3/CO/CO3 3 2-2-,H,H2 2O/OHO/OH-2-2-+酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸酸 质子质子 +碱碱 (质子给予体）质子给予体）(质子接受体）质子接受体）首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页11酸碱质子理论扩大了酸碱的范围，它比电离理论酸碱质子理论扩大了酸碱的范围，它比电离理论更广泛，其酸碱的定义只以更广泛，其酸碱的定义只以H H+为判据，与溶剂无为判据，与溶剂无关，可以解释关，可以解释NHNH3 3、NaNa2 2COCO3 3以及以及NHNH4

8、4ClCl等的酸碱等的酸碱性。性。两性物质两性物质:H:H2 2O,HCOO,HCO3 3 (所有酸式根所有酸式根)无盐的概念无盐的概念:NH:NH4 4Cl (Cl (酸碱酸碱复合物复合物)首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页12路易斯酸碱电子理论路易斯酸碱电子理论凡凡能能接接受受电电子子对对的的物物质质是是酸酸，凡凡能能给给出出电电子子对对的的物质是碱。物质是碱。H H+OHOH-=H=H2 2OO 酸酸 +碱碱 =酸碱加合物酸碱加合物如：如：CuCu2+2+4NH +4NH3 3 Cu(NH Cu(NH3 3)4 4 2+2+深蓝色深蓝色 酸酸 碱碱 加合物加合物酸碱电子理论摆脱

9、了酸必须含有酸碱电子理论摆脱了酸必须含有H H的限制，包括的范围更广。的限制，包括的范围更广。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页13pH=pH=lgc(Hlgc(H+)/c)/c0 0 pOHpOH=lgc(OHlgc(OH-)/c)/c0 0pH+pOHpH+pOH=14=142.pH2.pH和和pOHpOH首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页141 1、电离常数、电离常数v 一元弱酸碱一元弱酸碱 HAc(aqHAc(aq)=)=H H+(aq(aq)+)+AcAc(aq(aq)二、一元弱酸碱的电离二、一元弱酸碱的电离酸：酸：acidacid可简化为：可简化为：首首 页页末

10、末 页页下一页下一页上一页上一页15K Ka a、K Kb b：与：与温度有关温度有关,其值可由热力学数据求算，也其值可由热力学数据求算，也由实验测定，其值越大，表酸（碱）的酸（碱）性由实验测定，其值越大，表酸（碱）的酸（碱）性越强。越强。同理一元弱碱的电离用解离常数同理一元弱碱的电离用解离常数K Kb b 表示表示 如：如：NHNH3 3+H+H2 20=NH0=NH4 4+OH+OH-可简化为：可简化为：首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页16同类型弱酸同类型弱酸(碱碱)的的相对强弱相对强弱可由解离常数值的大小可由解离常数值的大小得出：得出：如如KaKaHFHF=3.5310=3.

11、5310-4-4 KaKaHAcHAc=1.7610=1.7610-5-5则酸性则酸性HFHF强于强于HAcHAcHF,HHF,H2 2SOSO3 3,HNO,HNO2 2,H,H3 3POPO4 4 一般称为中强酸一般称为中强酸一般一般KaKa在在1010-2-21010-7-7为弱酸，小于为弱酸，小于1010-7-7为极弱酸。为极弱酸。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页17共轭酸碱解离常数之间关系共轭酸碱解离常数之间关系根根据据已已知知弱弱酸酸(碱碱)的的解解离离常常数数K Ka a(K Kb b)，可可计计算算得得其其共共轭离子碱轭离子碱(酸酸)的的K Kb b(K Ka a)

12、。以以AcAc为例为例:Ac(aqAc(aq)+H)+H2 2O(l)=HAc(aq)+O(l)=HAc(aq)+OH(aqOH(aq)首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页18常温时，常温时，K Kww=1.0 10=1.0 101414即即 K K a a KK b b=K Kww,K Kww称为水的离子积常数称为水的离子积常数AcAc的共轭酸是的共轭酸是HAcHAc：HAc(aq)=HAc(aq)=H H+(aq(aq)+)+Ac(aqAc(aq)首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页19思考思考1 1：对于共轭酸碱的概念，若其共轭酸越对于共轭酸碱的概念，若其共轭酸越强，则其

13、共轭碱越弱。此结论正确吗？强，则其共轭碱越弱。此结论正确吗？K Ka a、K Kb b互成反比，体现了共轭酸碱之间的强度对互成反比，体现了共轭酸碱之间的强度对立统一的辨证关系。立统一的辨证关系。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页20表示弱酸碱电离程度的不仅可用电离常数表示弱酸碱电离程度的不仅可用电离常数 ，还用可电离度还用可电离度表示。表示。电离常数与电离度的电离常数与电离度的异同与关系异同与关系：同：均表示一定条件下的电离程度同：均表示一定条件下的电离程度异：电离常数只与温度有关，而电离度与温异：电离常数只与温度有关，而电离度与温度和弱电解质浓度有关。度和弱电解质浓度有关。首首 页

