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公务员数学公式缓冲溶液pH值计算公式

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2020-09-22 14:09
tags:ph公式

廊坊大学-钡

2020年9月22日发(作者:支元福)
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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

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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)

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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.



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