缓冲溶液的配置及原理.docx
《缓冲溶液的配置及原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《缓冲溶液的配置及原理.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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（0.05mol/L）
X毫升0.2mol/L甘氨酸＋Y毫升0.2mol/LHCl,再加水稀释至200毫升。
pH
X
Y
pH
X
Y
2。
2
50
44.0
3.0
50
11。
4
2.4
50
32。
4
3。
2
50
8.2
2。
6
50
24.2
3.4
50
6.4
2。
8
50
16.8
3。
6
50
5.0
甘氨酸分子量＝75.07。
0.2mol/L甘氨酸溶液含15.01g/L。
（二）邻苯二甲酸-盐酸缓冲液（0.05mol/L）
X毫升0。
2mol/L邻苯二甲酸氢钾＋Y毫升0.2mol/LHCl,再加水稀释至20毫升.
pH（20℃）
X
Y
pH（20℃）
X
Y
2.2
5
4。
670
3.2
5
1。
470
2.4
5
3.960
3。
4
5
0。
990
2。
6
5
3.295
2。
6
5
0.597
2。
8
5
2.642
3.8
5
0。
263
3。
0
5
2.032
邻苯二甲酸氢钾分子量＝204.23。
0。
2mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液含40。
85g/L。
（三）磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液
pH
0.2mol/L
Na2HPO4（mL）
0.1mol/L
柠檬酸（mL）
pH
0.2mol/L
Na2HPO4（mL）
0。
1mol/L
柠檬酸（mL）
2.2
2.4
2。
6
2。
8
3。
0
3.2
3.4
3。
6
3。
8
4.0
4。
2
4.4
4。
6
4。
8
5。
0
0.40
1。
24
2.18
3。
17
4.11
4.94
5.70
6.44
7。
10
7。
71
8。
28
8。
82
9。
35
9.86
10.30
19.60
18.76
17.82
16。
83
15.89
15。
06
14。
30
13。
56
12。
90
12。
29
11.72
11。
18
10。
65
10.14
9.70
5.2
5.4
5。
6
5.8
6.0
6。
2
6.4
6.6
6.8
7。
0
7。
2
7.4
7.6
7.8
8.0
10。
72
11.15
11.60
12。
09
12.63
13.22
13.85
14.55
15.45
16.47
17.39
18.17
18。
73
19.15
19.45
9。
28
8。
85
8.40
7。
91
7。
37
6。
78
6.15
5。
45
4.55
3.53
2.61
1.83
1。
27
0.85
0.55
Na2HPO4分子量＝141.98；0。
2mol/L溶液为28。
40g/L.
Na2HPO4·2H2O分子量＝178。
05;0。
2mol/L溶液为35.61g/L。
Na2HPO4·12H2O分子量＝358。
22;0。
2mol/L溶液为71.64g/L。
C6H8O7·H2O分子量＝210。
14;0。
1mol/L溶液为21.01g/L。
（四）柠檬酸-氢氧化钠—盐酸缓冲液
pH
钠离子浓度
（mol/L）
柠檬酸（g）
C6H8O7·H2O
氢氧化钠（g）
NaOH97％
盐酸（mL）
HCl（浓）
最终体积
（L）①
2.2
0。
20
210
84
160
10
3。
1
0.20
210
83
116
10
3。
3
0.20
210
83
106
10
4。
3
0.20
210
83
45
10
5。
3
0.35
245
144
68
10
5.8
0。
45
285
186
105
10
6。
5
0.38
266
156
126
10
①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。
