资源简介

《分析化学》课程-微教材
微课编号 微课名称 缓冲溶液
所属模块 酸碱滴定法 子模块 缓冲溶液作用原理
关键词 缓冲溶液、组成、作用原理、pH计算、常用酸碱缓冲溶液
是否通用 √通用 农产品 食品 是否重点建设 是 否
微课类型 讲授型 微课形式 PPT动画式 教学设计模式 讲授法
教学目标 掌握缓冲溶液的基本概念、了解缓冲溶液的作用原理、掌握缓冲溶液pH的计算 熟悉常用酸碱缓冲溶液。
教学内容 知识点 技能点
基本概念 作用原理 pH计算 常用缓冲溶液 总结 理解缓冲溶液的基本概念和和组成 了解缓冲溶液的作用原理 掌握缓冲溶液pH的计算 了解常用酸碱缓冲溶液
知识讲解
将溶液适当稀释或加入少量强酸或强碱时，溶液的pH基本保持不变，在反应体系中加入这种溶液，就能达到控制酸度的目的。这种溶液就叫做缓冲溶液。
1．缓冲溶液的基本概念
向蒸馏水和醋酸—醋酸钠溶液中分别滴加百里酚蓝指示剂，溶液呈现黄色。
向两种溶液中分别滴加少量盐酸，蒸馏水呈现红色，醋酸—醋酸钠溶液不变色。
向两种溶液中分别滴加少量氢氧化钾，蒸馏水呈现蓝色，醋酸—醋酸钠溶液不变色。
向醋酸—醋酸钠溶液中滴加大量盐酸，溶液变为红色。向醋酸—醋酸钠溶液中滴加大量氢氧化钠，溶液变为蓝色。
【结论】像醋酸—醋酸钠体系一样，将溶液适当稀释或加入少量强酸或强碱时，溶液的pH基本保持不变，在反应体系中加入这种溶液，就能达到控制酸度的目的。这种溶液就叫做缓冲溶液。缓冲溶液一般是由弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸，以及由不同酸度的两性物质组成的。
【想一想】为什么醋酸—醋酸钠体系会发生这样的现象呢？
2．缓冲溶液的作用原理
以醋酸—醋酸钠溶液为例来进行讲解。
在醋酸—醋酸钠溶液中，存在着醋酸分子、水分子、醋酸根离子、氢离子、氢氧根离子。
向溶液中加入少量强酸，溶液中的氢离子增多，此时氢离子与溶液中的醋酸根离子结合成醋酸分子，平衡向左移动，使得氢离子减少，溶液中的Ph基本保持不变。
向溶液中加入少量强碱，溶液中的氢氧根离子增多，此时氢氧根离子与溶液中的氢离子结合成水分子，使得醋酸分子继续解离，平衡向右移动，溶液中的Ph也基本保持不变。
如果将溶液稍加稀释，那么溶液中的醋酸、醋酸根的浓度都相应降低，醋酸分子的解离度也会增大，溶液中的氢离子浓度仍然基本保持不变，溶液中的Ph也基本保持不变。
缓冲溶液的ph
对于醋酸—醋酸钠缓冲体系，溶液中存在下列平衡：
HAc H+ + Ac-
在溶液达到平衡时：
这个式子也可以写为：
在溶液中，醋酸分子和醋酸根离子的浓度是比较高的，同时由于同离子效应的存在，溶液中醋酸分子的解离度很小，我们可以认为溶液中醋酸分子的浓度约等于酸的浓度，醋酸根离子的浓度约等于盐的浓度，那么上面的式子可以近似的处理为：
从这个式子我们可以看出，缓冲溶液的酸度与缓冲组分的性质，也就是溶液的解离常数有关，同时与缓冲溶液的组分比有关。当适当改变浓度比值时，就可以在一定范围内配置不同ph的缓冲溶液。
上面的例子是以醋酸—醋酸钠为例来讲解的，同理可以推出，对于弱碱及其盐组成的缓冲溶液。
常用缓冲溶液
根据用途的不同，酸碱缓冲溶液可以分为两大类，普通酸碱缓冲溶液和标准酸碱缓冲溶液。
标准酸碱缓冲溶液简称标准缓冲溶液，主要用于校正酸度计。
普通酸碱缓冲溶液主要用于化学反应或生产过程中酸度的控制，在实际工作中应用很广。
选择酸碱缓冲溶液时要考虑以下三点：
对正常的化学反应或生产过程没有干扰，也就是说除维持酸度外，不能发生副反应。
所需控制的ph在缓冲溶液的缓冲范围内。
应具有较强的缓冲能力。为达到这一要求，所选择体系中两组分的浓度比应尽量接近1，且浓度适当大些为好。
【结论】
缓冲溶液的基本概念：缓冲溶液是指具有稳定溶液酸度作用的溶液。
2.缓冲溶液的作用原理：以弱酸及其共轭碱为例，当向溶液中加入少量强酸时，加入的氢离子可以与溶液中大量的酸根离子结合成酸，使平衡向左移动，溶液中的ph基本保持不变。
当加入少量强碱时，氢氧根与溶液中的氢离子结合成水分子，促使该弱酸继续解离，平衡向右移动，溶液中的ph也基本保持不变。
如果将溶液稍加稀释，该弱酸和酸根离子的浓度都相应降低，使酸的解离度增大，那么溶液中的氢离子浓度仍然基本保持不变，从而使溶液酸度稳定。
缓冲溶液ph的计算：
对于弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液，氢离子浓度等于酸碱解离常数乘以酸的浓度比上盐的浓度。
对于弱碱及其共轭酸组成的缓冲溶液。氢氧根例子的浓度等于酸碱解离常数乘以碱的浓度比上盐的浓度。
4.常用的酸碱缓冲溶液有很多，选择时要考虑以下三点：
