鄭利梅 展海軍 劉捷

摘 要 一般工科院校的無機及分析化學教材對緩沖溶液部分知識點的處理僅包括緩沖溶液的組成，pH值的計算，但是針對標準緩沖溶液及緩沖容量和緩沖溶液的緩沖范圍等內容編寫太少或者根本沒有，本文根據作者的教學經驗探討在教學中對緩沖溶液教學內容的處理。

關鍵詞 緩沖溶液 pH值計算 緩沖容量

中圖分類號：O61-33文獻標識碼：A

Based on the Views of Acid-base Properties of Buffer

Solution-The Courses Taught in Engineering Colleges

ZHENG Limei, ZHAN Haijun, LIU Jie

(School of Chemistry and Chemical Engineering, He'nan University of Technology, Zhengzhou, He'nan 450001)

Abstract Buffer solution content includes only the buffer solution composition and acid-base buffer solution pH value calculation In general colleges of engineering courses in inorganic and analytical chemistry textbooks. But too little is described in the book on the acid-base standard buffer solution,buffering capacity and the scope of the buffer solution. This paper discusses the author's treatment of buffer solution contents.

Key words Buffer solution; The calculation of pH; Buffer capacity

酸堿緩沖溶液是一種能對溶液的酸度起穩(wěn)定作用的溶液，它在一定的程度和范圍內可以減小和消除因加入少量的酸或堿，或者溶液中的化學反應產生了少量酸或堿，或者稍加稀釋對溶液酸度所產生的影響。酸堿緩沖溶液在化學、生物化學和臨床醫(yī)學中有十分重要的作用，它可以用來控制溶液的酸度使化學（生化）反應向特定方向進行，也可以在測量溶液pH值時作參照標準使用（稱為標準緩沖溶液）。

一般工科院校教材在編寫酸堿緩沖溶液這部分內容時，對緩沖溶液的組成及一般緩沖溶液pH值的計算都有詳細的介紹，但是對標準緩沖溶液及緩沖容量和緩沖范圍部分的寫得甚少或者沒有，作者認為這部分內容在處理化學、生物化學及臨床醫(yī)學等方面問題時具有十分重要的作用，在編寫教材時應該盡可能詳盡，具體教學過程結合各個學科的實際情況進行刪減，對工科學生因學時有限，一般不要求推導公式，只要求記結論，但是學生在學習的過程中應該知道結論是從哪里來的，不但知其然還應該知其所以然。本文僅就標準緩沖溶液及緩沖容量和緩沖范圍等內容在講授過程談談自己的處理方法。

1 標準緩沖溶液（standard buffer）

標準緩沖溶液是用來定位pH計用的，其pH值是在較嚴格的條件下（濃度、溫度一定），經準確的實驗測得H+的活度，如欲通過有關公式進行理論計算，必須考慮溶液中離子強度的影響，否則理論計算與實驗值不相符。以例題形式來進行說明：

例1考慮離子強度的影響，計算0.025mol/L KH2PO4－0.025mol/L Na2HPO4 緩沖溶液的pH值，已知H3PO4的pKa2 = 7.20。

解：若不考慮離子強度的影響，按通常方法計算，則

計算結果與標準值相差頗大，產生偏差的原因是由于實測的是H+的活度而不是濃度，因此計算時應考慮離子強度的影響。該溶液的離子強度為

由附錄表查得

，故

計算結果與標準值一致。下表1列出了常用的幾種標準緩沖液，它們的pH值經過準確實驗測得的，目前已被國際上規(guī)定作為測定溶液pH值時的標準參考溶液。

表1 標準緩沖溶液

2 緩沖容量和緩沖范圍

緩沖溶液的緩沖作用都是有限度的，如（下轉第137頁）（上接第129頁）果加入的酸（堿）的量太多，或是稀釋的倍數太大，緩沖溶液的緩沖能力將會消失，緩沖溶液的緩沖能力大小常用緩沖容量來衡量，以 表示，其數學表達式為：

== -（1）

其物理意義是使1L溶液溶液的pH增加dpH單位時所需加入強堿的量為dCb(mol)；或者使1L溶液溶液的pH降低dpH單位時所需加入強酸的量為dCa(mol)。緩沖容量 具有加和性，以HA－A- 緩沖體系的水溶液為例，上式 為H+、OH- 及HA(A-)三者緩沖指數、、的加和，即

==++=++

對上式進行推導后得：

= 2.303( + ) +（2）

式（2）中的C為HA－A-的總濃度。當緩沖溶液是由強酸控制其pH值時，式（2）可簡化為 ≈ 2.303；當緩沖溶液由強堿溶液控制pH時 ≈ 2.303；如果緩沖溶液是由HA－A-組成，且緩沖組份濃度較大，溶液的pH大約在（pKa?）范圍內，可以認為

（3）

由式（3）可清楚的看出，緩沖容量 與緩沖組份比總濃度的關系，且可以很方便的計算出[A-]/[HA]比值不同時相應的 值。

結論：（1）對于一個給定的緩沖體系，緩沖容量的大小與緩沖物質總濃度C有關，C越大，緩沖容量 越大，緩沖溶液的緩沖能力越強。（2）緩沖容量也與緩沖對的比值有關，總濃度C一定時，當[H+]=Ka，或者[HA]=[A-]時，緩沖容量有最大值，此時 max = 0.575c，離1愈遠，緩沖容量愈小，甚至失去緩沖作用。因此任何緩沖溶液的緩沖作用都有一個有效的pH范圍。一般而言，緩沖對比值在10 ~ 1/10之間時具有可使用價值的緩沖能力，此濃度比范圍所對應的pH范圍是：pH=pKa ?1 稱為緩沖溶液的有效緩沖范圍。

此部分內容在化學、生物化學及臨床醫(yī)學等方面的具體應用中非常廣泛，也是必須掌握的知識，但是工科院校的教材在編寫此部分內容時一般略寫或者沒有，在講授時為了讓學生了解此部分內容就需要補充大量的知識，這樣一來工科院校本來有限的學時在教學過程中就顯得更緊張，為了處理好學時有限和講授內容多之間的沖突，針對工科院校教材，筆者在以上探討了自己的體會，希望老師在編寫此部分內容時應該盡可能用詳細而簡練的知識來表達，在講授過程中根據工科學生的特點處理教材，公式推導上不必花費大量篇幅，對此也不做要求，重點是結論要記住，且知道是怎么得來的，會應用這些知識，那么我們的教學目的也就達到了。

參考文獻

[1] 天津大學無機化學教研室編.無機化學.第三版.北京:高等教育出版社,2002.

[2] 華東理工大學化學系和四川大學化工學院編.分析化學.第五版.北京:高等教育出版社,2003.

[3] 孟凡昌.分析化學教程.武漢:武漢大學出版社,2009.

[4] 司學芝,劉捷.分析化學.北京:化學工業(yè)出版社,2010.