缓冲溶液的配置及原理.docx
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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（mol/L）
X毫升mol/L甘氨酸+Y毫升mol/LHCl，再加水稀释至200毫升。
pH
X
Y
pH
X
Y
50
50
50
50
50
50
50
50
甘氨酸分子量=。
mol/L甘氨酸溶液含15.01g/L。
（二）邻苯二甲酸-盐酸缓冲液（mol/L）
X毫升mol/L邻苯二甲酸氢钾+Y毫升mol/LHCl，再加水稀释至20毫升。
pH（20C）
X
Y
pH（20C）
X
Y
5
5
5
5
5
5
5
5
5
邻苯二甲酸氢钾分子量=。
mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液含g/L。
（三）磷酸氢二钠曲檬酸缓冲液
pH
mol/L
mol/L
pH
mol/L
mol/L
Na2HPO4（mL）1
柠檬酸（mL）
Na2HPO4（mL）
柠檬酸（mL）
Na2HPO4分子量=;mol/L溶液为28.40g/L。
Na2HPO4・2H2O分子量=;mol/L溶液为35.61g/L。
Na2HPO4-12H2O分子量=;mol/L溶液为71.64g/L。
C6H8O7H2O分子量=;mol/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）
C6H8O7H2O
氢氧化钠（g）
NaOH97%
盐酸（mL）HCI（浓）
最终体积
（L）①
210
84
160
10
210
83
116
10
210
83
106
10
210
83
45
10
245
144
68
10
285
186
105
10
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（mol/L）
pH
mol/L
柠檬酸（mL）
mol/L
柠檬酸钠（mL）
pH
mol/L
柠檬酸（mL）
mol/L
柠檬酸钠（mL）
柠檬酸：
C6H8O7H2O分子量=;mol/L溶液为g/L。
柠檬酸钠：
Na3C6H5O72H2O分子量=;mol/L溶液为g/L。
（六）醋酸-醋酸钠缓冲液（mol/L）
pH（18C）
mol/L
NaAc（mL）
mol/L
HAc（mL）
pH（18C）
mol/L
NaAc（mL）
mol/L
HAc（mL）
NaAc3H2O分子量=;mol/L溶液为27.22g/L。
冰乙酸mL稀释至1L（需标定）。
（七）磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲液（mol/L）
X毫升mol/LKH2PO4+Y毫升mol/LNaOH加水稀释至20毫升。
pH（20C）
X（mL）
Y（mL）
pH（20C）
X（mL）
Y（mL）
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
（八）磷酸盐缓冲液磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液（mol/L）
pH
mol/L
Na2HPO4（mL）
mol/L
NaH2PO4（mL）
pH
mol/L
Na2HPO4（mL）
mol/L
NaH2PO4（mL）
Na2HPO4・2H2O分子量=;mol/L溶液为35.61g/L。
Na2HPO4・12H2O分子量=;mol/L溶液为71.64g/L。
NaH2PO4-H2O分子量=;mol/L溶液为27.6g/L。
NaH2PO4-2H2O分子量=;mol/L溶液为31.21g/L。
（九）巴比妥纳-盐酸缓冲液
pH
（18C）
mol/L
巴比妥钠
（mL）
mol/L
HCl（mL）
PH
（18C）
mol/L
巴比妥钠
（mL）
mol/L
HCl（mL）
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
巴比妥钠分子量=;mol/L溶液为g/L。
（十）Tris-HCI缓冲液（mol/L）
50毫升L三羟甲基氨基甲烷（Tris）溶液与X毫升L盐酸混匀并稀释至100毫升。
pH（25C）
X（mL）
pH（25C）
X（mL）
Tris分子量=;mol/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mol/L硼酸根）
pH
mol/L
硼砂（mL）
mol/L
硼酸（mL）
pH
mol/L
硼砂（mL）
mol/L
硼酸（mL）
硼砂：
Na2B4O710H2O分子量=;mol/L溶液（等于mol/L硼酸根）含g/L。
硼酸：
H3BO3分子量=;mol/L的溶液为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（mol/L）
X毫升mol/L甘氨酸+Y毫升mol/LNaOH加水稀释至200毫升。
pH
X（mL）
Y（mL）
pH
X（mL）
Y（mL）
50
50
50
50
50
10
50
50
50
50
50
甘氨酸分子量=;mol/L溶液含g/L
（十三）硼砂-氢氧化纳缓冲液（mol/L硼酸根）
X毫升mol/L硼砂+Y毫升mol/LNaOH加水稀释至200毫升。
pH
X（mL）
Y（mL）
pH
X（mL）
Y（mL）
50
50
50
50
50
50
硼砂Na2B4O710H2O分子量=;mol/L硼砂溶液（等于mol/L硼酸根）为g/L。
（十四）碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液（mol/L）（此缓冲液在Ca2+、Mg2+存在时不得使用）.
