缓冲溶液pH值计算公式

裴老师教你学化学

许多化学反应（包括生物化学反应）需要在一定的pH值范围内进行，然而某些反应有H+或OH-的生成或消耗，溶液的pH值会随反应的进行而发生变化，从而影响反应的正常进行。在这种情况下，就要借助缓冲溶液来稳定溶液的pH值，以维持反应的正常进行。在无机化学的教学中，为了使学生根据反应所要控制的pH值范围，能正确选择和配制缓冲溶液，就需要要求学生对缓冲溶液pH值的计算公式熟练掌握并能灵活应用。

缓冲溶液pH值的计算公式，根据缓冲溶液的组成大致可分为两大类型。 1 由弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液

设弱酸的浓度为C酸（mol·L-1），弱酸盐的浓度为C盐（mol·L-1），在溶液中存在下列平衡：

HA H+ + A- ［1］ (P78)

平衡时： C酸-x xC盐+x

Ka°= x（C盐+x）/（C酸-x）

x = ［H+］ = Ka°（C酸-x）/（C盐+x）

由于Ka°值较小，且因存在同离子效应，此时x很小，因而C酸-x≈C酸，C盐+x≈C盐，所以

［H+］ = Ka°C酸 / C盐

将该式两边取负对数：

-log［H+］ =-logKa°-logC酸 / C盐，所以

pH = pKa°-logC酸 / C盐

（1）

这就是计算一元弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液pH值的通式。 2 由弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液

设弱碱的浓度为C碱（mol·L-1），弱碱盐的浓度为C碱（mol·L-1），在溶液中存在下列平衡：

B + H2O BH+ + OH- ［2］ ( P140)

平衡时： C碱-x C盐+xx

Kb°= x（C盐+x）/ （C碱-x）

x = ［OH-］ = Kb°（C碱-x）/ （C盐+x）

由于Kb°较小，且因存在同离子效应此时x很小，因此C碱-x≈C碱，C盐+x≈C盐，所以，［OH-］ = Kb°C碱 / C盐 将该式两边取负对数： -log［OH-］ =-logKb°-logC碱 / C盐

pOH = p Kb°-logC碱 / C盐

又因pH = 14 - pOH，所以

pH = 14 -pKb°+ logC碱 / C盐

（2）

这就是计算一元弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液pH值的通式。

以上两种类型的缓冲溶液由于组成不同，其计算pH值的公式也不相同。这就给教师的教学和学生的学习带来一定困难。如果我们将这两种不同类型的缓冲溶液用酸碱质子理论进行处理，就可将这两种计算pH值的公式统一起来。讨论如下：

对于弱酸及弱酸盐组成的缓冲溶液，如HAc-NaAc缓冲溶液，根据酸碱质

子理论Ac-可以接受质子是碱，而HAc可以给出质子是酸，它们是一共轭酸碱对。设Ac-的浓度为C碱（mol·L-1），HAc的浓度为C酸（mol·L-1），在溶液中存在下列解离平衡。

HAc H+ + Ac-

平衡时：C酸-x x C碱+x

Ka°= x（C碱+x）/ （C酸-x）

x = Ka°（C酸-x）/ （C碱+x）

因Ka°值较小，且因存在同离子效应，此时x很小，因而C酸-x≈C酸，C碱+x≈C碱，所以

x = ［H+］ = Ka°C酸 / C碱

将该式两边取负对数，得

-log［H+］ =-logKa°-logC酸 / C碱

pH = p Ka°-logC酸 / C碱

（3）

对于弱碱及弱碱盐组成的缓冲溶液，如NH3-NH4+缓冲溶液。根据酸碱质子理论，NH3可以接受质子是碱，而NH4+可以给出质子是酸，它们是一共轭酸碱对。设NH3的浓度为C碱（mol·L-1），NH4+的浓度为C酸（mol·L-1），在溶液中存在下列平衡。

