化学

项目二 缓冲溶液的配制与pH值测定

一、目的要求

1．会配制缓冲溶液，熟悉缓冲溶液的性质。

2．能掌握溶液配制的基本实验方法，学习pH计的使用方法。 二、基本原理 1．基本概念

在一定程度上能抵抗外加少量酸、碱或稀释，而保持溶液pH值基本不变的作用称为缓冲作用，具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。

2．缓冲溶液组成及计算公式 缓冲溶液一般是由共轭酸碱对组成的，例如弱酸和弱酸盐，或弱碱和弱碱盐。如果缓冲溶液由弱酸和弱酸盐 (例如HAc-NaAc)组成，则

pH?pKa?lg[共轭碱] [共轭酸]3．缓冲溶液性质

抗酸、碱、抗稀释作用 因为缓冲溶液中具有抗酸成分和抗碱成分，所以加入少量强酸或强碱，其pH值基本上是不变的。稀释缓冲溶液时，酸和碱的浓度比值不改变，适当稀释不影响其pH值。

缓冲容量 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。缓冲容量的大小与缓冲组分浓度和缓冲组分的比值有关。缓冲组分浓度越大，缓冲容量越大；缓冲组分比值为1:1时，缓冲容量最大。

三、试剂仪器 1．试剂

（1） 0.1mol·LHAc

-1

（3） 0.1mol·L NaH2PO4

-1

（5） 0.1mol·L

NH3·H2O

-1

（7） 0.1mol·LNaOH

-1

50mL 50mL 50mL 50mL 若干

100mL ×3 50mL×1 6支

（2） 0.1mol·LNaAc 50mL

-1

（4） 0.1mol·L Na2HPO4 50mL

-1

（6） 0.1mol·L NH4Cl 50mL （8） 甲基红指示剂 （2） （4） （6） （8）

pH计 量筒 吸管管 试管架

-1

2．仪器

（1） （3） （5） （7）

精密pH试纸 烧杯 容量瓶 试管

1台

10mL ×1 10mL ×1 1个

四、操作步骤

1. 缓冲溶液的配制与pH值的测定 （1）按照表2-1，计算出配制三种不同pH值的缓冲溶液所需各组分的体积。 （2）取3只100mL烧杯，编号甲、乙、丙，按照表2-1逐一配制。 （3）用精密pH试纸和pH计分别测定其pH值，记录。

比较理论计算值与两种测定方法实验值 (溶液留作后面实验用)。

表2-1 缓冲溶液的配制与pH值的测定

烧杯编号 甲 理论pH值 4.0 各组分的体积/mL (总体积50mL) 0.1mol·LHAc 0.1mol·LNaAc -1-1精密pH试纸 测定pH值 pH计 测定pH值 1

乙 丙 7.0 10.0 0.1mol·L NaH2PO4 0.1mol·L Na2HPO4 0.1mol·L NH3·H2O 0.1mol·L NH4Cl -1-1-1-1 2. 缓冲溶液的性质 （1）抗酸、碱和抗稀释

①取3支试管，依次加入自己配制的pH=4.0、pH=7.0、pH=10.0的缓冲溶液各3mL。

用精密pH试纸测定各管中溶液的pH值。将结果记录在表2-2中。

②向各管加入5滴0.1mol·L-1 HCl，混匀后用精密pH试纸测其pH值。记录。

③另取3支试管，依次加入自己配制的pH=4.0、pH=7.0、pH=10.0的缓冲溶液各3mL

后，向各管加入5滴0.1mol·L-1NaOH，混匀后用精密pH试纸测其pH值。记录。

④另取3支试管，依次加入自己配制的pH=4.0、pH=7.0、pH=10.0的缓冲溶液各3mL

后，向各管中加入10mL蒸馏水，混匀后再用精密pH试纸测其pH值。记录。

（2）对比实验

①取3支试管，依次加入蒸馏水，pH=4.0的HCl溶液，pH =10.0的NaOH溶液各3mL，用pH试纸测其pH值。将结果记录在表2-2中。

②向各管加入5滴0.1mol·L-1HCl，混匀后用精密pH试纸测其pH值。记录。 ③用相同的方法，试验5滴0.1mol·L-1NaOH对上述三种溶液pH值的影响。并记录

通过以上实验结果，说明缓冲溶液具有什么性质。

表2-2 缓冲溶液的性质

实验序号 1 2 3 4 5 6 溶液类别 pH=4.0的缓冲溶液 pH=7.0的缓冲溶液 pH=10.0的缓冲溶液 蒸馏水 pH=4的HCl溶液 pH=10的NaOH溶液 pH值 加5滴HCl 加5滴NaOH 后pH值 后pH值 加10mL水后pH值 3. 缓冲溶液的缓冲容量 （1） 缓冲容量与缓冲组分浓度的关系 ①取两支试管，在一试管中加入0.1mol·L-1 HAc和0.1mol·L-1NaAc各3mL，另一试管中加入1mol·L-1HAc和1mol·L-1NaAc各3mL，混匀后用精密pH试纸测定两试管内溶液的pH值(是否相同)？

