缓冲溶液的配制与性能

一 实验目的

(1)学习缓冲溶液的配制方法，加深对缓冲溶液性质的理解

(2)了解缓冲容量与缓冲剂浓度和缓冲组分的比值关系：

(3)练习吸量管的使用方法。

二 实验原理

   能抵抗外来少量强酸、强碱或适当稀释而保持pH值基本不变的溶液叫缓冲溶液。缓冲溶液一般是由弱酸及其盐、弱碱及其盐、多元弱酸的酸式盐及其次级盐组成。缓冲溶液的pH值可用下式计算：

     或    

缓冲溶液pH值除主要决定于pK_b(pK_b)外，还与盐和酸(或碱)的浓度比值有关，若配制缓冲溶液所用的盐和酸(或碱)的原始浓度相同均为C,酸(碱)的体积为V_a(V_b)，盐的体积为Vs总体积为V，混合后酸(或碱)的浓度为，盐的浓度为，则

  

所以缓冲溶液pH值可写为

        或 

配制缓冲溶液时，只要按计算值量取盐和酸〔或碱)溶液的体积，混合后即可得到一定pH值的缓冲溶液。

缓冲容量是衡量缓冲溶液的缓冲能力大小的尺度。为获得最大的缓冲容量，应控制(或)＝1，酸(或碱)、盐浓度大的，缓冲容量亦大。但实践中酸(或碱)、盐浓度不宜过大。

三 仪器与药品

1．仪器。10mL吸量管、烧杯、试管、量筒等。

2．药品。HCl(0.1mol·L^-1)、pH＝4的HCl溶液、HAc(0.10.1mol·L^-1、1mol·L^-1)、NaOH(0.1mol·L^-1、2mol·L^-1);pH＝10的NaOH溶液、NH₃·H₂0〔0.1 mol·L^-1)、NaAc(0.1 mol·L^-1、l mol·L^-1)、NaH₂P0₄(0.1 mol·L^-1)、Na₂ HP0₄ (0.1 mol·L^-1 )、NH₄Cl (0.1 mol·L^-1)以及甲基红指示剂、广泛pH试纸、精密pH试纸。

四  实验步骤

1．缓冲溶液配制。甲、乙、丙三种缓冲溶液的组成如下表。如配制三种缓冲溶液各10mL，计算所需各组分的体积，并填入表中。

   按照表3-1中用量，用10mL小量筒（尽可能读准小数点后一位）配制甲、乙、丙三种缓冲溶液于已标号的3支试管中。用广泛PH试纸测定所配制的缓冲溶液的PH值，填入表中。试比较实验值与计算值是否相符(保留溶液，留作下面实验用)。

            表3—1  缓冲溶液理论配制与实验测定.

2．缓冲溶液的性能

(1)缓冲溶液对强酸和强碱的缓冲能力。

① 在两支试管中各加入3mL蒸馏水，用pH试纸测定其pH，然后分别加入3滴0.1mol.L^-1HCl和0.1 mol.L^-1NaOH溶液，再用PH试纸测其pH。

② 将实验1中配制的甲、乙、丙三种溶液依次各取3mL，每种取2份，共取6份，分别加入3滴0.1 mol.L^-1HCl和0.1 mol.L^-1NaOH溶液，用pH试纸测其pH值并填入表3—2：

                    表3—2缓冲溶液的性质

测定分别加入酸和碱后，同一缓冲溶液的pH值有无变化?与末加酸、碱的缓冲溶液的pH值比较有无变化?为什么?

(2) 缓冲溶液对稀释的缓冲能力。按表3—3，在3支试管中，依次加入lm比PH＝4的缓冲溶液、pH＝4的HCl溶液、pH＝10的缓冲溶液、pH＝l0的NaOH溶液，然后在各试管中加入10rnL蒸馏水，混合后用精密pH试纸测量其pH值。并解释实验现象。

                      表3---3缓冲溶液的稀释

3．缓冲容量；

 (1) 缓冲容量与缓冲剂浓度的关系。

    取2支试管，用吸量管在一支试管中加0.1 mol.L^-1HAc和0.1mol.L^-1NaAc溶液各3mL，另一只试管中加1 mol.L^-1HAc和1mol.L^-1NaAc溶液各3mL，摇动使之混合均匀。

