缓冲液

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当往某些溶液中加入一定量的酸和碱时,有阻碍溶液pH变化的作用,称为缓冲作用,这样的溶液叫做缓冲溶液。弱酸及其盐的混合溶液(如HAc与NaAc),弱碱及其盐的混合溶液(如NH3.H2O与NH4Cl)等都是缓冲溶液。

由弱酸HA及其盐NaA所组成的缓冲溶液对酸的缓冲作用,是由于溶液中存在足够量的碱A-的缘故。当向这种溶液中加入一定量的强酸时,H 离子基本上被A-离子消耗:

所以溶液的pH值几乎不变;当加入一定量强碱时,溶液中存在的弱酸HA消耗OH-离子而阻碍pH的变化。  

2、缓冲溶液的缓冲能力

在缓冲溶液中加入少量强酸或强碱,其溶液pH值变化不大,但若加入酸,碱的量多时,缓冲溶液就失去了它的缓冲作用。这说明它的缓冲能力是有一定限度的。

缓冲溶液的缓冲能力与组成缓冲溶液的组分浓度有关。0.1mol.L-1HAc和0.1mol. L-1NaAc组成的缓冲溶液,比0.01mol.L-1HAc和0.01mol.L-1NaAc的缓冲溶液缓冲能力大。关于这一点通过计算便可证实。但缓冲溶液组分的浓度不能太大,否则,不能忽视离子间的作用。

组成缓冲溶液的两组分的比值不为1∶1时,缓冲作用减小,缓冲能力降低,当c(盐)/c(酸)为1∶1时△pH最小,缓冲能力大。不论对于酸或碱都有较大的缓冲作用。缓冲溶液的pH值可用下式计算:

此时缓冲能力大。缓冲组分的比值离1∶1愈远,缓冲能力愈小,甚至不能起缓冲作用。对于任何缓冲体系,存在有效缓冲范围,这个范围大致在pKaφ(或pKbφ)两侧各一个pH单位之内。

弱酸及其盐(弱酸及其共轭碱)体系pH=pKaφ±1

弱碱及其盐(弱碱及其共轭酸)体系pOH=pKbφ±1

例如HAc的pKaφ为4.76,所以用HAc和NaAc适宜于配制pH为3.76~5.76的缓冲溶液,在这个范围内有较大的缓冲作用。配制pH=4.76的缓冲溶液时缓冲能力最大,此时(c(HAc)/c(NaAc)=1。  

3、缓冲溶液的配制和应用

为了配制一定pH的缓冲溶液,首先选定一个弱酸,它的pKaφ尽可能接近所需配制的缓冲溶液的pH值,然后计算酸与碱的浓度比,根据此浓度比便可配制所需缓冲溶液。

以上主要以弱酸及其盐组成的缓冲溶液为例说明它的作用原理、pH计算和配制方法。对于弱碱及其盐组成的缓冲溶液可采用相同的方法。

缓冲溶液在物质分离和成分分析等方面应用广泛,如鉴定Mg2+ 离子时,可用下面的反应:

白色磷酸铵镁沉淀溶于酸,故反应需在碱性溶液中进行,但碱性太强,可能生成白色Mg(OH)2沉淀,所以反应的pH值需控制在一定范围内,因此利用NH3.H2O和NH4Cl组成的缓冲溶液,保持溶液的pH值条件下,进行上述反应。  

4、CO2缓冲液

在高中生物中,光合作用实验里,CO2缓冲液有吸收CO2的能力,控制变量

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