日常生活最重要的緩衝液是人類的血液，血液吸收生物反應過程中產生的酸與鹼而沒有改變pH值。血液的pH值穩定是非常重要的，因為細胞只能在很狹窄的pH範圍內生存。

化學原理啟迪189

1.     緩衝溶液：當溶液添加氫氧根離子或質子時，這種溶液能夠阻止pH值改變。

2.     日常生活最重要的緩衝液是人類的血液，血液吸收生物反應過程中產生的酸與鹼而沒有改變pH值。血液的pH值穩定是非常重要的，因為細胞只能在很狹窄的pH範圍內生存。

3.     緩衝溶液分為幾種：含有弱酸和它的鹽類（例如，HF和NaF）或弱鹼和它的鹽類 （例如，NH3和NH4Cl）。只要選擇的成分恰當，溶液就可以被緩衝在任何的pH值上。

4.     我們會先研究平衡計算。然後用這些結果說明，緩衝溶液如何在溶液增加酸或鹼的時候，抗拒pH值改變。

5.     【範例】含有0.50M醋酸的緩衝溶液（HC2H3O2, Ka＝1.8×10^－5）並且0.50M醋酸鹽（NaC2H3O2）

題目a.計算溶液的pH值。

6.     溶液中的主要物質是 

7.     分析溶液的成分會得到一個結論，醋酸的解離平衡牽涉到HC2H3O2和C2H3O2^－，它們控制溶液的pH：

HC2H3O2 (aq) ←→ H⁺(aq) + C2H3O2^－(aq)

Ka＝1.8×10^－5＝[H⁺][ C2H3O2^－]／[HC2H3O2]

8.     反應前後，各物質的濃度如下 

9.     然後計算

Ka ＝1.8×10^－5＝[H⁺][ C2H3O2^－]／[HC2H3O2]

＝（x）（0.50+x）／0.50－x≒（x）（0.50）／0.50

因此 x＝1.8×10^－5

這個近似值是可信的（誤差範圍在5％以內），所以

10.  所以，這個溶液的質子濃度[H⁺]＝1.8×10^－5M 並且pH＝4.74

11.  題目b.當0.010mol的固體NaOH加入1.0L的緩衝液，計算pH值有何改變。再把結果與0.010mol的固體NaOH加入1.0L水，造成的pH值加以比較。

12.  【解題】因為NaOH固體加入溶液中會完全解離，反應前溶液中的主要物質是HC2H3O2,  Na⁺,  C2H3O2^－  , OH^－和 H2O。特別留意，溶液含有大量的強鹼：氫氧根離子OH^－，非常會吸引質子酸來結合。

13.  最佳的質子酸來源是醋酸，所以會發生以下反應

OH^－ +  HC2H3O2  →  H2O + C2H3O2^－  

14.  雖然醋酸是弱酸，但因為氫氧根離子OH^－是非常強的強鹼，因此以上的反應基本上會進行到「氫氧根離子」反應物完全消耗掉為止、會完全反應。

15.  研究這個問題最好的方法是依循以下二個步驟：（1）假設反應會完全，然後進行化學計量的計算。（2）進行化學平衡計算。

16.  （1）化學計量的計算。反應如下：

特別留意0.01mol的HC2H3O2，因為增加OH^－，而被轉換成0.01mol的C2H3O2^－。

17.  （2）平衡問題。OH^－和HC2H3O2的完全反應進行以後，溶液中的主要物質是：HC2H3O2,  Na⁺,  C2H3O2^－  和 H2O

主要的平衡反應牽涉到醋酸HC2H3O2的解離。

18.  平衡問題非常類似問題a。差別是增加0.01mol的OH^－會消耗掉一些HC2H3O2，並且製造出一些C2H3O2^－，產生以下的濃度 

特別留意初始濃度的定義，是依據OH^－消耗掉而整個系統還沒有達成平衡的狀態。

19.  按照一般的計算程序，得到

Ka=1.8×10^－5＝[H⁺][C2H3O2^－]／[HC2H3O2]

＝（x）（0.51＋x）／（0.49－x）≒（x）（0.51）／0.49－x

 x≒1.7×10^－5

20.  以上的近似值是可信的（誤差範圍在5％以內），所以

[H+]＝x＝1.7×10^－5  並且  pH＝4.76

21.  緩衝溶液增加0.01mol的OH^－ ，pH值的改變幅度

溶液只增加0.02pH單位。

22.  現在我們來比較在1.0L的水裡面直接加0.01NaOH，得到0.01M NaOH。在這種情況下，[OH^－]＝0.01M 並且

[H⁺]=Kw／[OH^－]＝（1.0×10^－14）／（1.0×10^－2）＝1.0×10^－12

pH＝12.00

23.  水增加0.01mol的NaOH造成的pH改變幅度

12.00－7.00＝+5.00

增加5.00pH單位。

24.   兩相比較之下，就可以知道緩衝溶液對抗pH值的能力有多強。

翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》