NH4+ H+ + NH3

平衡时：C酸-x x C碱+x

Ka°= x（C碱+x）/ （C酸-x）

x = Ka°（C酸-x）/ （C碱+x）

因Ka°值较小，且因存在同离子效应，x很小，C酸-x≈C酸，C碱+x≈C碱，所以

x = ［H+］ = Ka°C酸 / C碱

将该式两边取负对数，得：

-log［H+］ =-logKa°-logC酸 / C碱

pH = p Ka°-logC酸 / C碱

（4）

NH4+的Ka°一般化学手册上没有直接列出，但我们可根据共轭酸碱对的Ka°与Kb°的关系，Ka°= Kw°/ Kb°，即可以根据NH3的Kb°就可求出共轭酸NH4+的Ka°。

通过上面的讨论可以看出（3）与（4）式完全相同，这样我们就将两种不同类型的缓冲溶液pH值的计算公式统一起来了。这对我们的教学十分便利，它不但简化了公式的推导过程，也减少了公式的个数。这样既便于教师的教学，也便于学生的理解和记忆。

［参考文献］

［1］ 高职高专化学教材编写组.无机化学（第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［2］ 大连理工大学.无机化学（第三版）［M］. 北京：高等教育出版社，1990.

 

第二篇：缓冲溶液

畜牧兽医学院 动物医学二班 杨玉莹 81120625

缓冲溶液

很多化学反应，必须严格控制在一定的pH范围才能顺利进行。酸碱缓冲溶液能有效地控制溶液保持一定的pH,故其具有十分重要的应用价值。

具有抵抗加入的少量酸，碱或适量的稀释作用而保持pH基本不变能力的溶液称为酸碱缓冲溶液。在pH为3—12范围内，最重要的缓冲溶液由1对或多对共轭酸碱组成，如HAc/Ac-混合溶液，H2CO3/HCO3-混合溶液，HCO3- /CO3 2-混合溶液，NH3/NH4+混合溶液，H2PO4- /HPO3 2-混合溶液等，均具有酸碱缓冲作用。 缓冲溶液的缓冲能力是有一定限度的，只有在加入少量强酸碱后，共轭酸碱对的浓度比不甚改变时，溶液的pH才能基本保持不变。显然，适当提高共轭酸碱对的浓度可提高缓冲溶液的缓冲能力。但浓度过高时可能对化学反应造成不利的影响，且浪费试剂。当共轭酸碱的总浓度一定时，二者浓度的比值为1:1时溶液的缓冲能力最强。

下面为几种缓冲溶液的例子及应用缓冲溶液的：

1. 人体尿液中的缓冲溶液：

生物体是以水为基础的系统，细胞和各种生物组织都必须具有保持一定pH的能力，其重要原因之一是各种酶都要在一定的pH条件下才具有催化生化反应的活性。酶是蛋白质大分子，其中常含有可给出质子的酸性集团和可给出质子的碱性集团，例如，在细胞质，细胞液中，含有磷酸缓冲对，控制其pH保持在6.8左

右，尿液也主要因磷酸缓冲对的作用而保持在6.3左右。

缓冲对：H2PO4- /HPO3 2- ; H2CO3/HCO3-

缓冲原理： H2PO4- + OH- =HPO4 2-

HPO4 2- + H+ = H2PO4-

2. 血液中的缓冲溶液：

正常人血浆的PH值相当恒定。血液所以具有缓冲作用，是因为血液是一种很好的缓冲溶液。血液中存在很多缓冲系！ 在这些缓冲系中，碳酸氢盐缓冲系（HCO3-/H2CO3）在血液中浓度很高，对维持血液正常PH值的作用很重要。其次红细胞中的血红蛋白和氧合血红蛋白缓冲系也很重要。这些缓冲系中的共轭酸（如H2CO3）起抗碱作用，共轭碱（如HCO3-）起抗酸作用，使PH值保持正常。 比如说，当人体内各组织和细胞在代谢中产生的酸进入血液时，血液中CO2-HCO3-缓冲系的共轭碱HCO3-就和H+反应，并转变为其共轭酸H2CO3及CO2，H2CO3离解平衡向左移动。因碳酸仅轻度离解，所以，等于把加入的H+从溶液中有效地除去，维持PH基本不变。而溶解的CO2转变为气相CO2从肺部呼出。如果代谢产生的碱进入血液，则上述血液中的离解平衡向右移动，从而抑制PH值的升高。而血液中升高的[HCO-3]可通过肾脏功能的调节使其浓度降低。 血液中其他缓冲系的抗酸抗碱作用和CO2-HCO-3缓冲作用的原理相似。而且，当产生CO2过多时，主要是通过血红蛋白和氧合血红蛋白运送到肺部排出，或通过磷酸缓冲系使[CO2]降低。至于降低的[HCO3-]也可以通过肾脏功能

