缓冲区的解决方案

定义、解释和如何使缓冲解决方案的例子。

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一个缓冲溶液是一个解决方案,抵制pH值的变化当少量的H⁺离子(酸)或哦^{- - - - - -}离子(基地)补充道。通过选择合适的组件,可以缓冲溶液几乎任何pH值。

缓冲溶液中可能含有弱酸及其盐(哈马+,米盐阳离子)或弱碱及其盐(B +布氏硬度),其中N是盐阴离子)

缓冲溶液pH值实现他们的抵抗改变,因为酸之间存在一个平衡的HA和它的共轭碱⁻。

HA⇌H⁺+一个⁻(我)情商。

缓冲的解决方案包含相对较大浓度的弱酸及其对应的弱碱。他们可以涉及弱酸哈和共轭碱^{- - - - - -}或者一个弱碱B和共轭酸BH⁺。

当H +添加到缓冲溶液,它与弱碱反应基本完成:

H⁺+一个^{- - - - - -}→公顷或H⁺+ B→黑洞⁺

哦——添加到缓冲溶液时,它与弱酸反应基本上完成报告:

哦^{- - - - - -}+ HA→^{- - - - - -}+ H₂O或哦^{- - - - - -}+黑洞⁺→B + H₂O

缓冲溶液的pH值是由浓度的比值的弱碱和弱酸性。只要这个比例仍然几乎不变,pH值将保持不变。将这种情况只要的浓度(HA和缓冲材料^{- - - - - -})或(B和黑洞⁺)是大而大量的H⁺或哦^{- - - - - -}补充道。

对于一个酸性溶液(无盐)我们有一个平衡常数K_一个:

K_一个= [H⁺][^{- - - - - -}]/[哈哈]

我们可以假定浓度(H⁺]和[一个^{- - - - - -})是相同的,远小于(HA)如果酸弱。我们可以假设如此之小的酸电离,酸(HA)的浓度达到平衡是一样的我们使用的酸的浓度。

这是不正确的了,当我们加入相应的盐(MA),包含一个^{- - - - - -}和M⁺离子。然后Eq。我将进一步推动左据勒夏特列原理在平衡的解决方案。那么我们可以假定(的数量^{- - - - - -})出现在解决方案是来自马盐一样。酸的浓度(HA),仍然可以认为是一样的我们使用的酸的浓度,既然平衡已经进一步转移到左边。(由于缺乏H⁺离子不会高于我们开始)。

缓冲capasity缓冲的解决方案是定义的质子或氢氧根离子能吸附的量没有显著改变博士因此,高浓度的溶液的缓冲化合物,将有一个高缓冲capasity。

的pH值由缓冲的解决方案(-)/ (HA)的比例
的缓冲capasity是depenent的大小[-]和[哈哈]。

解决方案与已知浓度的酸和共轭碱,可以计算使用的pH值Henderson-Hasselbalch方程,这是在日志的形式:

pH = pK_一个日志([+^{- - - - - -}]/[哈哈])= pK_一个+日志((基地)/(酸))

最好的缓冲效果是当[实现^{- - - - - -}]/[哈哈]比率是1。那么酸pK_一个等于博士这意味着我们应该瞄准一个缓冲酸或碱pK_一个价值最可能希望pH值。

计算例子给出更好的了解和帮助:

计算一个给定的缓冲溶液的pH值
缓冲溶液的pH值则希望
缓冲溶液pH值超过7
如何让1.4升1 M (mol / l的解决方案)氯化铵水溶液吗
如何让1.0升1 M氨水溶液
缓冲能力的差异
选择最佳的缓冲溶液

另请参阅pKa的酚类、醇类和羧酸,pKa胺、二元胺和环有机氮的化合物和pKa的无机酸和碱以及强和弱的酸和碱。

示例1:计算给定缓冲溶液的pH值

一个缓冲溶液是由等量的0.40 CH₃羧基(乙酸)和0.25票₃首席运营官(ethanoate钠)。这种解决方案的pH值是什么呢?

(M =摩尔/升的解决方案)

pKa的乙酸是4.76,这使K_一个= 10^(-4.76)= 1.74 * 10⁵

K_一个= [H⁺][CH₃首席运营官^{- - - - - -}]/ [CH₃羧基]和[H⁺]= K_一个(CH₃羧基]/ [CH₃首席运营官^{- - - - - -}]

[H⁺)= 1.74 * 10⁵* 0.40/0.25 = 2.78 * 10⁵

pH值=日志[H +] =日志(2.78 * 10⁵)= 4.56 =4.6(只有两个有效数字输入值)中有效数字的数量

或使用Henderson-Hasselbalch方程:pH值日志(0.25/0.40)= 4.76 = 4.76 + -0.20 = 4.56 =4.6
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示例2:做一个缓冲溶液的pH值

有多少CH₃羧基(乙酸)和去₃首席运营官(钠ethanoate)我们需要做一个缓冲溶液pH值为3.95 ?

