缓冲溶液的配置及原理.docx

1、缓冲溶液的配置及原理常用缓冲溶液的配制&缓冲溶液原理(一)甘氨酸-盐酸缓冲液(0.05 mol/L )X毫升0.2 mol/L甘氨酸+ Y毫升0.2 mol/L HCl，再加水稀释至 200毫升。pHXYpHXY225044.03.05011.42.45032.43.2508.22.65024.23.4506.42.85016.83.6505.0甘氨酸分子量=75.07。0.2 mol/L甘氨酸溶液含 15.01 g/L。(二)邻苯二甲酸-盐酸缓冲液(0.05 mol/L)X毫升0.2 mol/L邻苯二甲酸氢钾+ Y毫升0.2 mol/L HCl，再加水稀释至 20毫升。pH(20C)XYpH

2、 (20 C)XY2.254.6703.251.4702.453.9603.450.9902.653.2952.650.5972.852.6423.850.2633.052.032邻苯二甲酸氢钾分子量=204.23。0.2 mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液含 40.85 g/L。(三)磷酸氢二钠 曲檬酸缓冲液pH0.2 mol/LNa2HPO4 (mL)0.1 mol/L 柠檬酸(mL)pH0.2 mol/LNa2HPO4 (mL)0.1 mol/L 柠檬酸(mL)2.20.4019.605.210.729.282.41.2418.765.411.158.852.62.1817.825.611.6

3、08.402.83.1716.835.812.097.913.04.1115.896.012.637.373.24.9415.066.213.226.783.45.7014.306.413.856.153.66.4413.566.614.555.453.87.1012.906.815.454.554.07.7112.297.016.473.534.28.2811.727.217.392.614.48.8211.187.418.171.834.69.3510.657.618.731.274.89.8610.147.819.150.855.010.30 |9.708.019.450.55Na2HP

4、O4 分子量=141.98; 0.2 mol/L 溶液为 28.40 g/L。 Na2HPO42H2O 分子量=178.05; 0.2 mol/L 溶液为 35.61 g/L。 Na2HPO4-12H2O 分子量=358.22; 0.2 mol/L 溶液为 71.64 g/L。 C6H8O7H2O 分子量=210.14 ; 0.1 mol/L 溶液为 21.01 g/L。(四)柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲液pH钠离子浓度柠檬酸(g)氢氧化钠(g)盐酸(mL)最终体积(mol/L)C6H8O7H2O NaOH 97%HCI (浓)(L)2.20.2021084160103.10.202108311

5、6103.30.2021083106104.30.202108345105.30.3524514468105.80.45285186105106.50.3826615612610 使用时可以每升中加入 1克酚，若最后pH值有变化，再用少量 50%氢氧化钠溶液或浓 盐酸调节，冰箱保存。（五）柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液（0.1 mol/L ）pH0.1 mol/L 柠檬酸(mL)0.1 mol/L柠檬酸钠（mL）pH0.1 mol/L 柠檬酸(mL)0.1 mol/L 柠檬酸钠（mL）3.018.61.45.08.211.83.217.22.85.27.312.73.416.04.05.46.413.

6、63.614.95.15.65.514.53.814.06.05.84.715.34.013.16.96.03.8 16.24.212.37.7 16.22.817.24.411.48.6 6.42.018.04.610.39.7 -6.61.418.64.89.210.8柠檬酸：C6H8O7H2O 分子量=210.14 ; 0.1 mol/L 溶液为 21.01 g/L。 柠檬酸钠：Na3C6H5O72H2O 分子量=294.12 ; 0.1 mol/L 溶液为 29.41 g/L。（六）醋酸-醋酸钠缓冲液（0.2 mol/L ）pH0.2 mol/L0.2 mol/LPH0.2 mol/L

7、0.2 mol/L(18C)NaAc (mL)HAc (mL) 1(18 C)NaAc (mL)HAc (mL)3.60.759.35 _4.85.904.103.81.208.805.07.003.004.01.808.205.27.902.104.22.657.355.48.601.404.43.706.305.69.100.904.64.905.105.86.400.60NaAc3H2O分子量=136.09;0.2 mol/L溶液为27.22 g/L。冰乙酸11.8 mL稀释至1 L（需标定）。（七）磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液（0.05 mol/L ）X毫升0.2 mol/L KH2PO

8、4+Y毫升0.2 mol/L NaOH加水稀释至 20毫升。pH (20 C )X (mL)Y (mL)pH (20 C)X (mL)Y (mL)5.850.3727.0 J52.9636.050.5707.253.5006.250.8607.453.9506.451.2607.654.2806.651.7807.854.5206.852.3658.054.680（八）磷酸盐缓冲液 磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液（0.2 mol/L）pH0.2 mol/LNa2HPO4 (mL)0.2 mol/LNaH2PO4 (mL)pH0.2 mol/LNa2HPO4 (mL)0.2 mol/LNaH2PO