对正常的化学反应或生产过程没有干扰。
所需控制的ph在缓冲溶液的缓冲范围内。
具有较强的缓冲能力。
《分析化学》课程-微测试
一、单选题
1、以下各组物质具有缓冲作用的是（ ）
A. HCOOH-HCOONa B. HCl-NaCl
C. HAc-H2SO4 D. NaOH-NH3·H2O
参考答案：A
难度：低
0.1 mol·L-1 NH3·H2O (Kb=1.8×10-5)40.00mL与0.10 mol·L-1HCl20.0mL混合，所得溶液的pH值为（ ）
A. 1.79 B. 2.25 C. 4.75 D. 6.75 E. 9.25
参考答案：E
难度：难
下列溶液中缓冲能力最大的是（ ）
A．混合液中含0.15mol/L CH3COOH—0.05mol/LCH3COONa
B．混合液中含0.05mol/L CH3COOH—0.15mol/LCH3COONa
C．混合液中含0.05mol/L CH3COOH—0.05mol/LCH3COONa
D．混合液中含0.10mol/L CH3COOH—0.10mol/LCH3COONa
参考答案：D
难度：难
二、多选题
以下各组物质具有缓冲能力的是( )
HCl—NaCl B．CH3COOH—CH3COONa
C．NH3·H2O—NH4C1 D．NaH2PO4—Na2HPO4
参考答案：B；C；D
难度：低
2、下列各组分等体积混合的溶液，有缓冲作用的是（ ）
A. 0.2 mol·L-1邻苯二甲酸氢钾和等体积的水
B. 0.2 mol·L-1 HCl和0.2 mol·L-1 NH3·H2O
C. 0.2 mol·L-1 KH2PO4和0.2 mol·L-1 Na2HPO4
D. 0.01 mol·L-1 NaOH和0.2 mol·L-1 HAc
E. 0.01 mol·L-1 CH3CHOHCOOH 和0.01 mol·L-1 CH3CHOHCOONa
参考答案：A；C；D；E
难度：难
三、判断题
1、缓冲溶液在任何pH条件下都能起到缓冲作用。
参考答案：F
难度：中
2、由于溶液稀释，不影响缓冲比的比值，故缓冲溶液经无限稀释后，仍具 有缓冲作用。
参考答案：F
难度：中
四、填空题
1、能抵抗外加的少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持 的溶液称为缓冲溶液。按照酸碱质子理论，通常的缓冲溶液是由浓度不太小的 组成的。
参考答案： pH值基本不变；共轭酸碱对
难度：中
2、可与H2PO4-组成缓冲对的物质是 或 。
参考答案：H3PO4； HPO42-
难度：低
五、简答题
1、以H2CO3—NaHCO3缓冲对为例，说明它的缓冲作用原理。
参考答案：在H2CO3—NaHCO3混合溶液中，NaHCO3为强电解质，在水溶液中完全电离成Na+和HCO3—；而H2CO3为弱电解质，电离度很小，加上同离子效应使H2CO3几乎完全以分子状态存在，因而溶液中存在大量的H2CO3和HCO3—，两者构成了一对共轭酸碱对，在水溶液中存在如下平衡：
H2CO3 HCO3— + H+
当向此溶液中加少量酸（H+）时，溶液中大量存在的HCO3—（共轭碱）就与H+结合生成H2CO3（共轭酸），平衡向左移动。达到新的平衡时，[H2CO3]略有增加，溶液中[H+]几乎没有增加，溶液的pH几乎没有减小。因此溶液中HCO3—起了对抗外来H+的作 用，是抗酸成分。其抗酸离子反应方程式为：
HCO3— +H+ H2CO3
当向此溶液中加少量碱（OH-）时，溶液中大量存在的H2CO3电离产生的H+与外来少量的OH-结合成H2O，由于[H+]减小，平 衡向右移动，H2CO3进一步电离以补充消耗掉的H+。达到新的平衡时，溶液中[H+]几乎没有减小，故溶液的pH几乎没有增大。溶液中H2CO3起了对抗外来OH-的作用，是抗碱成分。其抗碱离子反应方程式为：
H2CO3+OH— HCO3—+H2O
加少量水稀释时，缓冲溶液中的[H2CO3]和[HCO3—]同步减小，两者比值不会因一定限度的稀释而改变，故溶液的pH基本不变。若稀释过度，溶液的pH将发生明显改变。
难度：中
六、综合题
配制pH=5.0的缓冲溶液400ml，需取0.10mol/LHAc和0.10mol/LNaAc 溶液各多少毫升 ( 已知HAc的pKa＝4.75)
参考答案：量取0.1mol/LCH3COOH溶液80ml和0.1mol/LCH3COONa溶液320ml混合即得pH=5.0的具有中等缓冲能力的缓冲溶液。
难度：难

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