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NH
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
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-
11. 題目b.當
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
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
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
溶液只增加0.02pH單位。
22. 現在我們來比較在
[H+]=Kw/[OH-]=(1.0×10-14)/(1.0×10-2)=1.0×10-12
pH=12.00
23. 水增加
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》
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