緩衝溶液介紹

2021-02-13 CTI華測標準物質

   

1.水的電離平衡常數KθW

KθW = c(H+) × c(OH-)        25℃時,KθW=10-14

2.一元弱酸的電離平衡常數Kθa(HA)

HA(aq) ⇋ H+(aq) + A-(aq)                  (如A為乙酸)

Kθa(HA) = c(H+) × c(A-) / c(HA)

T一定時,Kθa可查表得。     (濃度為電離平衡時濃度)

3.一元弱鹼的電離平衡常數Kθb

B(aq) + H2O (l) ⇋ BH+(aq) + OH-(aq)     (如B為氨氣)      

Kθb(B) = c(OH-)× c(BH+) / c(B)

T一定時,Kθb可查表得。     (濃度為電離平衡時濃度)

4.共軛酸鹼組合

一般為(A- - HA);(B - BH+)組合:

如 (Ac- - HAc)、 (NH3 - NH4+)

5.緩衝體系由共軛酸鹼組成

(B - BH+):NH3 + H2O ⇋ NH4+ + OH- 

Kθb(NH3) · Kθa(NH4+) =  KθW  =10-14   (T=25℃)      

6.緩衝體系溶液的pH值計算

    Hendersen-Hasselbalth方程:

    pH = pKθa(HAc) +  lg[c(Ac-) / c(HAc)]     

或pH = 14 - pKθb(Ac-) +  lg[c(Ac-) / c(HAc)]

 (c(Ac-)為加入的共軛鹼濃度;c(HAc)為加入的HAc濃度) 

8.緩衝溶液的原理

HA(aq) ⇋H+(aq) + A-(aq)

當加入少量強酸時,平衡左移;當加入少量強鹼時,平衡右移。酸鹼加入量在一點範圍內時,緩衝液pH變化不大。

8.緩衝溶液的緩衝容量

概念:

     1L緩衝溶液的pH改變1個單位時,所需加入的強酸、強鹼的物質的量,單位為mol/(L·pH)。

影響因素:

①共軛酸鹼對中兩種組分的濃度

0.40 mol/L HAc-0.40 mol/L NaAc緩衝溶液

緩衝液pH = 4.74 + lg(0.4/0.4) = 4.74

若在1L的緩衝液中加入1mL的1M HCl,則緩衝液中H+濃度增加了0.001M。

此時緩衝液pH = 4.74 + lg(0.399/0.401) = 4.74

0.040 mol/L HAc-0.040 mol/L NaAc緩衝溶液

緩衝液pH = 4.74 + lg(0.04/0.04) = 4.74

若在1L的緩衝液中加入1mL的1M HCl,則緩衝液中H+濃度增加了0.001M。

此時緩衝液pH = 4.74 + lg(0.039/0.041) = 4.72

故兩種組分的濃度越高,緩衝容量越大。

②共軛酸鹼對中兩種組分的濃度比值

0.75 mol/L HAc-0.05 mol/L NaAc緩衝溶液

緩衝液pH = 4.74 + lg(0.05/0.75) = 3.56

若在1L的緩衝液中加入1mL的1M HCl,則緩衝液中H+濃度增加了0.001M。

此時緩衝液pH = 4.74 + lg(0.049/0.751) =3.55

       pH值變化了0.01個單位,而0.40 mol/L HAc-0.40 mol/L NaAc緩衝溶液未變化。

故在緩衝組分的總濃度c(Ac- + HAc)不變時,c(Ac-) / c(HAc)越接近1,其緩衝容量越大,加入少量酸鹼後pH值越難發生大的變化。

9.緩衝體系溶液有效緩衝範圍

對於任何組分比例的緩衝液(如c(Ac-) / c(HAc)為1、10、20等),其有效範圍一般在pKθa±1,當溶液pH超出此範圍時,加入酸鹼可能引起pH值較大變化,緩衝液失效。

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