9、4 (mL)5.88.092.07.061.039.05.910.090.07.167.033.06.012.387.77.272.028.06.115.085.07.377.023.06.218.581.57.481.019.06.322.577.57.584.016.06.426.573.57.687.013.06.531.568.57.789.510.56.6r37.562.57.891.58.56.743.556.57.993.07.06.849.051.08.094.75.36.955.045.0Na2HPO42H2O 分子量=178.05; 0.2 mol/L 溶液为 35.61

10、g/L。 Na2HPO412H2O 分子量=358.22; 0.2 mol/L 溶液为 71.64 g/L。NaH2PO4-H2O分子量=138.01 ; 0.2 mol/L 溶液为 27.6 g/L。NaH2PO4-2H2O 分子量=156.03; 0.2 mol/L 溶液为 31.21 g/L。(九)巴比妥纳-盐酸缓冲液pH(18 C)0.04 mol/L巴比妥钠(mL)0.2 mol/LHCl (mL)PH(18C)0.04 mol/L巴比妥钠(mL)0.2 mol/LHCl (mL)6.810018.48.41005.217.010017.88.61003.827.210016.78.

11、81002.527.410015.39.01001.657.610013.49.21001.137.810011.479.41000.708.01009.399.61000.358.21007.21巴比妥钠分子量= 206.18； 0.04 mol/L溶液为8.25 g/L。 （十）Tris-HCI缓冲液（0.05 mol/L）50毫升0.1mol/L三羟甲基氨基甲烷（Tris）溶液与X毫升0.1mol/L盐酸混匀并稀释至 100毫升。pH (25 C )X (mL)pH (25 C)X (mL)7.1045.78.1026.27.2044.78.2022.97.3043.48.3019.97

12、.4042.08.4017.27.5040.38.5014.77.6038.58.6012.47.7036.68.7010.37.8034.58.808.57.9032.08.907.08.0029.2Tris分子量=121.14 ; 0.1 mol/L溶液为12.114 g/L。Tris溶液可从空气中吸收二氧化碳，使 用时注意将瓶盖严。（十一）、硼酸-硼砂缓冲液（0.2 mol/L硼酸根）pH0.05 mol/L 硼砂(mL)0.2 mol/L 硼酸(mL)pH0.05 mol/L 硼砂(mL)0.2 mol/L 硼酸(mL)7.41.09.08.23.56.57.61.58.58.44.5

13、5.57.82.08.08.76.04.08.03.07.09.08.02.0硼砂：Na2B4O710H2O 分子量=381.43; 0.05 mol/L 溶液（等于 0.2 mol/L 硼酸根）含 19.07 g/L。 硼酸：H3BO3 分子量=61.84 ; 0.2 mol/L 的溶液为 12.37 g/L。硼砂易失去结晶水，必须在带塞的瓶中保存。（十二）甘氨酸-氢氧化钠缓冲液（0.05 mol/L ）X毫升0.2 mol/L甘氨酸+ Y毫升0.2 mol/L NaOH加水稀释至200毫升。pHX (mL)Y (mL)pHX (mL)Y (mL)8.6504.09.65022.48.850

14、6.09.85027.29.0508.8105032.09.25012.010.45038.69.45016.810.65045.5甘氨酸分子量=75.07 ; 0.2 mol/L溶液含15.01 g/L（十三）硼砂-氢氧化纳缓冲液（0.05 mol/L硼酸根）X毫升0.05 mol/L硼砂+ Y毫升0.2 mol/L NaOH加水稀释至200毫升。pHX (mL)Y (mL)PHX (mL)Y (mL)9.3506.0 n9.8 5034.09.45011.010.05043.09.6 5023.010.15046.0硼砂Na2B4O7 10H2O分子量=381.43; 0.05 mol/L

15、硼砂溶液（等于0.2 mol/L硼酸根）为19.07 g/L。（十四）碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液（0.1 mol/L ）（此缓冲液在Ca2+、Mg2 +存在时不得使用）.pH0.1 mol/L Na2CO3(mL)0.1 mol/L NaHCO3(mL)20 C37 C9.168.77199.409.22289.519.40379.789.50469.909.725510.149.906410.2810.087310.5310.288210.8310.5791Na2CO310H2O 分子量=286.2 ; 0.1 mol/L 溶液为 28.62 g/L。NaHCO3分子量=84.0; 0.1 mo

