文档介绍：缓冲溶液的缓冲容量
摘要:本文介绍了缓冲溶液的定义、缓冲容量的概念、意义及数学定义式，并以HA-Ａ—缓冲体系为例,从理论上探讨了总浓度、组分比及外加酸碱浓度对缓冲溶液缓冲能力的影响,同时由缓冲微分方程式说明强酸、强碱溶液具有缓冲能力，并且比同总浓度的由共轭酸碱对组成的缓冲溶液的缓冲容量大。缓冲溶液的总浓度越长,组分比越接近1,外加酸碱浓度越接近特征浓度，缓冲容量越大.
关键词:缓冲溶液；缓冲容量;总浓度；组分比； PＨ；缓冲范围
Abstract： Ｉｎ thiｓ aｒtiｃlｅ，as aｎ exａｍpｌｅ wｉtｈ HＡ－A－ buffeｒ ｓｏlutiｏn,ｇeneraｌ dｅｎsｉty,coｎstitueｎt ration and effect of buffer wｉth aciｄ ａｎd aｌki of bufｆer ｓoluｔiｏn weｒｅ diｓcussｅｄ。
Kｅy wｏrdｓ： Bｕffer ｓoｌuｔiｏｎ;Buffeｒ roｌume;Ｃoｍponent ratio； Densｉｔｙ ｏf aｃiｄｉｔｙ；dｅｎsitｙ oｆ ａｌka—linity
引言
缓冲溶液是指能够抵抗外加少量酸、碱或稀释而保持本身ＰＨ值不甚改变的溶液,它一般由浓度较大的弱酸及其共轭碱组成。由“缓冲”一词可知缓冲溶液的缓冲作用有一个有效的ＰH范围即有效缓冲范围;且在该范围内,，，为了恒量不同缓冲溶液的缓冲能力的大小，由Vａn slｙke[1］提出了缓冲容量的概念，其数学定义式为[2］:
它的意义是使1升溶液的ｐＨ值增加dpＨ单位时,所需强碱物质的量dｂ，或使1升溶液的pH值降低ｄpＨ值单位时，所需强酸物质的量ｄa。
化学实验中广泛使用酸碱缓冲溶液以控制并稳定溶液的酸度。在不同的pＨ条件下进行的实验需选用不同的酸碱缓冲溶液，而且希望在指定的pＨ条件下溶液的缓冲容量尽可能地大。因此，对于缓冲溶液来说,缓冲容量是个很重要的参量。国内现行的分析化学教科书上对此均有讨论，有的还作了数学推导,认为缓冲容量与缓冲溶液的总浓度以及型体浓度比有关,得出了当浓度一定时，酸与其共轭碱的型体浓度比时缓冲容量有极大值的结论［１］[2］［３］。但这个结论只近似地概括了弱酸及其共扼碱组成的缓冲体系，，在分析化学实验中，弧酸或强碱也用来稳定高酸度或高碱度溶液的酸度，因此它们也可算作缓冲溶液。
在以往对缓冲溶液研究的基础上,人们得出这样一个结论：在有效缓冲范围内,缓冲溶液的缓冲容量在pH=pKａ时最大。但本文依据一定的理论基础，通过实例计算发现:在缓冲溶液的有效缓冲范围内,缓ｐH＝.
1。缓冲溶液缓冲能力的影响因素
本文将以ＨA-A-缓冲系为例对缓冲溶液总浓度、组分比及外加酸、碱的浓度对缓冲溶液的缓冲能力的影响作一探讨.
对于由HA－A-组成的缓冲溶液，缓冲容量的解析表达式为［3，4]：
（1）
式中Ｋa为弱酸HA的离解常数，C总为缓冲组分HA与A－的总浓度， 上式为精确表达式[5,6］.在弱酸不太强又不太弱时，可简化为：
目前使用的教科书［7,８］在讨论缓冲容量的影响因素时,都采用这一最简式,并由上式得出缓冲容量与总浓度和缓冲组分比有关。至于对的影响是显而易见的,但在讨论缓冲组分比([A—]／［ＨA］)对的影响时，是根据／=０或/=0时，当[Ａ-］=［HＡ］（即[A-］/[ＨA］=1）有极大值以及计算不同缓冲组分比(C总一定)(［Ａ—］/[HA]）,戴明等［9]曾讨论过缓冲组分比与缓冲容量的关系,并用计算机做了大量的计算。但他们的处理方法不大适合于教学,至今也未被收编到教材或参考书中。
缓冲溶液总浓度与缓冲容量的关系
因由ＨＡ和A—组成的缓冲溶液的PH公式为［10，１1]:
Ka为HA的离解常数，Ｃa为HＡ的浓度,Ｃs为A－的浓度。所以，对于组成相同(即Ka相同），组分比（也叫缓冲比，指Ca/Cｓ)相同的缓冲溶液,pH相同，也即［H+］相同,［OH—]也相同。则由(1）式可得出:Ｃ总较大时，β也较大；C总较小时，β也较小,就是说，对于相同组成,组分比相同的缓冲溶液总浓度较大时,缓冲容量也较大，缓冲溶液的缓冲能力就较大，反之，缓冲容量就较小,缓冲能力就较弱.
１．2 缓冲组分比如何影响缓冲容量
当组成缓冲溶液的弱酸不太强又不太弱时,[H＋]和[OH—]均较小，则(1)式可简写