测两试管内溶液的PH值是否相同？在两试管中分别滴入2滴甲基红指示剂，溶液里何色?然后在两试管中分别滴加2 mol.L^-1NaOH溶液(每加一滴均需充分混合)，直到溶液的颜色变成黄色。记录各管所加的滴数。解释所得的结果。

 (2) 缓冲容量与缓冲组分比值的关系 取2支试管，用吸量管在一支试管中加入0.1 mol.L^-1 Na₂HPO₄和0.1 mol.L^-1 NaH₂PO₄各5mL，另一支试管中加入9mL 0.1 mol.L^-1 Na₂HPO₄和0.1 mol.L^-1 NaH₂PO₄，用精密pH试纸或pH计测定两溶液的pH值。然后在每支试管中加入0．9mL 0.1m01·LNaOH再用精密pH试纸或pH计测定它们的pH值。每一试管加NaoH溶液前后两次的pH值是否相同?两只试管比较情况又如何?解释原因。

（五)思考题

 1．缓冲溶液的pH值由哪些因素决定?

 2．现有下列几种酸及这些酸的各种对应盐类(包括酸式盐)，欲配制pH=2、pH＝10、

pH＝12的缓冲溶液，应各选用哪种缓冲剂较好?

   H₃PO₄、HAc、H₂C₂0₄、H₂CO₃、HF

将10Ml0.1 mol.L^-1 HAc溶液和10mL0.1 mol.L^-1NaOH溶液混合后，问所得溶液是否具有缓冲能力?使用pH试纸检验溶液的pH时，应注意那些问题

 

第二篇：20xx.10 新版 《缓冲溶液的配制与性质》

实验  缓冲溶液的配制和性质、溶液pH值测定

【实验目的】

1.         学习缓冲溶液及常用等渗磷酸盐缓冲溶液的配制方法。

2.         加深对缓冲溶液性质的理解。

3.         强化吸量管的使用方法。

4.         学习使用pHS-2C型酸度计。

5.         培养环境保护意识。

【预习作业】

1.         一般性溶液与缓冲溶液有什么不同？

2.         缓冲溶液的性质有哪些？

3.         如何衡量缓冲溶液的缓冲能力大小？缓冲溶液的缓冲能力与什么因素有关？

4.         实验是如何设计以验证缓冲溶液所具有的性质及缓冲容量的影响因素的，设计时有哪些注意事项？

5.         该如何检测缓冲溶液的pH值是否发生改变？是否均需要用pH计？

6.         本实验属定量测定还是定性测定或半定量测定？

【实验原理】

普通溶液不具备抗酸、抗碱、抗稀释作用。

缓冲溶液通常是由足够浓度的弱酸及其共轭碱、弱碱及其共轭酸或多元酸的酸式盐及其次级盐组成的，具有抵抗外加的少量强酸或强碱、或适当稀释而保持溶液pH值基本不变的作用。

本实验通过将普通溶液和配制成的缓冲溶液对加入酸、碱或适当稀释前后pH数值的变化来探讨缓冲溶液的性质。

根据缓冲溶液中共轭酸碱对所存在的质子转移平衡：

HB? B^－+H₃O⁺

缓冲溶液pH值的计算公式为：

式中pK_a为共轭酸解离常数的负对数。此式表明：缓冲溶液的pH值主要取决于弱酸的pKa值，其次决定于其缓冲比。

需注意的是，由上述公式算得的pH值是近似的，准确的计算应该用活度而不应该用浓度。要配制准确pH值的缓冲溶液，可参考有关手册和参考书上的配方，它们的pH值是由精确的实验方法确定的。

缓冲容量（β）是衡量缓冲能力大小的尺度。缓冲容量（β）的大小与缓冲溶液总浓度、缓冲组分的比值有关。

缓冲溶液总浓度越大则β越大；缓冲比越趋向于1,则β越大，当缓冲比为1时，β达极大值。

实验室中最简单的测定缓冲容量的方法是利用酸碱指示剂变色来进行判断的。例如：本实验就使用了甲基红指示剂。

表2-3-1  甲基红指示剂变色范围

医学上常用PBS(等渗磷酸盐缓冲盐水)作为体外细胞缓冲培养液。PBS是与人体血浆渗透压(280～320mOsmol·L^-1)等渗，并与人体血液pH值(7.35～7.45)一致的含有NaCl、KCl、Na₂HPO₄、KH₂PO₄等物质的磷酸盐缓冲液。根据不同用途，PBS有不同的配制方法，如用于细胞培养的pbs配方为：8g NaCl，0.2g KCl，0.24g KH₂PO₄，1.44g Na₂HPO₄，加水至800ml，用HCl调pH至7.4，补水至1L，消毒灭菌既得。

