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緩沖液

放大字體  縮小字體 發布日期:2006-07-07

1)緩沖溶液作用原理和pH

當往某些溶液中加入一定量的酸和堿時,有阻礙溶液pH變化的作用,稱為緩沖作用,這樣的溶液叫做緩沖溶液。弱酸及其鹽的混合溶液(如HAcNaAc),弱堿及其鹽的混合溶液(如NH3·H2ONH4Cl)等都是緩沖溶液。

由弱酸HA及其鹽NaA所組成的緩沖溶液對酸的緩沖作用,是由于溶液中存在足夠量的堿A-的緣故。當向這種溶液中加入一定量的強酸時,H 離子基本上被A-離子消耗:

A- H HA

所以溶液的pH值幾乎不變;當加入一定量強堿時,溶液中存在的弱酸HA消耗OH-離子而阻礙pH的變化:

HA OH-A- H2O

緩沖溶液中H 濃度可通過下面方程計算:

式中cA-)表示弱酸HA和鹽NaA解離產生的A-離子的總濃度。由于弱酸HA生成的A-離子的量與強電解質NaA所生成的A-離子相比,可以忽略不計,所以,

cA-=完全解離的鹽的濃度=c(鹽)

因為弱酸HANaA解離的A-離子所產生的同離子效應下,未解離弱酸的濃度可近似地表示如下:

cHA=弱酸的總濃度=c(酸)

所以

等式兩邊取負對數得:

2)緩沖溶液的緩沖能力

在緩沖溶液中加入少量強酸或強堿,其溶液pH值變化不大,但若加入酸,堿的量多時,緩沖溶液就失去了它的緩沖作用。這說明它的緩沖能力是有一定限度的。

緩沖溶液的緩沖能力與組成緩沖溶液的組分濃度有關。0.1mol·L-1HAc0.1mol·   L-1NaAc組成的緩沖溶液,比0.01mol·L-1HAc0.01mol·L-1NaAc的緩沖溶液緩沖能力大。關于這一點通過計算便可證實。但緩沖溶液組分的濃度不能太大,否則,不能忽視離子間的作用。

組成緩沖溶液的兩組分的比值不為11時,緩沖作用減小,緩沖能力降低,c(鹽)/c(酸)為11時△pH最小,緩沖能力大。不論對于酸或堿都有較大的緩沖作用。緩沖溶液的pH值可用下式計算:

此時緩沖能力大。緩沖組分的比值離11愈遠,緩沖能力愈小,甚至不能起緩沖作用。對于任何緩沖體系,存在有效緩沖范圍,這個范圍大致在pKaφ(或pKbφ)兩側各一個pH單位之內。

弱酸及其鹽(弱酸及其共軛堿)體系pH=pKaφ±1

弱堿及其鹽(弱堿及其共軛酸)體系pOH=pKbφ±1

例如HAcpKaφ4.76,所以用HAcNaAc適宜于配制pH3.765.76的緩沖溶液,在這個范圍內有較大的緩沖作用。配制pH=4.76的緩沖溶液時緩沖能力最大,此時(cHAc/cNaAc=1

3)緩沖溶液的配制和應用

為了配制一定pH的緩沖溶液,首先選定一個弱酸,它的pKaφ盡可能接近所需配制的緩沖溶液的pH值,然后計算酸與堿的濃度比,根據此濃度比便可配制所需緩沖溶液。

以上主要以弱酸及其鹽組成的緩沖溶液為例說明它的作用原理、pH計算和配制方法。對于弱堿及其鹽組成的緩沖溶液可采用相同的方法。

緩沖溶液在物質分離和成分分析等方面應用廣泛,如鑒定Mg2 離子時,可用下面的反應:

白色磷酸銨鎂沉淀溶于酸,故反應需在堿性溶液中進行,但堿性太強,可能生成白色MgOH2沉淀,所以反應的pH值需控制在一定范圍內,因此利用NH3·H2ONH4Cl組成的緩沖溶液,保持溶液的pH值條件下,進行上述反應。

 

 
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