1mol/L）
pH
0.1mol/L
柠檬酸（mL）
0.1mol/L
柠檬酸钠（mL）
pH
0。
1mol/L
柠檬酸（mL）
0。
1mol/L
柠檬酸钠（mL）
3。
0
18.6
1.4
5.0
8.2
11.8
3.2
17.2
2.8
5。
2
7.3
12。
7
3.4
16.0
4.0
5.4
6。
4
13。
6
3.6
14。
9
5。
1
5.6
5.5
14.5
3。
8
14.0
6。
0
5。
8
4.7
15。
3
4。
0
13。
1
6。
9
6.0
3。
8
16。
2
4。
2
12.3
7.7
6.2
2。
8
17.2
4。
4
11.4
8。
6
6。
4
2.0
18.0
4.6
10。
3
9。
7
6。
6
1。
4
18。
6
4。
8
9.2
10.8
柠檬酸：
C6H8O7·H2O分子量＝210。
14；0。
1mol/L溶液为21.01g/L。
柠檬酸钠：
Na3C6H5O7·2H2O分子量＝294.12；0.1mol/L溶液为29.41g/L。
（六）醋酸-醋酸钠缓冲液（0.2mol/L）
pH
（18℃）
0。
2mol/L
NaAc（mL）
0.2mol/L
HAc（mL）
pH
（18℃）
0。
2mol/L
NaAc（mL）
0。
2mol/L
HAc（mL）
3。
6
0。
75
9。
35
4。
8
5。
90
4.10
3.8
1.20
8。
80
5。
0
7。
00
3。
00
4.0
1.80
8.20
5。
2
7.90
2.10
4.2
2。
65
7。
35
5.4
8.60
1.40
4.4
3.70
6.30
5.6
9.10
0.90
4.6
4。
90
5.10
5.8
6.40
0。
60
NaAc·3H2O分子量＝136.09；0。
2mol/L溶液为27.22g/L.冰乙酸11。
8mL稀释至1L（需标定）。
（七）磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液（0。
05mol/L）
X毫升0.2mol/LKH2PO4+Y毫升0.2mol/LNaOH加水稀释至20毫升。
pH（20℃）
X（mL）
Y（mL）
pH（20℃）
X（mL）
Y（mL）
5.8
5
0.372
7.0
5
2。
963
6。
0
5
0.570
7.2
5
3。
500
6.2
5
0.860
7。
4
5
3.950
6。
4
5
1。
260
7.6
5
4.280
6.6
5
1.780
7.8
5
4。
520
6。
8
5
2.365
8.0
5
4。
680
（八）磷酸盐缓冲液磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液（0。
2mol/L）
pH
0.2mol/L
Na2HPO4（mL）
0.2mol/L
NaH2PO4（mL）
pH
0。
2mol/L
Na2HPO4（mL）
0.2mol/L
NaH2PO4（mL）
5。
8
8。
0
92。
0
7。
0
61.0
39.0
5。
9
10.0
90.0
7.1
67.0
33。
0
6。
0
12.3
87.7
7。
2
72.0
28。
0
6.1
15.0
85。
0
7.3
77。
0
23.0
6.2
18。
5
81.5
7.4
81。
0
19.0
6。
3
22。
5
77。
5
7。
5
84.0
16.0
6.4
26。
5
73.5
7。
6
87.0
13.0
6。
5
31。
5
68.5
7。
7
89.5
10.5
6。
6
37.5
62。
5
7.8
91.5
8.5
6。
7
43。
5
56。
5
7.9
93。
0
7.0
6。
8
49.0
51.0
8.0
94.7
5.3
6。
9
55.0
45.0
Na2HPO4·2H2O分子量＝178。
05；0。
2mol/L溶液为35.61g/L。
Na2HPO4·12H2O分子量＝358.22；0。
2mol/L溶液为71。
64g/L.
NaH2PO4·H2O分子量＝138.01；0.2mol/L溶液为27.6g/L。
NaH2PO4·2H2O分子量＝156。
03；0。
2mol/L溶液为31.21g/L.