16、l/L 溶液为 8.40 g/L。=（2007 年 6 月 16 日 更 新） 缓冲溶液的理论知识：一、缓冲溶液与缓冲作用原理（一） 缓冲作用与缓冲溶液纯水在25 C时PH值为7.0,但只要与空气接触一段时间，因为吸收二氧化碳而使 PH值降到5.5左右。1滴浓盐酸（约12.4mol L-1）加入1升纯水中，可使H + 增加5000倍左 右（由1.0 X 10-7曽至5X 10-4molL-1）,若将1滴氢氧化钠溶液（12.4mol L-1）加到1升纯水 中，PH变化也有3个单位。可见纯水的PH值因加入少量的强酸或强碱而发生很大变化。 然而，1滴浓盐酸加入到 1升HOAc-NaOAc混合溶液或

17、NaH2PO4-Na2HPO4混合溶液中，H+ 的增加不到百分之一 （从1.00 X 10-7增至1.01 X 10-7moL-1） ,PH值没有明显变化这种能对抗 外来少量强酸强碱或稍加稀释不引起溶液 PH值发生明显变化的作用叫做缓冲作用；具有缓冲作用的溶液，叫做缓冲溶液。（二） 缓冲溶液的组成缓冲溶液由足够浓度的共轭酸碱对组成。 其中，能对抗外来强碱的称为共轭酸， 能对抗 外来强酸的称为共轭碱，这一对共轭酸碱通常称为缓冲对、 缓冲剂或缓冲系，常见的缓冲对 主要有三种类型。1. 弱酸及其对应的盐 例如，HOAc-NaOAc （实际上是 OAc-） ; H2CO3-NaHCO3; H2C8H4

18、O4-KHC8H4O4 （邻苯二甲酸-邻苯二甲酸氢钾）;H3BO3-Na2B4O7 （四硼酸钠水解后 产生 H2BO-3）。2. 多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐， 例如，NaHCO3-Na2CO3 NaH2PO4-Na2HPO4; NaH2C5HO7 （柠檬酸二氢钠）-Na2HC6H5O7; KHC8H4O4-K2C8H4O43. 弱碱及其对应的盐 例如NH3-NH+4CL-; RNH2-RNH+3A-（伯胺及其盐）;Tris-TrisH+A- （三羟甲基烷及其盐）。（三） 缓冲溶液的作用原理现以HOAc-NaOAc缓冲溶液为例，说明缓冲溶液之所以能抵抗少量强酸或强碱使 PH稳定的原理。醋酸

19、是弱酸，在溶液中的离解度很小，溶液中主要以 HOAc分子形式存在，OAc-的浓度很低。醋酸钠是强电解质，在溶液中全部离解成 Na+和OAc-,由于同离子效应，加入NaOAc后使HOAc离解平衡向左移动，使 HOAc的离解度减小，HOAc增大。所以，在HOAc-NaOAc混合溶液中，存在着大量的 HOAc和OAc-。其中HOAc主要来自共轭酸 HOAc,OAc-主要来自NaOAc。这个溶液有一定的H+，即有一定的PH值。在HOAc-NaOAc缓冲溶液中，存在着如下的化学平衡：在缓冲溶液中加入少量强酸（如 HCL）,则增加了溶液的H+。假设不发生其他反应，溶液的PH值应该减小。但是由于H+增加，抗

20、酸成分即共轭碱 OAg与增加的H+结合成HOAc, 破坏了 HOAc原有的离解平衡，使平衡左移即向生成共轭碱 HOAc分子的方向移动，直至建立新的平衡。因为加入H+较少，溶液中OAc浓度较大，所以加入的H+绝大部分转变成弱酸 HOAc,因此溶液的PH值不发生明显的降低。在缓冲溶液中加入少量强碱 （如NaOH），则增加了溶液中 OH-的浓度。假设不发生其他 反应，溶液的PH值应该增大。但由于溶液中的 H+立即加入的OH纟吉合成更难离解的 H2O,这就破坏了 HOAc原有的离解平衡，促使 HOAc的离解平衡向右移动，即不断向生成 H+和OAc-的方向移动，直至加入的 OH-绝大部分转变成 H2O,

21、建立新的平衡为止。因为加入的 OH 少，溶液中抗碱成分即共轭酸 HOAc的浓度较大，因此溶液的 PH值不发生明显升高。在溶液稍加稀释时，其中H+虽然降低了，但OAc-同时降低了，同离子效应减弱，促 使HOAc的离解度增加，所产生的 H+可维持溶液的PH值不发生明显的变化。所以，溶液具 有抗酸、抗碱和抗稀释作用。多元酸的酸式盐及其对应的次级盐的 作用原理与前面讨论的相似。 例如， 在 NaH2PO4-Na2HPO4溶液中存在着离解平衡：HPO2-4是抗酸成分，通过平衡移能对抗外加酸的影响。 H2PO2-4是抗碱成分，通过平衡右移能对抗外加碱的影响。弱碱及其对应盐的缓冲作用原理，例如， NH3-N