②在两试管中分别滴入2滴甲基红指示剂，溶液呈何色？(甲基红在pH<4.2时呈红色，pH>6.3时呈黄色)。

③在两试管中分别逐滴加入0.1mol·L-1NaOH溶液(每加入1滴NaOH均需摇匀)，直至溶液的颜色变成黄色。记录各试管所滴入NaOH的滴数。

2

比较说明哪一试管中缓冲溶液的缓冲容量大。 （2） 缓冲容量与缓冲组分比值的关系

①取两支试管，用吸量管在一试管中加入NaH2PO4和Na2HPO4各10 mL，另一试管中加入2mL 0.1 mol·L-1 NaH2PO4和18mL 0.1 mol·L-1Na2HPO4，混匀后用精密pH试纸分别测量两试管中溶液的pH值。

②在每试管中各加入1.8mL 0.1 mol·L-1NaOH，混匀后再用精密pH试纸分别测量两试管中溶液的pH值。

比较说明哪一试管中缓冲溶液的缓冲容量大。 五、思考题

1. 为什么缓冲溶液具有缓冲作用？

2. NaHCO3溶液是否具有缓冲作用，为什么？

3. 用pH计测定溶液pH值时，已经标定的仪器，“定位”调节是否可以改变位置，为什么？

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项目十七 电离平衡和缓冲溶液性质验证

一、目的要求

1．能正确理解电解质电离的特点和影响平衡移动的因素。 2．会使用酸碱指示剂和pH试纸。

3．会运用同离子效应对弱电解质离解平衡产生影响。 4．会配制缓冲溶液。 二、基本原理

由共轭酸碱对组成的溶液，具有一定的pH值，当加入少量的强酸、强碱或稍加稀释时，能保持其pH值基本不变，这种溶液为缓冲溶液。 缓冲溶液的配制主要是根据公式：

[B?]pH?pKa?lg[HB]当cB??cHB,pH?pKa?lgVB?VHB?①

VB??VHB?V?②联立①、②解得:VB??? VHB??必须指出的是由①式计算所得的pH值是近似的，在这个式子中没有反应温度

及离子强度的影响。因此，只适用于温度和离子强度恒定的情况。

缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用，称为缓冲作用。 所有缓冲溶液的缓冲能力都有一定的限度，缓冲比一定时，缓冲剂总浓度越大，缓冲能力越强；缓冲剂总浓度一定时，缓冲比为1:1时，缓冲能力最大。

三、试剂仪器

1．试剂

(1) (3) (5) (7) (9) (11) (13) (15) (17) (19)

0.1 mol·L-1HAc 0.1 mol·L-1MgCl2 0.1mol·L-1NaH2PO4 0.1mol·L-1NH3·H2O 2.0 mol·L-1NaOH 饱和H2S水溶液 酚酞试液 醋酸铅试纸 精密pH试纸 固体NH4Cl

1mL 4mL 15mL 3mL 1mL 2mL 1mL 1片 2片 2g

50mL×2 16支 1根 2支 1台

(2) (4) (6) (8) (10) (12) (14) (16) (18) (2) (4) (6) (8) (10)

1mol·L-1HAc 2.0 mol·L-1 HCl 0.1 mol·L-1Na2HPO4 0.1mol·L-1NH4Cl 0.1mol·L-1 FeCl3 甲基橙试液 石蕊试液

百里酚蓝指示剂 固体NaAc 量筒 试管刷 酒精灯 离心机 表面皿

10mL×2 1把 1只 1台 9cm×1

10mL

1mL 15mL 1mL 1mL 1mL 1mL 1mL 1g

2．仪器

(1) 烧杯 (3) 试管 (5) 玻璃棒 (7) 离心试管 (9) pH计 四、操作步骤

1．同离子效应 ⑴在试管中加入1mL0.1mol·L-1HAc溶液，加1滴甲基橙试液，观察溶液的

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颜色；再加入少量固体NaAc，观察溶液的颜色的变化。

⑵在试管中加入1mL0.1mol·L-1NH3·H2O，加1滴酚酞试液，观察溶液的颜色；再加入少量固体NH4Cl，观察溶液的颜色的变化。

⑶在试管中加入2mL饱和H2S水溶液及1滴石蕊试液，观察溶液的颜色；并用湿润的醋酸铅试纸检查有无H2S气体放出；再向溶液中滴加2mol·L-1NaOH溶液，至溶液呈碱性，观察溶液的颜色的变化，并检查有无H2S气体放出。再向溶液中滴加2mol·L-1HCl溶液至溶液呈酸性，观察溶液的颜色又有什么变化？有无H2S气体放出。

