余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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缓冲溶液的缓冲容量(β)影响因素探究

已有 729 次阅读 2024-5-14 19:01 |系统分类:教学心得

        本文拟采用一定数学手段,探究缓冲溶液缓冲容量(β)的影响因素,供参考.

  1. 缓冲溶液原理

    缓冲溶液通常是由“共轭酸碱对”构成的一类特殊溶液;当加入少量酸、少量碱,或用少量水成倍稀释

时,该类溶液的pH值可基本保持不变.

      例如:HOAc/OAc-缓冲体系

      该缓冲体系对应的解离平衡,参见如下式(1)所示:

      HOAc(aq) =  OAc-(aq)  +  H+(aq)                            (1)

      依平衡移动原理可知:该体系中加入少量酸(或碱),溶液中H+的浓度近似不变,pH亦不变;

      另该体系:

         pH=pKaθ-lg[c(HOAc)/c(OAc-)]                             (2)

      式(2)中“pKaθ”表示HOAc解离常数的负对数;“c(HOAc)/c(OAc-)”表示缓冲比(α).   

      由式(2)可知,一定浓度范围内,缓冲体系成倍稀释,缓冲比(α)不变,pH值亦不变. 

   2. 缓冲溶液主要物性参数 

   2.1 缓冲比(α)

       缓冲溶液中,弱酸及其共轭碱的初始浓度比,被定义为缓冲溶液的缓冲比(α),参见如下式(3)所示:

        image.png                         (3)

   2.2 缓冲容量β

     缓冲容量是指缓冲溶液中弱酸(或弱碱)的浓度随pH值的变化率,参见如下式(4)、(5)所示:

      image.png                     (4)

       image.png                     (5)

     一般认为:缓冲容量(β)值越大,缓冲溶液抵抗外来酸(或碱)的能力越强.

    3.缓冲容量(β)的影响因素

      研究体系选择:HOAc-OAc-;且25℃, Kaθ(HOAc)=1.76×10-5.

      整理式(2)可得:

      image.png                             (6)

     令:c=0.20mol·dm-3;并代入式(6)可得:

     c=1.14×104×10-pH mol·dm-3         (7)

     式(7)用指数形式拟合可得:

image.png 

                                                                  图1. c与pH关系图

      图1显示:①c与pH关系曲线上每一点切线的斜率(或缓冲容量)均不同;②随着c增大,缓冲溶液pH值

减小;③cc是影响缓冲容量(β)的重要因素.

      图1也显示:缓冲比(α)为1,即:c=c=0.20mol·dm-3时,缓冲容量β)的值并不是最大.

  4. 结论

   ⑴cc是影响缓冲容量(β)的重要因素;

   ⑵缓冲比(α)为1时,缓冲溶液的缓冲容量β)的值并不是最大.

备注:普通化学教学过程中,涉及到“缓冲容量”知识点;笔者用数学手段解析相关名词,不知是否正确?烦请有兴趣的先生指正!



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