山东第一医科大学（泰山医学院）：《基础化学》课程教学资源（习题与解析，打印版）缓冲溶液

@表山压多乾 省级精品课程申报 第三章缓冲溶液 1、什么是缓冲溶液？什么是缓冲容量？决定缓冲溶液H和缓冲容量的主要因素各有哪些？ 答：能够抵抗外来的少量强酸或强碱或稍加稀释，而保持H基本不变的溶液称为缓冲溶液。 缓冲容量是缓冲能力大小的量度。定义为：单位体积的缓冲溶液pH改变1时（△pH=1), 所需加入的一元强酸或强碱的物质的量。 决定缓冲溶液pH的主要因素是pK。和缓冲比。 决定缓冲容量的主要因素是总浓度和缓冲比， 2、试以KH2PO4-NazHPO缓冲溶液为例，说明为何加少量的强酸或强碱时其溶液的pH值 基本保持不变。 答：KH,PO4-Na2HPO.缓冲溶液由浓度较大的HPO:和HPO:2,有同离子效应，处于质子传递 平衡： H2PO+H20 -HPO+H:0* Naz HPO4 HPO+2Na* 其中HPO,2是抗酸成分，当加入少量强酸时，HPO2与H3O结合成H2PO而使平衡左移， HPO:2]略为减少，，PO]略有增加，溶液的0浓度无显著的增加。H,PO:是抗碱成分， 当加入少量强碱时，OH溶液的H,0生成H,O,平衡右移，H,PO:进一步解离，提供更多的HO 达到新的平衡时，H,PO略为减少，旧PO门略有增加，溶液的HO浓度无显著的减少。 3、己知下列弱酸pK,试求与NaOH配置的缓冲溶液的缓冲范围. ()硼酸(HB0)的pK=9.27 (2)丙酸(CH:CH2C00H田D的pK,=4.89 (③)磷酸二氢钠(NaHP0)pK,=7.21 ()甲酸(HC00HDpK,=3.74 答：缓冲溶液的缓冲范围为pH=pK1,超出此范围则缓冲容量太低。 (10pH=8.27-10.27 (2)pH=3.895.89

@本山季花 省级精品课程申报 (3pH=6.21-8.21 (④pH=2.744.74 4、0.20moL1N3和0.10moL1NHCI组成的缓冲溶液的pH为多少？已知pK,=4.75。 【解】pK=14.00-pK=14.00-4.75=9.25 PH-DK,+lN] [NH.] pH=9.25+g020m-=9.55 0.10mol-L- 5、计算下列NH,和NHCI组成的不同pH的缓冲溶液的NH/NH门缓冲比。己知pK。= 4.75。(1)pH=9.00(2)pH=8.80(3)pH=10.00(④)pH=9.60 【解】缓冲比的计算可利用Henderson-一Hasselbalch方程式： pK.=14.00-pK=14.00-4.75=9.25 pH-pk.+lg[NH,] NH,1=10-k [NH [NH,] (①)pH=9.00:NH]/NH41=0.56 (2)pH=8.80:NHNH7=0.35 (3)pH=10.00:NH:V[NH,7=5.6 (④pH=9.60: NH/NH7=2.2 6、一个由0.25mol·L1KHC03和0.32mol·L1KzC03组成的缓冲溶液，H2C03是二 元酸：K1=4.5×107;K2=4.7×10 (I)那一个K对于这个缓冲溶液是更重要： (②)这个缓冲溶液的pH为多少？ 【解】组成缓冲溶液的缓冲对为KHCO3和KzCO3,其中共轭酸为HCO3；共轭碱为 C0,2。 ()计算缓冲溶液pH的Henderson-一Hasselbalch方程式： p阻=pk品 2