14、页末末 页页下一页下一页上一页上一页21电离常数与电离度的关系：电离常数与电离度的关系：设一元弱酸设一元弱酸HAHA的浓度为的浓度为c c，平衡时电离度为，平衡时电离度为 HA =HHA =H+A +A-起始浓度起始浓度 c c 0 0 0 0平衡浓度平衡浓度 c-cc-c c c c稀释定律稀释定律首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页22设一元弱酸设一元弱酸HAHA的浓度为的浓度为c c HA=HHA=H+A +A-起始浓度起始浓度 c c 0 0 0 0平衡浓度平衡浓度 c-xc-x x x x x则则同理，对于一元弱碱：同理，对于一元弱碱：2 2、PHPH值的计算值的计算)(2x

15、CxKa-=如果如果c/ka400,c/ka400,c-xcc-xc首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页23例例1 1 已知已知HAcHAc的的Ka=1.7610-5，计算计算3.0%3.0%米醋米醋(含含HAcHAc浓度为浓度为0.50 moldm-3)的的pHpH。解解：设设米米醋醋溶溶液液中中H+H+的的平平衡衡浓浓度度为为x moldm-3,则则 HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq)平衡浓度平衡浓度/moldm-3 0.50 xxxpH=lg c(H+)/c =lg(2.9710-3)=3 0.47=2.53Ka=1.7610-5 c/Ka 400 0.50 x 0.5

16、 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页24思考：思考：0.1 mol.dm0.1 mol.dm-3-3的的NHNH4 4ClCl的的pHpH值？已知氨的值？已知氨的 Kb=1.7610Kb=1.7610-5-5首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页25三、三、多元弱酸和多元弱碱多元弱酸和多元弱碱多元弱酸多元弱酸(碱碱)的解离是分级进行的，每一级解离都的解离是分级进行的，每一级解离都有一个解离常数有一个解离常数,以磷酸为例：以磷酸为例：一级解离：一级解离：二级解离：二级解离：三级解离三级解离 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页26式式中中，K Ka,3 a,3 K K a

17、,2a,2 K K a,1a,1，每每级级解解离离常常数数差差3 36 6个个数数量量级级。因因此此，H H+浓浓度度的的计计算算以以一一级级解解离为主。离为主。比比较较多多元元弱弱酸酸的的酸酸性性强强弱弱时时，只只需需比比较较它们一级解离常数值即可。它们一级解离常数值即可。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页27思考：思考：设有一个二元酸，其一设有一个二元酸，其一 级和二级解离常数级和二级解离常数分别为分别为K Ka,1a,1和和K Ka,2a,2，共轭碱的一共轭碱的一 级和二级解离常数级和二级解离常数分别为分别为K Kb,1b,1和和K Kb,2b,2，它们之间有何关系？它们之间有

18、何关系？已已知知K Ka a或或K Kb b，可可求求共共轭轭酸酸碱碱对对中中另另一一个个碱碱或或酸酸的的K Kb b或或K Ka a的的值值。在在本本题题中中，K Ka,1a,1 K Kb,2b,2 =K Kww，K Ka,2a,2 K Kb,1b,1=K Kww。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页28附例附例3.3 3.3 已知已知 H H2 2COCO3 3的的 K Ka,1a,1=4.3010=4.3010-7-7，K K a,2a,2 =5.61105.6110-11-11,计算计算0.0200 moldm0.0200 moldm-3-3 H H2 2COCO3 3溶液中溶

19、液中H H+的浓度及的浓度及pHpH。解：解：K Ka,2a,2K Ka,1a,1，求，求c c(H(H+)只需考虑一级电离只需考虑一级电离 pH=pH=lg lg 9.2710 9.2710 5 5=4.03=4.03首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页29溶液溶液pHpH的实验测定：的实验测定：pHpH试纸试纸(广泛广泛,精密精密)简单、方便、粗略简单、方便、粗略 pHpH计（酸度计）计（酸度计）较精确、可数字显示或自动记录较精确、可数字显示或自动记录 首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页3050 50 mLHAcmLHAcNaAcNaAc c c(HAc(HAc)=)=c

20、 c(NaAc(NaAc)=0.10moldm =0.10moldm-3 3 pH=4.74 pH=4.74缓冲溶液的特性：向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱缓冲溶液的特性：向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液适当稀释，而溶液本身或将溶液适当稀释，而溶液本身pHpH能保持相对稳定能保持相对稳定加入加入1 1滴滴(0.05ml)(0.05ml)1moldm1moldm-3-3 HClHCl加入加入1 1 滴滴(0.05ml)(0.05ml)1moldm1moldm-3-3 NaOHNaOH50 ml 50 ml 纯水纯水 pH=7pH=7pH=4.75pH=4.75pH=3pH=3pH=11pH=