其在水溶液中的质子转移平衡如下：

H₂PO₄^－＋H₂O? H₂PO₄^2－＋H₃O⁺          Ka₂

由上式可知该缓冲液pH的计算公式为

该公式计算出来的数值由于未考虑溶液的活度，所以所得的数值仍为近似值。

【仪器与试剂】

仪器：吸量管(5mL×5，10mL×5)，比色管(20mL×4)，量筒(10mL)，烧杯(50mL×6)，试管(10mL×6，20mL×6)，滴管，玻棒，洗瓶，pHS-2C型酸度计等

试剂：1.0mol·L^-1 HAc，0.1mol·L^-1HAc，1.0mol·L^-1 NaAc，0.10mol·L^-1 NaAc， 0.15mol·L^-1KH₂PO₄，0.10mol·L^-1Na₂HPO₄，0.15mol·L^-1NaCl，0.15mol·L^-1KCl，1.0mol·L^-1NaOH，1.0mol·L^-1HCl，0.15mol·L^-1HCl，蒸馏水，甲基红指示剂，广泛pH试纸，自带试样两份

【实验步骤】（方法1）

一、缓冲溶液的配制

按照表2-3-2中用量，用吸量管配制甲、乙、丙及细胞培养用PBS缓冲溶液于已标号的四支10mL，20mL比色管中，备用。

二、缓冲溶液的性质

1.         缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用

取7支试管，按表2-3-3分别加入下列溶液，用广泛pH试纸测pH值。然后，分别在各试管中滴加2滴1mol·L^-1HCl溶液或2滴1mol·L^-1NaOH溶液，再测pH值。记录实验数据：解释所得结果。

2.         缓冲容量与缓冲溶液总浓度（c）及缓冲比的关系

取6支试管，按表2-3-4分别加入下列溶液，测pH值。然后，在1～4号试管中各加2滴1mol·L^-1HCl溶液或2滴1mol·L^-1NaOH，再测pH值。5～6号试管中分别滴入2滴甲基红指示剂，溶液呈红色。然后一边振摇一边逐滴加入1.0mol·L^-1NaOH溶液，直至溶液的颜色刚好变成黄色。记录所加的滴数。记录实验结果，解释所得结果。

三、PBS溶液及自带试样溶液pH值的测定

先用pH试纸测量PBS溶液及自带试样溶液的pH值。然后用pHS-2C型酸度计分别测定它们的pH值，比较一下所测的pH数值是否与你预想的一致。

【数据记录与结果分析】

表2-3-2  缓冲溶液的配制

表2-3-3   缓冲溶液的抗酸、抗碱、抗稀释作用

结论：

表2-3-4  缓冲容量β与缓冲比（）及缓冲溶液总浓度（c）间的关系

结论：

表2-3-5  PBS溶液及自带试样溶液pH值的测定

结论：

备注：本实验方法配制的细胞培养用PBS溶液，已与人体血浆渗透压等渗，若PBS溶液pH不等于7.4，可直接用0.15mol·L^-1HCl调节至7.4。

【思考题】

1.         缓冲溶液的pH值由哪些因素决定?

2.         为什么缓冲溶液具有缓冲能力?

3.         pH试纸与pHS-2C型酸度计测定溶液的pH值的准确度如何?

4.         为何每测定完一种溶液，复合电极需用蒸馏水洗净并吸干后才能测定另一种溶液?

5.         本实验是如何设计以验证这些性质的？

6.         本实验属定量测定还是定性测定或半定量测定？

7.         如果只有HAc和NaOH，，HCl和NH₃·H₂O，KH₃PO₄和NaOH，能够进行上述实验吗？你将怎样进行设计实验？