（九）巴比妥纳-盐酸缓冲液
pH
（18℃）
0。
04mol/L
巴比妥钠
（mL）
0。
2mol/L
HCl（mL）
PH
（18℃）
0。
04mol/L
巴比妥钠
（mL）
0.2mol/L
HCl（mL）
6。
8
100
18。
4
8.4
100
5。
21
7。
0
100
17.8
8。
6
100
3。
82
7。
2
100
16.7
8.8
100
2.52
7。
4
100
15。
3
9。
0
100
1。
65
7。
6
100
13。
4
9。
2
100
1。
13
7.8
100
11。
47
9.4
100
0.70
8。
0
100
9。
39
9.6
100
0。
35
8.2
100
7.21
巴比妥钠分子量＝206。
18；0.04mol/L溶液为8。
25g/L。
（十）Tris—HCl缓冲液（0。
05mol/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℃）
X（mL）
pH（25℃）
X（mL）
7。
10
45。
7
8.10
26。
2
7。
20
44。
7
8.20
22。
9
7.30
43。
4
8.30
19.9
7.40
42。
0
8.40
17。
2
7.50
40。
3
8。
50
14.7
7。
60
38.5
8。
60
12。
4
7。
70
36.6
8.70
10.3
7.80
34。
5
8。
80
8。
5
7。
90
32。
0
8。
90
7.0
8。
00
29。
2
Tris分子量＝121。
14；0。
1mol/L溶液为12。
114g/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（0.2mol/L硼酸根）
pH
0。
05mol/L
硼砂（mL）
0.2mol/L
硼酸（mL）
pH
0.05mol/L
硼砂（mL）
0.2mol/L
硼酸（mL）
7。
4
1.0
9.0
8。
2
3。
5
6.5
7.6
1。
5
8。
5
8.4
4。
5
5。
5
7。
8
2.0
8.0
8.7
6。
0
4.0
8.0
3.0
7.0
9。
0
8.0
2.0
硼砂：
Na2B4O7·10H2O分子量＝381.43;0。
05mol/L溶液（等于0。
2mol/L硼酸根）含19.07g/L。
硼酸：
H3BO3分子量＝61.84；0。
2mol/L的溶液为12。
37g/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（0.05mol/L）
X毫升0。
2mol/L甘氨酸＋Y毫升0。
2mol/LNaOH加水稀释至200毫升.
pH
X（mL）
Y（mL）
pH
X（mL）
Y（mL）
8.6
50
4。
0
9。
6
50
22.4
8。
8
50
6.0
9.8
50
27.2
9。
0
50
8.8
10
50
32.0
9.2
50
12。
0
10.4
50
38。
6
9。
4
50
16。
8
10.6
50
45.5
甘氨酸分子量＝75.07；0.2mol/L溶液含15。
01g/L
（十三）硼砂—氢氧化纳缓冲液（0.05mol/L硼酸根）
X毫升0.05mol/L硼砂＋Y毫升0.2mol/LNaOH加水稀释至200毫升.
pH
X（mL）
Y（mL）
pH
X（mL）
Y（mL）
9.3
50
6.0
9。
8
50
34.0
9。
4
50
11.0
10.0
50
43。
0
9。
6
50
23.0
10.1
50
46。
0
硼砂Na2B4O7·10H2O分子量＝381.43;0.05mol/L硼砂溶液（等于0.2mol/L硼酸根）为19.07g/L。
（十四）碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液（0.1mol/L）（此缓冲液在Ca2＋、Mg2＋存在时不得使用）。
pH
0。
1mol/LNa2CO3
（mL）
0。
1mol/LNaHCO3
（mL）
20℃
37℃
9。
16
8.77
1
9
9.40
9。
22
2
8
9。
51
9。
40
3
7
9。
78
9.50
4
6
9。
90
9。
72
5
5
10.14
9。
90
6
4
10。
28
10。
08
7
3
10.53
10。
28
8
2
10.83
10。
57
9
1
Na2CO3·10H2O分子量＝286.2；0。
1mol/L溶液为28。
62g/L。
NaHCO3分子量＝84.0;0.1mol/L溶液为8。
40g/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℃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1.0×10-7增至5×10-4mol·L—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NaH2PO4-Na2HPO4混合溶液中,［H+]的增加不到百分之一（从1。
00×10-7增至1。
01×10-7mol·L—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；H2C8H4O4—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—K2C8H4O4。
3．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，抗酸成分即共轭碱OAc-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—结合成更难离解的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，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—NH4CL（即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NaOAc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,NaHCO3－Na2CO3缓冲溶液的PH值：
（3-15）
式中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。
L—1的HOAc500mL与0。
2mol.L-1的NaOAc250mL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—1HOAc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（2。
5℃时，HOAc时pKa=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7H2PO2-4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χmol.L-1,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-χ）mol。
L—1
根据式（3-11）或式（3-14）：
缓冲比为
χ=0。
061,［HPO2-4]=0.061mol.L—1
0.100-χ=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β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β=db/dPH缓冲mol·L－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（即醋酸缓冲溶液）的缓冲容量为0。
051（mol·L－1·PH－1）。
图3-1醋酸缓冲溶液在不同缓冲比时的缓冲容量
在实际工作中，我们可以通过测量加入强碱的增量Δb（或加入强酸,相对于减少强碱量-Δb），同时测量相应的PH值的增量ΔPH（或
升级会员 