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pH緩沖溶液的組成及作用
pH緩沖溶液是分析測(cè)試中應(yīng)用較為廣泛的試劑溶液。其作用是用來(lái)穩(wěn)定溶液的pH值，以滿足測(cè)試中對(duì)恒定pH的要求。雖然pH緩沖溶液的組成并不復(fù)雜，但關(guān)于pH緩沖溶液的計(jì)算卻是酸堿滴定分析中計(jì)算較為復(fù)雜的內(nèi)容。下面介紹一下pH緩沖溶液的組成和各種類(lèi)型的化學(xué)計(jì)算方法。
1.pH緩沖溶液的組成和作用
1.1pH緩沖溶液的類(lèi)型與作用
pH緩沖溶液包括兩大類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液和普通緩沖溶液。
標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液主要用在酸度計(jì)測(cè)量溶液pH值時(shí)的儀器校正和定位，要求數(shù)值準(zhǔn)確、準(zhǔn)確。因此對(duì)試劑純度、濃度準(zhǔn)確性、溫度等都有嚴(yán)格要求，這類(lèi)緩沖溶液有專(zhuān)門(mén)的化學(xué)試劑商品，可以購(gòu)買(mǎi)配制，也可以用優(yōu)級(jí)純?cè)噭┌促Y料的配比配制。
普通緩沖溶液主要用于化學(xué)分析和儀器分析中要控制一定pH值的測(cè)定過(guò)程中。幾乎所有的EDTA絡(luò)合滴定都必須在一定的pH范圍內(nèi)進(jìn)行，因此，需要加入pH緩沖溶液，例如，測(cè)定鉛、鋅用到HAc緩沖溶液，測(cè)定鈣、鎂、鋅用到氨緩沖溶液。又如，氧化還原滴定中，碘量法測(cè)銅要用到NH4HF2，碘量法測(cè)砷、銻要加NaHCO3。
普通緩沖溶液的配制并不需要像標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液配制那樣嚴(yán)格和苛刻，因?yàn)閷?duì)緩沖溶液的pH值要求并不需要非常準(zhǔn)確，因此，可以用分析純?cè)噭﹣?lái)配制，也可以用已有的酸、堿、鹽溶液來(lái)“搭配”(后述)。
1.2普通pH緩沖溶液的類(lèi)型
普通pH緩沖溶液按組成不同可分三大類(lèi)：弱酸-弱堿型緩沖溶液(即共軛酸堿緩沖溶液)、酸式鹽緩沖溶液、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液。在一些特殊情況下也使用混合體系的緩沖溶液(兩種pKa相近的共軛酸堿緩沖溶液混合而成)。大家比較熟悉的是共軛酸堿緩沖溶液，例如，HAc-NaAc、HF-NH4F、NH3-NH4Cl。其實(shí)，酸式鹽也可作為緩沖溶液，因?yàn)樗崾禁}的pH值大多是恒定的，隨其濃度增減的變化不大，例如，NaHCO3溶液在1.0M至0.01M之間，其pH值幾乎都在8左右(理論值為8.3)，同樣可以抵抗溶液中產(chǎn)生的少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿(或外加)，保持溶液的pH值恒定或變化微小。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液也能緩沖滴定過(guò)程中產(chǎn)生的少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿，保持溶液的pH值變化很小，故強(qiáng)酸強(qiáng)堿也可作為廣義的pH緩沖溶液(以前的分析化學(xué)教材就是這樣分的)，例如，EDTA絡(luò)合滴定鉍，需另外加入一定量的0.1mol/L硝酸溶液，就是為了增強(qiáng)溶液對(duì)滴定中產(chǎn)生的H+的緩沖作用。
弱酸-弱堿型緩沖溶液的構(gòu)成與配制。這類(lèi)緩沖溶液的組成為：弱酸+弱酸鹽(即共軛堿)、弱堿+弱堿鹽(即共軛酸)。常見(jiàn)的實(shí)例有：HAc-NaAc、HAc-NH4Ac(微酸性)、NH4Cl-NH3.這類(lèi)緩沖溶液的實(shí)驗(yàn)室配制方法一般是根據(jù)溶液組成和濃度要求，直接稱取或量取弱酸、弱酸鹽溶液或弱堿、弱堿鹽溶液來(lái)配制。其實(shí)，這類(lèi)緩沖溶液還可以用強(qiáng)酸與弱堿、強(qiáng)堿與酸來(lái)配制，歸納起來(lái)，應(yīng)該有三種配制方法：
(1)弱酸+弱酸鹽，弱堿+弱堿鹽
例如，HAc-NaAc、NH4Cl-NH3
(2)弱酸(過(guò)量)+強(qiáng)堿(適量)，弱堿(過(guò)量)+強(qiáng)酸(適量)
例如，HAc(過(guò)量)-NaOH(適量)、NH3(過(guò)量)-HCl(適量)。
這類(lèi)緩沖溶液需要的共軛堿(NaAc)或共軛酸(NH4Cl)是通過(guò)反應(yīng)后產(chǎn)生的。
(3)弱酸鹽(過(guò)量)+強(qiáng)酸(不足量)或弱堿鹽(過(guò)量)+強(qiáng)堿(不足量)
例如，NaAc(過(guò)量)+HCl(適量)，NH4Cl(過(guò)量)+NaOH(適量)
緩沖溶液需要的弱酸(HAc)或弱堿(NH3)則通過(guò)反應(yīng)后產(chǎn)生。