21、11pH=4.73pH=4.73首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页31四四.缓冲溶液和缓冲溶液和pHpH的控制的控制1 1、同离子效应、同离子效应在在HAcHAc的的水水溶溶液液中中，加加入入NaAcNaAc,使使得得HAcHAc解解离离平平衡向左移动，衡向左移动，HAcHAc的解离度降低。的解离度降低。HAc(aqHAc(aq)=)=H H+(aq(aq)+Ac)+Ac-(aqaq)在弱酸的溶液中加入该酸的共轭碱，或在弱碱的溶在弱酸的溶液中加入该酸的共轭碱，或在弱碱的溶液中加入该碱的共轭酸，使得弱酸或弱碱的解离度液中加入该碱的共轭酸，使得弱酸或弱碱的解离度大大下降的现象，称为同离子

22、效应。大大下降的现象，称为同离子效应。具有同离子效应的体系对外来的少量酸碱具有抵御具有同离子效应的体系对外来的少量酸碱具有抵御功能。功能。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页322 2、缓冲溶液、缓冲溶液机理：机理：组成：弱酸（碱）及其共轭碱（酸）组成：弱酸（碱）及其共轭碱（酸）当溶液中加入少量强酸时，当溶液中加入少量强酸时，H H+与与AcAc结合生成结合生成HAcHAc，使，使H H+的浓度保持基本不变。的浓度保持基本不变。以以HAcHAc和和NaAcNaAc的混合溶液为例的混合溶液为例:NaAcNaAc Na Na+Ac+Ac-HAc(aqHAc(aq)H H+(aq(aq)+A

23、c)+Ac-(aqaq)系统中大量系统中大量HAcHAc、AcAc存在，使存在，使H H+相对较少。相对较少。首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页33若往系统中加入少量强碱，则若往系统中加入少量强碱，则H H+与与OHOH-结合生结合生成成H H2 2OO，使，使HAcHAc解离平衡右移，解离平衡右移，HAcHAc的浓度减少，的浓度减少，而而H H+的浓度仍保持基本不变。的浓度仍保持基本不变。以以HAcHAc和和NaAcNaAc的混合溶液为例的混合溶液为例:NaAcNaAc Na Na+Ac+Ac-HAc(aqHAc(aq)H H+(aq(aq)+Ac)+Ac-(aqaq)首首 页页末

24、末 页页下一页下一页上一页上一页34 pH pH （以（以HAc-NaAcHAc-NaAc为例）为例）HAc(aqHAc(aq)H H+(aq(aq)+Ac-()+Ac-(aqaq)起始浓度起始浓度C C酸酸 0 0 C C盐盐平衡浓度平衡浓度 C C酸酸-x x C-x x C盐盐+x+x同理：对同理：对NHNH3 3H H2 20-NH0-NH4 4ClCl首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页35例例4 4 40.00 cm40.00 cm3 3 1.000moldm 1.000moldm-3-3 HAcHAc与与20.00cm20.00cm3 3 1.000 moldm1.000

25、 moldm-3-3 NaOHNaOH混合，求混合液的混合，求混合液的pH?pH?解：解：HAcHAc+NaOHNaOH=NaAcNaAc+H+H2 2O O 由于由于HAcHAc过量，反应平衡后生成过量，反应平衡后生成0.02000mol0.02000mol的的AcAc，并剩余并剩余0.02000mol 0.02000mol HAcHAc，溶液总体积为溶液总体积为60cm60cm3 3。于是于是已知已知HAcHAc的的p pK Ka a为为4.764.76因此因此首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页36 缓冲溶液中共轭酸的缓冲溶液中共轭酸的p pK Ka a值值：缓冲溶液的缓冲溶液的

26、pHpH在其在其pKapKa值值附近时，缓冲能力最大附近时，缓冲能力最大,主要因素。主要因素。缓冲对的缓冲对的浓度比浓度比:为为1:11:1或相近或相近(0.1100.110)时时,缓冲能力较大。缓冲能力较大。缓冲对的缓冲对的浓度浓度：缓冲对的浓度均较大时，缓冲能力较大：缓冲对的浓度均较大时，缓冲能力较大缓冲能力主要与以下因素有关：缓冲能力主要与以下因素有关：首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页37缓冲溶液的选择和配制缓冲溶液的选择和配制 据所需据所需pHpH选择缓冲对选择缓冲对缓缓冲冲溶溶液液的的pHpH不不仅仅取取决决于于缓缓冲冲对对中中共共轭轭酸酸的的KaKa，还还取取决决于于缓