pH
mol/LNa2CO3
（mL）
mol/LNaHCO3
（mL）
20C
37C
1
9
2
8
3
7
4
6
5
5
6
4
7
3
8
2
9
1
Na2CO310H2O分子量=;mol/L溶液为28.62g/L。
NaHCO3分子量=;mol/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25C时PH值为，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
到左右。
1滴浓盐酸（约L-1）加入1升纯水中，可使［H+］增加5000倍左右（由X10-7增至5X10-4moL-1）,若将1滴氢氧化钠溶液（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X10-7增至X10-7molL-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-Na2CO3NaH2PO4-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,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，NaHC03—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的HOAc5OOmL与的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=,则得：
例6将溶液10mL与溶液10mL混合后制成缓冲溶液，试计算这个溶液的pH值（C时，
HOAc时pKa=。
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=,求浓度为、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因缓冲溶液的总浓度（共轭酸浓度+共轭碱浓度）为已c=故
［H2PO2-4］=（X
根据式（3-11）或式（3-14）：
缓冲比为
X=,［HO2-4］=x=H2PO4］=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•-1PH-1。
如总浓度（即共轭酸与共轭碱浓度之和）为L—的HOAc-NaOAc缓冲溶液（即醋酸缓冲溶液）的缓冲容量为（molL—1PH—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M（或加入强酸，相对于减少强碱
量-同时测量相应的PH值的增量△PH（或加入强酸，PH减小，-△PH,从两者比值求得3。
因此缓冲容量在数值上等于使1毫升缓冲溶液的PH值改变1个单位时所必须加入的强碱或强酸的物质的量（通常单位用毫摩）。
（3-17）
加入碱Ab以后，溶液PH值增大，加入酸以后（相当于减去△!
）溶液PH值减小，所
以3总是正值。
（二）影响缓冲容量的因素
缓冲容量的大小与缓冲溶液的缓冲比和总浓度有关。
设m和n分别为缓冲比中共轭酸和共轭碱的数值，即［共轭碱］:
［共轭酸］=n:
m,c总为总浓度，用下式可计算缓冲容量3
或3=＞共轭酸］X共轭碱］/c总（3-18）
从式（3-18）及图3-1可以看出,缓冲溶液的缓冲容量取决于缓冲溶液的总浓度及缓冲比.可得出如下结论：
1．当缓冲溶液的缓冲比一定时，溶液的PH值也一定。
缓冲溶液的缓冲容量取决于缓冲溶液的总浓度和缓冲比的比值。
2．当缓冲溶液的PH值一定时，即缓冲比垢比值一定时，缓冲溶液的总浓度越大，则加入少量强酸或强碱所引起缓冲比的比值变化越小，PH改变越小，缓冲容量就越大。
图3-1
表示两种总浓度都一定的醋酸缓冲溶液的3分别随缓冲比和PH改变的情况。
总浓度为L—1
和molL—1的醋酸缓冲溶液，当缓冲比为1:
1时，PH为，3分别为和（molL—1PH—1）,总浓度大的溶液缓冲容量较大。
从式（3-18）也可见，当缓冲比一定即m和n的数值一定时，