⑷在试管中加入2mL0.1mol·L-1MgCl2溶液，滴加0.1mol·L-1NH3·H2O有什么现象？在试管中加入少量固体NH4Cl，又有什么变化。

解释上述现象。根据实验结果，总结同离子效应对弱电解质离解平衡的影响。 2．缓冲溶液的配制

⑴计算配制pH=4.0的缓冲溶液20.00mL所需的0.1mol·L-1HAc溶液和0.1mol·L-1NaAc溶液的用量(pKa=4.75)。根据计算用量，用吸量管吸取HAc和NaAc溶液于烧杯甲中，混匀。用精密pH试纸测定pH值并填入表17-1中。

⑵计算配制pH=7.4的缓冲溶液20.00mL所需的0.1mol·L-1Na2HPO4溶液和0.1mol·L-1NaH2PO4溶液的用量。根据计算用量，用吸量管吸取Na2HPO4溶液和NaH2PO4溶液于烧杯乙中，混匀。用精密pH试纸测定pH值并填入表17-1中。

表17-1 各组份用量和pH值实测值

缓冲溶液 各组分的毫升数 0.1mol·L-1HAc 0.1mol·L-1NaAc 0.1mol·L-1NaH2PO4 0.1mol·L-1Na2HPO4 mL mL mL mL pH值 理论值 4.0 7.4 实测值 甲 乙 3．缓冲溶液的性质 ⑴抗酸和抗碱作用

在三支试管中分别加入4mL上述配制的两种缓冲溶液和蒸馏水，各加入1滴甲基橙指示剂，摇匀并记录溶液颜色，用广泛pH试纸测试其pH值。之后各加入1滴1mol·L-1HCl，观察各试管中的颜色变化，用广泛pH试纸测试其pH值。向盛有缓冲溶液的试管中继续滴加1mol·L-1HCl至溶液颜色与盛水的试管一致时为止，记录再次加入HCl的滴数，将结果填入下表中。

表17-2 缓冲溶液抗酸抗碱实验

组成 加1滴 甲基橙 颜色 NaH2PO4－Na2HPO4 HAc－NaAc H2O pH 加1滴 HCl 颜色 pH 继续滴加 HCl滴数 加1滴 酚酞 颜色 加1滴 NaOH pH 继续滴加 NaOH滴数 pH 颜色 分别取上述两种缓冲溶液及蒸馏水各4mL，各加入1滴酚酞指示剂，用1mol·L-1NaOH按上述抗酸作用的实验操作步骤进行，验证缓冲溶液的抗碱作用，将有关数据填入下表17-2中。

⑵抗稀释作用

在两支试管中各加入上述配制的NaH2PO4－Na2HPO4缓冲溶液2mL、4mL，

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再向盛2mL缓冲溶液的试管中加2mL水，混匀后加1滴百里酚蓝指示剂，比较两支试管中颜色有无变化，解释实验现象。

2. 缓冲容量的应用 应用NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液来分离Fe3+和Mg2+。可提供0.1mol·L-1NH3·H2O、0.1mol·L-1NH4Cl、0.1mol·L-1FeCl3、0.1mol·L-1MgCl2。配制含Fe3+和Mg2+。的混合溶液10mL，使混合溶液中的Fe3+和Mg2+的浓度均为0.01mol·L-1。思考一下：缓冲溶液的pH值应选多大能够达到分离的目的？如何配制？怎样进行这一分离实验？

四、思考题

1．如何选择和配制缓冲溶液，缓冲溶液的缓冲范围是多少？

2．在弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质对弱电解质离解平衡有什么影响？

3．在试管实验中，经常遇到的一种操作“逐滴加入”或者“滴加”某种试剂，怎样正确操作滴管？同时还需进行的一个动作是什么？

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再向盛2mL缓冲溶液的试管中加2mL水，混匀后加1滴百里酚蓝指示剂，比较两支试管中颜色有无变化，解释实验现象。

2. 缓冲容量的应用 应用NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液来分离Fe3+和Mg2+。可提供0.1mol·L-1NH3·H2O、0.1mol·L-1NH4Cl、0.1mol·L-1FeCl3、0.1mol·L-1MgCl2。配制含Fe3+和Mg2+。的混合溶液10mL，使混合溶液中的Fe3+和Mg2+的浓度均为0.01mol·L-1。思考一下：缓冲溶液的pH值应选多大能够达到分离的目的？如何配制？怎样进行这一分离实验？

四、思考题

1．如何选择和配制缓冲溶液，缓冲溶液的缓冲范围是多少？

2．在弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质对弱电解质离解平衡有什么影响？

3．在试管实验中，经常遇到的一种操作“逐滴加入”或者“滴加”某种试剂，怎样正确操作滴管？同时还需进行的一个动作是什么？

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