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缓冲溶液习题
第四章缓冲溶液
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章后习题解答
难题解析[TOP]
例4-1计算pH=5.00,总浓度为0.20mol·L-1的C2H5COOH(丙酸,用HPr表示)-C2H5COONa缓冲溶液中,C2H5COOH和C2H5COONa的物质的量浓度。
若向1L该缓冲溶液中加入0.010molHCl,溶液的pH等于多少?
分析⑴用Henderson—Hasselbalch方程式直接计算丙酸和丙酸钠的浓度。
⑵加入HCl后,C2H5COOH浓度增加,C2H5COONa浓度减小。
解⑴查表4-1,C2H5COOH的pKa=4.87,设c(HPr)=xmol·L-1。
则c(NaPr)=(0.20-x)mol·L-1
pH=pKa+lg
=4.87+lg
=5.00
解得x=0.085即c(HPr)=0.085mol·L-1
c(NaPr)=(0.20-0.085)mol·L-1=0.12mol·L-1
⑵加入0.050molHCl后:
pH=pKa+lg
=4.87+lg
=4.91
例4-2柠檬酸(缩写H3Cit)常用于配制供培养细菌的缓冲溶液。
现有500mL的0.200mol·L-1柠檬酸溶液,要配制pH为5.00的缓冲溶液,需加入0.400mol·L-1的NaOH溶液多少毫升?
分析配制pH为5.00的缓冲溶液,应选NaH2Cit-Na2HCit缓冲系,NaOH先与H3Cit完全反应生成NaH2Cit,再与NaH2Cit部分反应生成Na2HCit。
解查表4-1,柠檬酸的pKa2=4.77,设H3Cit全部转化为NaH2Cit需NaOH溶液V1mL
⑴H3Cit(aq)+NaOH(aq)
NaH2Cit(aq)+H2O(l)
0.400mol·L-1×V1mL=0.200mol·L-1×500mL
V1=250
即将H3Cit完全中和生成NaH2Cit,需0.400mol·L-1NaOH溶液250mL,生成NaH2Cit0.200mol·L-1×500mL=100mmol
设NaH2Cit部分转化为Na2HCit需NaOH溶液V2mL,
⑵NaH2Cit(aq)+NaOH(aq)
Na2Hcit(aq)+H2O(l)
则n(Na2HCit)=0.400V2mmol,n(NaH2CitB)=(100-0.400V2)mmol,
pH=pKa2+lg
=4.77+lg
=5.00
V2=157
共需加入NaOH溶液的体积为
V1mL+V2mL=(250+157)mL=407mL
例4-3已知巴比妥酸(C4H4N2O3)的pKa=4.01。
今有500mL总浓度0.200mol·L-1、pH为3.70的巴比妥酸-巴比妥酸钠缓冲溶液,欲将溶液的pH调整到4.20,需加入NaOH多少克?
调整前后缓冲溶液的缓冲容量各为多少?
分析用Henderson—Hasselbalch方程式分别求出加入NaOH前后缓冲系中巴比妥酸及巴比妥酸钠的浓度,再求缓冲容量。
解⑴在pH为3.70的缓冲溶液中
3.70=4.01+lg
解得c(C4H4N2O3)=0.134mol·L-1
c(NaC4H3N2O3)=(0.200-0.134)mol·L-1=0.066mol·L-1
β=
=0.10mol·L-1
⑵设将pH调整为4.20需加入固体NaOHxg:
4.20=4.01+lg
解得:
m=1.1
c(C4H4N2O3)=0.134mol·L-1–
=0.079mol·L-1
c(NaC4H3N2O3)=0.066mol·L-1+
=0.12mol·L-1
β=
=0.11mol·L-1
例4-4用0.025mol·L-1的H2C8H4O4(邻苯二甲酸)溶液和0.10mol·L-1的NaOH溶液,配制pH为5.60的缓冲溶液100mL,求所需H2C8H4O4溶液和NaOH溶液的体积比。
分析NaOH与H2C8H4O4完全反应生成NaHC8H4O4,再与NaHC8H4O4部分反应生成Na2C8H4O4。
解缓冲系为
—
查表4-1,pKa2=5.41。
设需H2C8H4O4溶液V1mL,需NaOH溶液的总体积为V2mL,依题意第一步反应需NaOH溶液的体积亦为V1mL。
对于较复杂的平衡体系,可用列表法找出平衡时各物质的量。
⑴H2C8H4O4(aq)+NaOH(aq)
(aq)+H2O(l)
起始量mmol+0.025V1+0.025V1
变化量mmol-0.025V1-0.025V1+0.025V1
平衡量mmol00+0.025V1
⑵
(aq)+NaOH(aq)
(aq)+H2O(l)
起始量mmol+0.025V1+(0.10V2-0.025V1)
变化量mmol-(0.10V2-0.025V1)-(0.10V2-0.025V1)+(0.10V2-0.025V1)
平衡量mmol[0.025V1-(0.10V2-0.025V1)]0(0.10V2-0.025V1)
=(0.050V1-0.10V2)
pH=pKa2+lg
=5.41+lg
=5.60
解得
学生自测题[TOP]判断题选择题填空题问答题计算题
一、判断题(对的打√,错的打×)
1.缓冲溶液就是能抵抗外来酸碱影响,保持溶液pH绝对不变的溶液。
()