22、H4CL （即卩NH3-NH+4）溶液中，NH3能 对抗外加酸的影响是抗酸成分， NH+4能对抗外加碱的影响是抗碱成分。前者通过下述平衡向右移动而抗酸，后者通过平衡向左移动而抗碱，从而使溶液的 PH值稳定。二、缓冲溶液PH的计算（一）亨德森方程式在缓冲溶液例如 HOAc NaOAc溶液中，有以下的离解平衡:等式两边各取负对数，则即HOAc的离解度比较小，由于溶液中大量的 OAc-对HOAc所产生的同离子效应， 使HOAc的离解度变得更小。因此上式中的 HOAc可以看作等于 HOAc的总浓度共轭酸（即缓冲溶液中共轭酸的浓度）。同时，在溶液中 NaOAc全部离解，可以认为溶液中 OAc-等于NaO

23、Ac 的总浓度 共轭碱 （即配制的缓冲溶液中共轭碱的浓度） 。将共轭酸和共轭碱 代入上式，则得（ 3-11）上式称为亨德森-哈塞尔巴赫方程式，简称为亨德森（ Henderson）方程式。它表明缓冲溶液的PH值决定于共轭酸的离解常数 Ka和组成缓冲溶液的共轭碱与共轭酸浓度的比值。 对于一定的共轭酸，PKa为定值，所以缓冲溶液的 PH就决定于两者浓度的比值即缓冲比。当缓冲溶液加水稀释时， 由于共轭碱和共轭酸的浓度受到同等程度的稀释， 缓冲比是不变的； 在 一定的稀释度范围内，缓冲溶液的 PH值实际上也几乎不变。式（3-11）中的浓度项指的是混合溶液中共轭酸碱的浓度 ,而不是混合前的浓度 .若混合前

24、共轭酸的量浓度是 c酸,体积是V酸，共轭碱的量浓度是c碱,体积是V碱，则式（3-11）可改写成：（3-12）若两种溶液的量浓度相等，则（3-13）若是等体积的两溶液相混合，则（3-14）以上几种形式都称为亨德森方程式，可用以计算各种组成类型缓冲溶液的 PH近似值。当用于弱酸及其对应的盐组成的缓冲溶液的 PH值时，PKa即弱酸的离解常数负对数（见书后附表）， 共轭碱即弱酸盐。当用于多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐组成缓冲溶液的 PH 值时，共轭酸即酸式盐， pKa 即该酸式盐负离子的离解常数的负对数，共轭碱即该酸式 盐的次级盐。例如， NaHC03 Na2CO3缓冲溶液的PH值：（ 3-15）式

25、中 PKa 即 H2CO3 的 PKa2。同样，NaH2PO4 Na2HPO4缓冲溶液的 PH值：（ 3-16）式中PKa为H3PO4的PKa2弱碱和它的共轭酸缓冲溶液的 PH值也可根据式（3-11 ）计算。（二）缓冲溶液PH值计算举例例5 0.1mol丄-1的HOAc5OOmL与0.2mol丄-1的NaOAc25OmL配成缓冲溶液，计算溶液的 pH 值。解：把所给条件代入式（3-11）,由书后附表查得 HOAc的pKa=4.75,则得：例6将0.3mol.L-伯OAc溶液10mL与0.1mol.L-1NaOH溶液10mL混合后制成缓冲溶液, 试计算这个溶液的 pH值（25C时，HOAc时pK

26、a=4.75）。从反应看出HOAc有1/3被OH-中和，生成OAc-和 H2O,溶液的总体积为 20mL。例7 H2PO2-4已知的pKa=7.21，求浓度为0.100mol.L-1、pH7.40的磷酸盐缓冲溶液的缓冲比以及共轭碱 HPO2-4和共轭酸H2PO2-4的浓度。解：设H2PO2-4为x mol.L1,因缓冲溶液的总浓度（共轭酸浓度 +共轭碱浓度）为已 c=0.100mol.L-1,故H2PO2-4= （0.100- X mol丄-1根据式（ 3-11 ）或式（ 3-14 ）：缓冲比为X=0.061,HPO-24=0.061mol.L-10.100- X=0.100-0.061=0.039, H2PO2-4=0.039mol.L-1三、缓冲容量与缓冲范围（一）缓冲容量缓冲能力的强弱，可用缓冲容量 B表示。缓冲容量也叫缓冲值或缓冲指数。如图 3-1 所示，对任何一种缓冲溶液的每一个 PH 值，都有其相应的缓冲量。缓冲容量实际上是一个微分比，可定义为：使 1升缓冲溶液的PH值增高很小一个数值 dPH时，需加入的强碱物质的量为 db，则db与dPH之比值叫缓冲容量，用数学式表示为 3 =db/dPH缓冲mol 1 PH- 1。如总浓度（即共轭酸与共轭碱浓度之和）为 0.100mol L 1PH4.45的HOAc-NaOAc缓冲溶液