的调节使其在血液中的浓度升高，从而使[CO2]、[HCO3-]和

[HCO3-]/[CO2]（溶解）都恢复正常。肺呼吸快些或慢些可调节CO2的量或酸量（呼吸慢则CO2积蓄）；而肾的功能之一是调节血液中HCO3-的浓度及磷酸盐缓冲系的含量。肺和肾脏的协同调节操持

[HCO3-]/[CO2]（溶解）=20/1，虽然这时缓冲比超出（10/1）（-1/10）范围，可是缓冲容量仍然很大。总之，血液PH值能保持正常范围，是多种缓冲对的缓冲作用以及有效的生理调节作用的结果。

缓冲对：(H2CO3/HCO3- )； [HCO3-]/[CO2]

缓冲原理：H2CO3 + OH- = HCO3- + H2O

HCO3- + H+ = H2CO3

HCO3- + OH- = CO2 + H2O

CO2+ H+ = HCO3-

3. 缓冲溶液在药物制备方面的应用:

在药物生产中，药物的疗效，稳定性，溶解性以及对人体的刺激性均必须全面考虑。选择合适的缓冲溶液在药物生产过程中必不可少 。如维生素C水溶液（5mg/ml）Ph=3.0.若直接用于局部注射会产生难受的刺痛，常用NaHco3调节其pH值在5.5~6.0之间，就可减轻注射的刺痛，并能增加其稳定性。在配制抗生素的注射剂时，常加入适量的维生素C与甘氨酸钠作为缓冲剂以减少对机体的刺激，而有利于药物的吸收。有些注射液经高温灭菌后，pH值会发生较大变化，一般可采用适当的缓冲液进行pH值调整，使加温灭菌后，其pH值仍保持恒定，可见缓冲溶液在制药

工程中式十分重要的。缓冲溶液在物质分离和成分分析等方面应用广泛，如鉴定Mg2 离子时，可用下面的反应： 白色磷酸铵镁沉淀溶于酸，故反应需在碱性溶液中进行，但碱性太强，可能生成白色Mg（OH）2沉淀，所以反应的pH值需控制在一定范围内，因此利用NH3〃H2O和NH4Cl组成的缓冲溶液，保持溶液的pH值条件下，进行上述反应。

缓冲对：NH3/NH4+

缓冲原理：NH3 + H+ = NH4+

NH4+ + OH- = NH3?H2O

4. 缓冲溶液在印染-染色中的应用：

在织物染色中, 染浴的pH 值往往因以下因素而发生波动:

(1) 织物前处理清洗不彻底, 以致少量碱性或酸性物质带入染浴中。

(2) 染色时, 添加的非中性添加剂(如助剂等) 使染浴的pH值受影响。

(3) 有些染料本身的pH 值过高或过低, 若加入染浴中, 会引起染浴的pH 值变化。如分散染料福隆艳黄SE26GFL 的pH 值为

8. 60; 福隆大红S23GFL的pH 值为10. 60。

(4) 锅炉在供汽时, 有时出现负压, 将其他容器内的碱性或酸性溶液倒吸入蒸汽管道中, 在加热染浴时, 将碱性或酸性物质带入染浴中。 大多数染料对染浴的pH 值较敏感, 染浴的pH值控制稍有不当, 便会出现色浅、色差、色花等染疵。为了使染液的

pH 值具有良好的稳定性, 染浴中须适当配制有相应的缓冲溶液。

以高温高压溢流染色机分散染料染涤纶织物为例。由于许多分散染料对染浴的pH 值较敏感, 在不同的pH 值条件下染色, 得到色泽差异较大, 只有在弱酸性(pH = 5±0. 5) 的染浴中染色, 得到的色泽最浓艳纯正。为了使染浴的pH 值在染色时始终保持良好的稳定性, 可配制醋酸醋酸钠缓冲溶液。

缓冲对：HAc/Ac-

缓冲原理:HAc + OH- = Ac- + H2O

Ac- + H+ = HAc