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1、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,buffer solution,讨论,3.4.1 缓冲溶液的定义与种类,定义,缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。,H缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。,分类,1.浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。,2.浓度较大的强酸或强碱。,由Ca mol/L HB 和Cb mol/L B- 构成的共轭酸碱平衡：,H+,OH-,使pH稳定在一个较窄的范围。,缓冲溶液的作用机制,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
2、不敏感而达到稳定pH 值的作用的。,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.,对溶液稀释过程pH变化的控制,HCl,NaAc-HAc,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：,参考水准：,H2O, HB,PBE,PBE,参考水准：,H2O, B-,简化,1.pH 6,2.pH 8,最简式,解：首
3、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；,体系中的碱：F-,构成缓冲体系,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。,什么情况下可用最简式？,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,缓冲容量 是指缓冲溶液抵御pH值变化的能力。定义为
4、,式中a与b分别代表加入的强酸或强碱的浓度。,缓冲容量是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变化时，缓冲容量也发生变化。,例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。,影响缓冲容量的因素讨论：,设一缓冲体系（HANaA）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,推 导 过 程,PBE：,影响缓冲容量的因素的讨论(2),有效缓冲范围：,pKa 1,结论：影响缓冲溶液缓冲指数大小的因素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
5、,1）HF-F-，pKa = 3.17,缓冲体系,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 10.18,5）NH3-NH4+， pKa = 9.25,8.25 10.25,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/LC = 0.5 mol/LC = 0.2 mol/L,3）H2PO4-HPO42-， pKa2 = 7.21,4）Na2B4
6、O7， pKa = 9.18,5）NH3-NH4+， pKa = 9.24,6）强酸区,7）强碱区,问题1：其它缓冲体系的总浓度？,问题2：同浓度不同pKa的弱酸弱碱缓冲体系的异同？,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）？,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：,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8.7
7、3时能容纳多少盐酸？（pKa = 9.25）,b0为加入强碱， b0为加入强酸,题解 0.052 mol/L,题 解,解：,例2,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 molL-1,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？,例3,题
8、解 c0 = 0.78 mol L-1,题 解,解：,题 解,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,讨论,某溶液中含HAc、NaAc 和Na2C2O4，其浓度分别为0.80、0.29和1.010-4 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-, H2C2O4,3.5 酸
9、碱指示剂,3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围3.5.2 影响指示剂变色范围的各种因素3.5.3 混合指示剂,3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围,甲基橙,酚酞,酸碱指示剂一般是有机弱酸或有机弱碱，其共轭酸碱形式具有明显不同的颜色。,3.5.1 酸碱指示剂的作用原理及变色范围,作用原理,indicator,作用于人眼的颜色由 确定，而 又由 确定，因此可由颜色的变化判断H+的变化，确定滴定的终点。,碱色,酸色,指示剂变色范围,理论变色点：pKa,滴定指数：pT,理论变色范围pKa1,指示剂的用量温度的影响对Ka的影响离子强度的影响Ka与Kac的差别增大溶剂的影响,双色指示剂,例如甲基橙,但酸碱指示剂本身具有酸碱性质，也会与滴定剂作用，用量过大会引起较大的误差，尤其是对微量滴定而言。,3.5.2 影响指示剂变色范围的各种因素,用量的影响,单色指示剂,例如酚酞,设指示剂的总浓度为 c , 碱型引起传感器（如人的眼睛）响应的最小浓度为 a ，这是一个固定的值， 那么：,终点提前,3.5.3 混合指示剂,作用原理,分 类,颜色互补,两种指示剂混合,指示剂与染料混合,例：溴甲酚绿甲基红,pH 0 2 4 6 8,甲基红,溴甲酚绿,溴甲酚绿甲基红,