27、缓冲冲对对中中两两种种物物质质浓浓度度的的比比值值,两两者者浓浓度之比最好趋近于度之比最好趋近于1 1，此时缓冲能力最强。，此时缓冲能力最强。当当c(c(共轭酸共轭酸)=c()=c(共轭碱共轭碱)时，时，pH=pH=pKapKa因此选择缓冲体系时，应选择共轭酸的因此选择缓冲体系时，应选择共轭酸的pKapKa与与要要求的求的pHpH相近的缓冲对。相近的缓冲对。一般认为，当缓冲对的浓度比在一般认为，当缓冲对的浓度比在0.10.1和和1010之间才之间才具有缓冲作用，因此，缓冲溶液的具有缓冲作用，因此，缓冲溶液的pH pH 和和pKapKa之之间有以下关系：间有以下关系：pH=pH=pKapKa 1

28、 1首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页38缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液共轭酸碱对共轭酸碱对p pK Ka a缓冲范围缓冲范围HCOHCO2 2H/HCOH/HCO2 2NaNaHCOHCO2 2H H -HCOHCO2 2 3.753.752.754.752.754.75CHCH3 3COCO2 2H/CHH/CH3 3COCO2 2NaNaHAcHAc -AcAc 4.754.753.755.753.755.75NaHNaH2 2POPO4 4/Na/Na2 2HPOHPO4 4H H2 2POPO4 4 -HPOHPO4 42 2 7.217.216.218.216.218.

29、21NHNH3 3HH2 2O O/NH/NH4 4ClClNHNH4 4+-NH-NH3 3 9.259.258.2510.258.2510.25NaHCONaHCO3 3/Na/Na2 2COCO3 3HCOHCO3 3 -CO-CO3 32 2 10.2510.259.2511.259.2511.25NaNa2 2HPOHPO4 4/Na/Na3 3POPO4 4HPOHPO4 4 2 2 -PO-PO4 43 3 12.6612.6611.6613.611.6613.66 6 常用缓冲溶液的缓冲范围常用缓冲溶液的缓冲范围首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页39例例6 6：要配制

30、要配制10cm10cm3 3 pH=5 pH=5的的HAc-NaAcHAc-NaAc缓冲液，问需缓冲液，问需浓度为浓度为1.0 moldm-3的的HAcHAc和和NaAcNaAc溶液各多少溶液各多少毫升毫升？由于两者浓度相同，因此只需体积比和总体积满足：由于两者浓度相同，因此只需体积比和总体积满足：V(HAc)/V(NaAcV(HAc)/V(NaAc)=0.562 )=0.562 又又V(HAcV(HAc)+)+V(NaAcV(NaAc)=)=10ml,10ml,因此：因此：V(HAcV(HAc)=3.6 ml)=3.6 ml；V(NaAcV(NaAc)=6.4 ml)=6.4 ml解解首首

31、页页末末 页页下一页下一页上一页上一页40人体内的血液是怎样起到缓冲作用的人体内的血液是怎样起到缓冲作用的?肾和肺是支配肾和肺是支配 H H2 2COCO3 3/HCO/HCO3 3-缓冲体系的两个重缓冲体系的两个重要器官。缓冲作用涉及以下两个重要平衡要器官。缓冲作用涉及以下两个重要平衡:人人的的血血液液呈呈微微碱碱性性,pHpH的的正正常常值值应应在在7.357.357.457.45之之 间间。血血 液液 的的 缓缓 冲冲 作作 用用 主主 要要 是是 靠靠 H H2 2COCO3 3/HCO/HCO3 3-体体系系完完成成的的。正正常常血血浆浆中中HCOHCO3 3-和和H H2 2COC

32、O3 3的的浓浓度度分分别别约约为为0.024 0.024 moldmmoldm-3-3和和0.0012 0.0012 moldmmoldm-3-3。H H+(aq(aq)+H)+H2 2COCO3 3(aq)CO(aq)CO2 2(g)+H(g)+H2 2O(l)O(l)HbHHbH+O+O2 2 HbO HbO2 2+H+H+HCOHCO3 3-首首 页页末末 页页下一页下一页上一页上一页41总结：三个知识点总结：三个知识点1.1.电离程度的表示（解离常数与电离度）：电离程度的表示（解离常数与电离度）：注意二者区别与关系注意二者区别与关系2.pH2.pH值的计算：值的计算：一元弱酸碱（包括分子、离子酸碱）一元弱酸碱（包括分子、离子酸碱）多元弱酸碱多元弱酸碱 缓冲溶液缓冲溶液3.3.缓冲溶液的选择与配制：主要选共轭酸的缓冲溶液的选择与配制：主要选共轭酸的pKapKa 与要求的与要求的pHpH相近的缓冲对。相近的缓冲对。