酸平衡方程:

CH₃羧基(aq)↔H⁺(aq)+ CH₃首席运营官^{- - - - - -}(aq)

K_一个= [H⁺][CH₃首席运营官^{- - - - - -}]/ [CH₃羧基]和[CH₃首席运营官^{- - - - - -}]/ [CH₃羧基]= K_一个/ (H⁺]

pH = 3.95对应于一个浓度[H +] = 10^(-3.95)= 1.12 * 10⁴

pKa的乙酸是4.76,这使K_一个= 10^(-4.76)= 1.74 * 10⁵

然后,(CH₃首席运营官^{- - - - - -}]/ [CH₃羧基)* 10 = 1.74⁵/ 1.12 * 10⁴= 0.16

这意味着,钠盐的浓度应该是乙酸的浓度的0.16倍。

如果你开始与1.0升1 M乙酸,您可以添加钠ethanoate 1升0.16米。(M =摩尔/升的解决方案)

图显示了缓冲溶液pH值的变化与添加盐酸:

注意1:这个可以解决一系列不同浓度的两种解决方案。然而,金额必须调整,添加CH之间的比例₃首席运营官^{- - - - - -}和CH₃羧基仍然是0.16的混合。

注意2:当CH3COO的数量^{- - - - - -}相比相对较小的醋酸,后在这种情况下,缓冲效果将小于的数量两个更平等。为了弥补这个缺陷,你可以增加的浓度(它们之间仍然相同的比率)或找到另一条用pK酸和盐_一个接近你想要的pH值。(如甲酸(HCOOH) pKa = 3.74和甲酸钠盐(HCOONa))

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示例3:缓冲溶液pH值超过7

我们怎样才能做一个碱性缓冲溶液,如pH = 9.1 ?

pH值为9.1,我们将在基本方面,与氢氧根离子控制/ H +离子。然后,你应该找到一个基地及其生产的缓冲盐,如基氨(NH3)及其盐氯化铵(NH4Cl)。

平衡方程是:

NH₃(aq)+ H₂O (l)↔NH₄⁺(aq)+哦^{- - - - - -}(aq)

K_b=[哦^{- - - - - -}][NH₄⁺]/ [NH₃]和[NH₄⁺]/ [NH₃]= K_b/(哦^{- - - - - -}]

氨、pK_一个= 9.24。然后,pK_b= 14 - pK_一个= 14 -9.24 = 4.76和K_b= 10^(-4.76)= 1.74 * 10⁵

我们也有:pH值+ pOH = 14和pOH = 14 - pH = 14 - 9.1 = 4.9(氢氧根)= 10^(-4.9)= 1.26 * 10⁵

我们填写的方程K_b和[哦^{- - - - - -}]:(NH₄⁺]/ [NH₃]= K_b/(哦^{- - - - - -})= 1.74 * 10⁵/ 1.26 * 10⁵=1.38

做一个缓冲与pH = 9.1你可以开始与1.4升1 M氯化铵水溶液,加1.0升1 M氨水溶液。(M =摩尔/升的解决方案)

注意:这个可以解决一系列不同浓度的两种解决方案。然而,数量(NH必须调整₄⁺]/ [NH₃)比例添加化学物质仍是1.38。

例4:如何让1.4升1 M (mol / l的解决方案)氯化铵水溶液吗?

Molweight氯化铵,NH₄肤色线:

1摩尔N: 14.01克/摩尔,摩尔H: 1.01克/摩尔,摩尔Cl: 35.45克/摩尔

1摩尔NH₄Cl: 14.01 + 4 * 1.01 + 35.45)克/摩尔= 53.50 g NH₄Cl /摩尔

1.4升我们需要:1 mol / l * 53.5 g NH₄Cl /摩尔* 1.4 l =74.9 g NH₄Cl

所以:增加74 9 g NH₄Cl的瓶子里,加入约1升的水。Stirr直到所有的盐是解决。添加更多的水来准确的1.4升的解决方案。

示例5:如何使1.0升1 M氨水溶液?

氨是一种气体在室温下,然而它也可作为液体解决水,通常30%按重量在水中氨。

的1.0升1 M方案我们需要1摩尔NH_3所示。1摩尔NH₃(14.01 + 3 * 1.01)克/摩尔= 17.04 g NH₃/摩尔

100克30重量%氨溶液包含30 g氨。我们需要:(100 g解决方案/ 30 g氨)* 17.04 g氨= 56.80 g 30重量%的解决方案。

所以:添加56.8克30重量% NH₃解决方案到瓶子里,加水1升。

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示例6:缓冲容量的差异

pH值的变化是当0.20摩尔气体HCl添加到0.5升的两种解决方案下面吗?

