每一種緩衝溶液的緩衝能力不同，有的緩衝溶液能夠吸收很多的酸或鹼而不改變它的pH值，有的緩衝溶液只能對付一點點的酸或鹼，為什麼會有這種差別？

化學原理啟迪193

1.     一份緩衝溶液的緩衝容量buffer capacity，是指這個溶液吸收質子或氫氧根離子後，pH值仍未改變的容量。

2.     緩衝容量很大的緩衝溶液，含有高濃度的緩衝物質，因此能夠吸引相當大量的質子或氫氧根離子，卻只改變一點點pH值。緩衝溶液的pH值取決於[A^－]／[HA]的比例。緩衝溶液的容量取決於[HA]或[A^－]的大小。

3.     【例題】當0.010mol的氣體HCl加入以下1.0L的溶液中，計算pH值有何改變。

溶液A：5.00 M HC2H3O2和5.00 M NaC2H3O2

溶液B：0.050 M HC2H3O2和0.050 M NaC2H3O2

醋酸的Ka＝1.8×10^－5

4.     【解題】我們利用韓德森方程式解開以上二種溶液的初始濃度

pH＝pKa+log([C2H3O2^－]／[HC2H3O2])

以上這二種溶液的[C2H3O2^－]=[HC2H3O2]。因此，溶液A和溶液B都是

pH＝pKa+log(1)＝pKa＝－log（1.8×10^－5）＝4.74

5.     增加HCl到每種溶液之後，在反應發生前，溶液內的主要物質是

HC2H3O2,  Na⁺,  C2H3O2^－,  H⁺,  Cl^－ 和H2O

注：H⁺,  Cl^－ 來自於加入的HCl氣體

6.     這幾種物質會產生任何的反應嗎？這裡有大量的H⁺能夠與任何鹼起反應。我們知道Cl^－不會與H⁺反應形成HCl。然而，C2H3O2^－會與H⁺反應形成弱酸HC2H3O2：

H⁺(aq)  + C2H3O2^－(aq) → HC2H3O2(aq)

因為HC2H3O2是弱酸，我們假設這個反應將會是完全反應（完全消耗掉H⁺）；新增加的0.010mol H⁺將會與0.010mol C2H3O2^－反應成0.010mol HC2H3O2。

7.     溶液A反應後得到以下濃度

8.     把新的濃度代入韓德森方程式，就能得到新的pH值：

pH＝pKa+log([C2H3O2^－]／[HC2H3O2]) ＝4.74+ log(4.99／5.01)

＝4.74－0.0017＝4.74

這個答案顯示增加0.010mol的氣體HCl幾乎不會改變溶液的pH值。

9.     溶液B的計算如下

10.  新的pH值是

pH＝4.74+log(0.040／0.060)＝4.74－0.18＝4.56

雖然溶液B的pH值改變很小，但確實有改變。

11.  這些結果顯示，含有更大量的緩衝物質的溶液A，比溶液B擁有更大的緩衝容量。

n         翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》