2、在一定范围内稀释缓冲溶液后,由于[共轭碱]与[共轭酸]的比值不变,故缓冲溶液的pH和缓冲容量均不变。
()
3、可采用在某一元弱酸HB中,加入适量NaOH的方法来配制缓冲溶液。
()
4、总浓度越大,缓冲容量越大,缓冲溶液的缓冲能力越强。
()
5、正常人体血浆中,碳酸缓冲系的缓冲比为20:
1,所以该缓冲系无缓冲作用。
()
二、选择题(将每题一个正确答案的标号选出)[TOP]
1、下列混合溶液中,具有缓冲作用的是()
A.50mLc(KH2PO4)=0.10mol·L-1的溶液+50mLc(NaOH)=0.10mol·L-1的溶液。
B.50mLc(HAc)=0.10mol·L-1的溶液+25mLc(NaOH)=0.10mol·L-1的溶液。
C.50mLc(NH3)=0.10mol·L-1的溶液+25mLc(HCl)=0.20mol·L-1的溶液。
D.500mLc(NaHCO3)=0.10mol·L-1的溶液+5mLCO2饱和水溶液(常温下CO2的摩尔溶解度为0.04mol·L-1)。
E.l升纯水中加入c(HAC)=0.01mol·L-1和c(NaAc)=0.01mol·L-1的溶液各1滴。
2、由相同浓度的HB溶液与B-溶液等体积混合组成的缓冲溶液,若B-的Kb=1.0×10-10,则此缓冲溶液的pH为()
A.4.0B.5.0C.7.0D.10.0E.14.0
3、用相同浓度的HCl溶液和NH3·H2O溶液(pKb=4.76)配制pH=9.24的缓冲溶液,HCl溶液和NH3·H2O溶液的体积比应为()
A.1∶1B.1∶2C.2∶1D.3∶1E.1∶3
4、配制pH=9.30的缓冲溶液,下列缓冲对中最合适的是()
A.NaHCO3-Na2CO3(H2CO3的pKa2=10.33)
B.HAc-NaAc(HAc的pKa=4.756)
C.NH4Cl–NH3·H2O(NH3·H2O的pKb=4.75)
D.Na2HPO4–Na3PO4(H3PO4的pKa3=12.32)
E.C2H5COOH–C2H5COONa(C2H5COOH的pKa=4.87)
5、已知常温下H3PO4的pKa1=2.16,pKa2=7.21,pKa3=12.32。
下列缓冲对中,最适合于配制pH为2.0的缓冲溶液的是()
A.H3PO4?
B.
?
C.
?
D.H3PO4?
E.H3PO4?
三、填空题[TOP]
1、缓冲容量的影响因素中,缓冲比对缓冲容量的影响是:
对同一缓冲溶液,当总浓度相同时,缓冲比越接近于
(1),缓冲容量越
(2)。
2、NaHCO3和Na2CO3组成的缓冲溶液,抗酸成分是(3),抗碱成分是(4),计算该缓冲溶液pH的公式为(5)。
该缓冲系的有效缓冲范围是(6)。
(已知:
H2CO3的pKa1=6.35,pKa2=10.33)
3、影响缓冲容量的两个重要因素是(7)和(8)。
四、问答题[TOP]
1、什么是缓冲溶液?
试以血液中的H2CO3-
缓冲系为例,说明缓冲作用的原理及其在医学上的重要意义。
2、影响缓冲溶液的pH的因素有哪些?
为什么说共轭酸的pKa是主要因素?
五、计算题[TOP]
1.临床检验得知患者甲、乙、丙三人血浆中
和溶解态CO2(aq)的浓度如下:
甲[
]=24.0mmol·L-1,[CO2(aq)]=1.20mmol·L-1
甲[
]=21.6mmol·L-1,[CO2(aq)]=1.35mmol·L-1
甲[
]=56.0mmol·L-1,[CO2(aq)]=1.40mmol·L-1
已知在血浆中校正后的
(H2CO3)=6.10,试分别计算三位患者血浆的pH。
并判断谁为酸中毒,谁为碱中毒,谁为正常?
2.现有
(1)0.10mol·L-1HCl溶液,
(2)0.10mol·L-1HAc溶液,(3)0.10mol·L-1NaH2PO4溶液各50mL,欲配制pH=7.00的溶液,问需分别加入0.10mol·L-1NaOH溶液多少毫升?
配成的三种溶液有无缓冲作用?
哪一种缓冲能力最好?
学生自测答案[TOP]
一、判断题
1.×2.×3.√4.×5.×
二、选择题
1.B2.A3.B4.C5.A
三、填空题
1.
(1)1;
(2)大
2.(3)Na2CO3(4)NaHCO3(5)
(6)pH=9.33~11.33
3.(7)总浓度(8)缓冲比
四、简答题
1.能抵抗少量外来强酸、强碱而保持溶液pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。
H2CO3-
是血浆中最重要的缓冲系,二者之间存在如下质子转移平衡:
H2CO3+H2O
+H3O+
当体内酸性物质增加时,血液中大量存在的抗酸成分
与H3O+结合,上述平衡向左移动,使[H3O+]不发生明显地改变。
同理,当体内碱性物质增加时,H3O+将质子传递给OH-,生成H2O,上述平衡向右移动,使大量存在的抗碱成分H2CO3离解,以补充被消耗的H3O+,达到新的平衡时,[H3O+]也不发生明显地改变。
虽然其缓冲比为20∶1,已超出体外缓冲溶液有效缓冲比(即10∶1~1∶10)的范围,但碳酸缓冲系仍然是血液中的一个重要缓冲系。
这是因为在体外的实验系统中,当缓冲作用发生后,因对抗H3O+或OH-而消耗了的
或H2CO3的浓度得不到补充和调节,抗酸或抗碱成分会被耗尽。
而体内是一个“敞开系统”,当缓冲作用发生后,
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