1。7.00 CH₃羧基和7.00 CH₃COONa

2。0.070 CH₃羧基和0.070 CH₃COONa

(M =摩尔/升的解决方案)

pK_一个乙酸(CH₃羧基)是4.76,给出了K_一个= 10^(-4.76)= 1.74 * 10⁵

从Henderson-Hasselbalch方程:pH = pK_一个日志([+^{- - - - - -}]/[哈哈])

解决方案1:pH = 4.76 +日志([7.00]/[7.00])= 4.76 +日志(1)= 4.76 + 0 = 4.76

解决方案2:pH = 4.76 +日志([0.070]/[0.070])= 4.76 +日志(1)= 4.76 + 0 = 4.76

物种中添加盐酸气体后的解决方案:

水醋酸CH3COO后^{- - - - - -}Na⁺H⁺Cl^{- - - - - -}

Na⁺和Cl^{- - - - - -}离子不会任何反应的一部分,但当添加盐酸,H⁺增加,平衡

CH₃羧基(aq)↔H⁺(aq)+ CH₃首席运营官^{- - - - - -}(aq)

是左边驱动的。所有添加H⁺(0.01摩尔)将反应与CH₃首席运营官^{- - - - - -}对CH₃羧基。

解决方案1中的酸化合物的浓度之前和之后的反应将是:

	[H⁺]	(CH₃首席运营官^{- - - - - -}]	(CH₃羧基)
在反应之前	0.010摩尔/ 0.5 l = 0.020 M	7.00米	7.00米
后的反应	0	6.98米	7.02米

然后,反应后的pH值可以计算:

pH值的解决方案添加盐酸后1= 4.76 +日志([6.98]/ [7.02])= 4.76 - 0.0025 =4.76,pH值无显著变化

解决方案2中的酸化合物的浓度之前和之后的反应将会是:

	[H⁺]	(CH₃首席运营官^{- - - - - -}]	(CH₃羧基)
在反应之前	0.010摩尔/ 0.5 l = 0.020 M	0.070米	0.070米
后的反应	0	0.050米	0.090米

然后,反应后的pH值可以计算:

pH值的解决方案添加盐酸后2= 4.76 +日志([0.050]/ [0.090])= 4.76 - 0.26 =4.50,一个小,但意义重大,pH值的变化。

解决方案1缓冲能力远高于2的解决方案。

图中显示缓冲容量的差异的两种解决方案:

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例7:选择最好的缓冲溶液

你需要一个缓冲与pH值4.5和有四个availible酸及其钠盐。应该使用哪种酸缓冲溶液最好?

你的酸:

氯乙酸
苯甲酸
丙酸
次氯酸

我们知道,最好的缓冲效果是实现当缓冲弱酸或基地pK_一个pH值接近想要的价值。

因此,我们需要比较酸pK_一个年代希望pH值为4.5。如果我们看一看pK_一个的无机酸和pk_一个酚类、醇类和羧酸我们找到了pK_一个酸的年代:

氯乙酸:2.87
苯甲酸:4.20
丙酸:4.87
次氯酸:7.54

苯甲酸和丙酸可以被使用,但是的pK_一个苯甲酸(4.20)接近的pH值4.5,所以苯甲酸盐sodiumbenzoate将最有效的缓冲溶液。

然后,酸平衡方程:

C₆H₅羧基(aq)↔H⁺(aq)+ C₆H₅首席运营官^{- - - - - -}(aq)

K_一个= [H⁺][C₆H₅首席运营官^{- - - - - -}]/ [C₆H₅羧基]和[C₆H₅首席运营官^{- - - - - -}]/ [C₆H₅羧基]= K_一个/ (H⁺]

pH = 4.50对应于一个浓度(H⁺)= 10^(-4.50)= 3.16 * 10⁵

pKa的苯甲酸是4.20,这使K_一个= 10^(-4.20)= 6.31 * 10⁵

然后,[C₆H₅首席运营官^{- - - - - -}]/ [C₆H₅羧基)* 10 = 6.31⁵/ 3.16 * 10⁵= 2.0

这意味着钠盐的浓度必须是2倍浓度的苯甲酸。

如果你从1.0升1.0 bencoic酸开始,您可以添加1.0升2.0 M苯甲酸钠。(M =摩尔/升的解决方案)

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定义、解释和如何使缓冲解决方案的例子。

示例1:计算给定缓冲溶液的pH值

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