6.3.2　缓冲溶液

大多数化学反应（有机化学、生物化学及化工生产中）需要在一定的pH 范围内进行，为了保证系统在整个反应过程中的pH 基本不变化，可借助缓冲溶液达到目的。缓冲溶液是指能够抵御外加酸碱或适度稀释，而保持溶液本身pH 不发生显著变化的溶液。缓冲溶液的这种作用就叫缓冲作用。表6.3可以说明缓冲溶液的作用。

表6.3　缓冲溶液的作用

表6.3说明，向纯水中加入少量的酸或碱，其pH 发生显著的变化；而由HAc 和NaAc或者NH3 和NH4Cl 组成的混合溶液，当向其加入纯水或加入少量的酸或碱时，其pH 改变很小。缓冲溶液通常由弱酸或弱碱及其盐所组成，是一个具有同离子效应的体系。具有共轭酸碱对的物质都可以组成缓冲溶液。

酸H++碱

如：HAc-NaAc

HAcH++Ac-

缓冲作用的原理可用HAc-NaAc 的混合溶液来说明。

HAcH++Ac-

NaAcNa++Ac-

由于NaAc 完全解离，所以溶液中存在着大量的Ac-。弱酸HAc 只有较少部分离解，加上由NaAc 解离出的大量Ac-产生的同离子效应，使HAc 的解离度变得更小，因此溶液中除了有大量的Ac-外，还存在大量HAc 分子。当向此混合溶液中加入少量强酸时，溶液中大量的Ac-将与加入的H+结合生成难解离的HAc 分子，以致溶液的H+浓度几乎不变。当加入少量强碱时，由于溶液中的H+将与OH-结合并生成H2O，使HAc 的解离平衡向右移动，继续解离出的H+仍与OH-结合，致使溶液中的OH-浓度也几乎不变，因而HAc 分子在这里起了抗碱的作用。由此可见，缓冲溶液同时具有抵抗外来少量酸或碱的作用，其抗酸、抗碱作用是由缓冲对的不同部分来承担的。

各种缓冲溶液的缓冲能力与弱酸（弱碱）及其盐的浓度有关。以弱酸为例，弱酸及其盐的浓度越大，外加酸、碱后，c（酸）与c（盐）的改变越小，pH 变化越小。通常c（酸）与c（盐）的比值在0.1～10 的范围内，比值过大或过小，都将降低缓冲能力，在比值接近于1时缓冲能力最大。也就是说各种缓冲溶液只能在一定范围内发挥作用（pKӨa±1）。如：HAc-NaAc 缓冲溶液的作用范围一般为pH=6.76±1。

例6.6 设缓冲溶液的组成是1.0 mol/L 的NH3 和1.0 mol/L 的NH4Cl，试计算：

（1）缓冲溶液的pH；

（2）比较将1.0 mL、1.0 mol/L NaOH 加入到50 mL 缓冲溶液中引起的pH 变化，与将1.0 mL、1.0mol/L NaOH 加入到50 mL 纯水中引起的pH 变化。

解 （1）NH3·H2O 的KӨb=1.78×10-5

c(OH-)==1.78×10-5mol/L

pOH=-lg(1.78×10-5)≈4.75

pH=14-pOH=14-4.75=9.25

（2）50 mL 溶液中含NH3 和NH4+各为0.050 mol

①加入1.0 mL、1.0 mol/L NaOH，相当于加入0.001 mol OH-，将消耗0.001 mol NH4+，相应生成0.001 mol NH3，即

物质的量/mol 0.050+0.001 0.050-0.001

液体总体积变为51 mL，即0.051 L，则c（NH3）和c（NH4+）变为：

c(NH3)=0.051 ÷0.051=1.0 mol/L

c(NH+4)=0.049 ÷0.051≈0.96 mol/L

c(OH-)=1.78×10-5×≈1.85×10-5mol/L

pOH=-lg(1.85×10-5)≈4.73

pH=14-pOH=14-4.73=9.27

②加入1.0 mL、1.0mol/L NaOH 到50 mL 纯水中，c（OH-）为：

c(OH-)==2.0×10-2mol/L

pOH=-lg(2.0×10-2)≈1.7

pH=14-pOH=14-1.7=12.3