3与缓冲溶液的总浓度成正比。
总浓度一般在范围内。
3．当缓冲溶液的总浓度一定时，它的缓冲容量以缓冲比等于1（即［共轭碱］=［共轭酸］）
时为最大。
这时溶液的PH=PKa当溶液的缓冲比与1偏离愈远，则PH值与PKa的偏差也
随着增大，溶液的缓冲容量也随着减小。
当溶液的缓冲比大于10/1或小于1/10时，则溶液
的缓冲容量极小，一般认为没有缓冲能力。
从图3-1看出，对总浓度一定的缓冲溶液来说，当缓冲比愈接近于1:
1，缓冲容量愈大；当缓冲比等于1:
1，即缓冲溶液的PH值等于PKa
时，缓冲容量达极大值（3极大）。
当m=n=1，式（3-18）成为
B极大=xixix极大*极大（3-19）
4．由足够浓度的共轭酸碱对组成的溶液，只能在一定的PH值范围内发挥有效的缓冲
作用。
这个能发挥有效缓冲作用的PH范围，叫缓冲范围。
当缓冲比为1/10时，PH=PKa-1;
当缓冲比为10/1时，PH=PKa+1故缓冲范围PH值大致在PKa-1至PKa+1约两个PH单位范围内，即在
PH=PKa±1
的近似范围内，才能表现出缓冲作用。
而且同一溶液在不同的PH值时，缓冲容量也不
相同。
从图3-1，缓冲超出此范围时，B值很小（v），已无缓冲作用。
5•不同缓冲对所组成的缓冲溶液，由于共轭酸的PKa值不同，因此它们的缓冲范围也
各不相同（表3-6）。
例8将溶液加入10mLpH值为的缓冲溶液中，缓站溶液的pH值变为，试求此缓冲溶液的缓冲容量。
解：
每毫升缓冲溶液中加入NaOH的毫摩尔数△b=*10
△卩日=表3—6几种常用缓冲溶液中共轭酸的PKa及缓冲范围缓冲溶液的组成共轭酸的PKa缓冲范围H2C8H4O4（邻苯二甲酸）-NaOH（即H2C8H4O-4-HC8H4O-4）（PKa1）〜KHC8H4O4（）-NaOH（邻苯二甲酸氢钾）（即HC8C4O-4-C8H4O2-4）（PKa2）〜HOAc-NaOH（即HOAc-OAc-）〜KH2PO4-Na2HPO4（PKa2）〜Htris+-Tris[三（羟甲基）氨基甲烷-HCL]〜H3BO3-NaOH即卩H3BO3-H2BO-3）（PKa1）〜NaHCO3-Na2CO3即卩HCO-3-CO2-3）（PKa2）〜
例9
（1）求醋酸缓冲溶液的缓冲容量极大值；
（2）已知醋酸的pK=,求的醋酸缓冲
溶液的缓冲容量。
解：
（1）当缓冲溶液的缓冲比为1：
1，即m=1和n=1时，缓冲容量达极大值。
已知ca=。
则由式（3-19）
B极大=0.575c总=*=
（2）根据式（3-11）,
所以缓冲比[OAc-]/[HOAc]=1
即m—1n=
代入式（3-18）得
四、缓冲溶液的配制
在配制具有一定PH值的缓冲溶液时，为了使所得溶液具有较好的缓冲能力，应注意以下原则：
1•选择适当的缓冲对，使配制溶液的PH值在所选择的缓冲对的缓冲范围内。
这个范围大约在PKa±1之内。
例如HOAc-OAc缓冲对的范围是，要配制PH从之间的缓冲溶液可选用这
一缓冲对。
2•缓冲对中作为共轭酸的PKa,应尽量接近于配制溶液的PH值。
例如，要配制PH为
的缓冲溶液时，可以选用HOAc-OAc=或HC8H4O4-C8H4O2-4缓冲对，因为恰恰在这两种缓
冲对的缓冲范围内。
但是,前者的共轭酸的PKa为；后者共轭酸的PKa为,所以选用
HC8H4O-4-C8H4O2-4配制的缓冲溶液较选用前者有更大的缓冲容量。
3．要有一定的总浓度（通常在之间）使所配成溶液具有足够的缓冲容量,并采用适当的
缓冲比使溶液的pH恰好等于所需要的PH值。
在具体配制时，为了简便起见，常用相同浓度的共轭酸碱溶液。
此种情况可用式（3-13）计算所需两种溶液的体积。
然后根据体积比，把共轭酸碱两种溶液混合，即得所需的缓冲溶液。
设溶液的总体积是V总，则式（3-13）改写成
或
例10如何配制100mLpH值为的缓冲溶液
解：
根据配制缓冲溶液的原则，可选择HOAc-OAc缓冲系
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