实验三  缓冲溶液的配制与pH值的测定

1．实验目的

    （1）掌握缓冲溶液的配制原理和方法；

    （2）熟悉有关缓冲溶液配制的计算公式；

    （3）了解缓冲溶液的有关性质；

    （4）学习用pH计测定溶液的pH值；

2．实验原理

    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。

缓冲溶液一般是由共轭酸碱对组成的，例如弱酸及其盐，或弱碱及其盐，以及多元弱酸的酸式盐及其次级盐。如果缓冲溶液由弱酸及其盐(例如HAc-NaAc)组成，则

HAc ? ????????H+ + Ac-

当加入少量酸时，平衡左移，氢离子浓度几乎不变；同样，当加入少量碱时，平衡右移，氢离子浓度也几乎不变。在缓冲溶液中，氢离子浓度与pH值的计算公式可表示为：

[H⁺]»K_a´c_酸/c_盐

pH=pK_a-lg c_酸/c_盐

    可以看出，溶液稀释时，质子酸及其盐的浓度等同地变小，其比值不变，氢离子浓度也不变。因此，由于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，或被稀释时，其溶液的pH值基本上是不变的。

    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。使用缓冲溶液时，常选用质子酸的pK_a与所配pH值接近的缓冲体系，质子酸及其盐的总浓度在0.01~0.1 mol·L^-1，质子酸及其盐的浓度比值在0.1~10范围。

    在实际工作中，常常需要配制一定pH值的缓冲溶液。

3．实验仪器与试剂

    Delta-320pH计，试管，量筒（100 mL，10mL），烧杯（100 mL，500 mL），吸量管（10 mL）等。

    HAc（0.1 mol·L^-1，1 mol·L^-1），NaAc（0.1 mol·L^-1，1 mol·L^-1），NaH₂PO₄（0.1 mol·L^-1），Na₂HPO₄（0.1 mol·L^-1），NH₃·H₂O（0.1 mol·L^-1），NH₄Cl（0.1 mol·L^-1），HCl（0.1 mol·L^-1），NaOH（0.1 mol·L^-1，1 mol·L^-1），pH=4的HCl，pH=10的NaOH，pH=4.00标准缓冲溶液，pH=6.86标准缓冲溶液, pH=9.18标准缓冲溶液，甲基红溶液，广泛pH试纸，精密pH试纸，吸水纸等。

4．实验步骤

    （1）缓冲溶液的配制与pH值的测定

    按照表3.3-1，通过计算配制三种不同pH值的缓冲溶液。然后用精密pH试纸和pH计分别测定它们的pH值。比较理论计算值与两种测定方法实验值是否相符(溶液留作后面实验用)。

   （2）缓冲溶液的性质

    ①取3支试管，依次加入蒸馏水，pH=4的HCl溶液，pH=10的NaOH溶液各3 mL，用pH试纸测其pH值。然后向各管加入5滴0.1 mol·L^-1 HCl，再测其pH值。用相同的方法，试验5滴0.1 mol·L^-1 NaOH对上述三种溶液pH值的影响。

将结果记录在表1.3-1中。

    ②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3 mL。然后向各管加入5滴0.1 mol·L^-1 HCl，测其pH值。用相同的方法，试验5滴0.1mol·L^-1 NaOH对上述三种缓冲溶液pH值的影响。将实验结果记录在表3.3-1中。

表3.3-1  缓冲溶液的配置与pH值的测定

③取4支试管，依次加入pH=4.0的缓冲溶液，pH=4的HCl溶液，pH=10.0的缓冲溶液，pH=10的NaOH溶液各l mL，用精密pH试纸测定各管中溶液的pH值。然后向各管中加10 mL水，混匀后再用精密pH试纸测其pH值，考查稀释对上述四种溶液pH值的影响。将实验结果记录于表3.3-2中。

    通过以上实验结果，说明缓冲溶液的什么性质?

表3.3-2  缓冲溶液的性质

    （3）缓冲溶液的缓冲能力

①缓冲容量与缓冲组分浓度的关系

取两支大试管，在一管中加入0.1 mol·L^-1 HAC和0.1 mol·L^-1 NaAc各3 mL，另一管中加入1 mol·L^-1 HAc和1 mol·L^-1 NaAc各3 mL，混匀后测定两管内溶液的pH值(是否相同)?在两管中分别滴人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＝。然后在两管中分别逐滴加入l mol·L^-1 NaOH溶液(每加入1滴NaOH均需摇匀)，直至溶液的颜色变成黄色。记录各管所滴人NaOH的滴数，说明哪一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

取两支大试管，用吸量管在一管中加人0.1 mol·L^-1 NaH₂PO₄和Na₂HPO₄各10 mL，另一管中加入2 mL 0.1 mol·L^-1 NaH₂PO₄和18 mL 0.1 mol·L^-1 Na₂HPO₄，混匀后用精密pH试纸分别测量两管中溶液的pH值。然后在每管中各加入1.8 mL 0.1 mol·L^-1 NaOH，混匀后再用精密pH试纸分别测量两管中溶液的pH值。说明哪一管中缓冲溶液的缓冲容量大。

5．思考题

（1）在NH₃ ·H₂O-NH₄ Cl溶液中加入少量的强酸或强碱，为什么溶液的pH值基本上保持不变？

（2）根据你实验的结果，欲配制一定体积pH=3.20的缓冲溶液，选择下列三对缓冲对中的那一对为最佳？HCOOH-HCOONa、HAc-NaAc、NaH₂PO₄-H₃PO₄。(假定每种溶液的浓度均为0.1mol·L^-1.)

    （3）硼砂(Na₂B₄O₅(OH)₄ ·8H₂O)溶液是否具有缓冲作用，为什么?

    (李志强编)

 

第二篇：缓冲溶液pH值的计算