@奉山压学花 省级精品课程申报 式中K为共轭酸的酸常数，所以K2=4.7×10”对于这个缓冲溶液更重要。 (2 PH=pK.(HCO)+lCO] THCO: pH=-lg(4.7x10"+g0.32molL=10.44 0.25 mol.L 7、用0.055molL'KH,P0和0.055 nol-LNa2HP0:两种溶液配成pH近似值为7.40的缓冲溶 液1000mL,问需取上述溶液各多少毫升？pK(HP04)=7.21 【解】相同浓度共轭酸、碱组成缓冲溶液的配制，缓冲溶液p值的计算可利用 Henderson--Hasselbalch方程式(3-4)： 7.40=7.21+lg'H0) V(H,PO) y(HP0)=10.0-72=1.55 V(H,PO) EP04)+HP042=1000mL HP04)=392mL P0,2)=608mL 8.阿司匹林（乙酰水杨酸、以Hsp表示）以游离酸（未解离的）形式从胃中吸收，若病人服 用解酸药，调整胃容物的pH值为2.95，然后口服阿司匹林0.65g。假设阿司匹林立即溶解，且胃 容物的pH不变，问病人可以从胃中立即吸收的阿司匹林为多少克（乙酰水杨酸的M,180.2、 pK=3.50)? 解： p=pk+2-350+ge-295 A=0,28 HAsp) 又：nAsp)+m(HAsp)=180.2g:mo 0.65g .=0.00361mol n(HAsp)=0.00281mol 被吸收的阿司匹林的质量m=0.00281mol×180.2gmo=0.51g 3

@来山手学花 省级精品课程申报 9、配制p=7.40的缓冲溶液1500mL。 (I)今有缓冲系CH3COOH-CH;COONa、KH2PO-Na2HPO4、NH,C-NHs,问选用何种缓 冲系最好？ (②)如选用的缓冲系的总浓度为0.200moL',需要固体共轭酸和固体共轭碱物质的量为多 少（假设不考虑体积的变化）？ 【解】 ()由于pK(PO)=7,21,更接近所需缓冲溶液的pH,在相同总浓度下缓冲容量最大， 所以选择KHzPO-Na2HPO缓冲系。 (2) PH=pK,(H2PO,)+g (HPO) n(H,PO,) 7.40=7.21+lgH0 n(H,PO) nHP02)=1040-720=1.55 n(H,PO) n(总)=mHP0)+n(H,P0:)=0.200moL1×1.5L=0.3mol n(HP0)）=0.182mol mH2P0)=0.118mol 10、溶解有NH,CI和NH3的溶液中NH的浓度为0.500mol·L,并且溶液的pH是 8.95,pKNH=9.25。 ()计算NH,的平衡浓度 (2)当4.00g的NaOH(s)被加入到1.00L的此溶液后，pH为多少？（忽略体积的变化） 【解】 ()计算可利用Henderson--Hasselbalch方程式(3-) PHP O 8.95=9.25+1g0.500 mol.L [NH [NH,]=1.0 mol-L-1

@表山压学花 省级精品课程申报 (2)4.00g的NaOH(s)的物质的量n=0.100mol PH=pK,+lg "(NH )+n(NaOH) (NH )-(NaOH) =9.25+1g0.500mol+0.10ml 1.00mol-0.100mol =9.07 11、单纯性酸碱失衡主要靠血气分析诊断，根据H的变化可判断酸中毒还是碱中毒。临床 检验测得三人血浆中HC0,和溶解的C0,的浓度如下： ()HC031=24.0mmoL'、1C02(aq=1.20mmoL1 (②)HC0]=21.6mmoL、[C02(aql=1.34 mmoI-L (3)HC01=56.0 mmol-L、【C02(aql=1.40mmoL 试计算三人血浆的pH,并判断何人属正常，何人属酸中毒(pH7.45)。pK1H2C0l=6.10(37℃)。 【解】CO2(aq是共轭酸：HC0s是共轭碱： pH=pKilCO2(aq)]+Ig_[HCO] [CO2 (ag)] =60+c2 ()p0m =7.40正常 (2)pH-6.10+lg21.6mmol.L =7.317.45碱中毒 1.40mmol·L 12、由184mL0.442mol·LHC1和0.500L0.400mol·L1NaAc混合形成的缓冲溶液， 已知pK(HAc)=4.76,问： (①)此缓冲溶液的pH为多少？ (2)多少质量K0H固体加到0.500L此缓冲溶液可以使pH改变0.15（△pH=0.15) 【解】 (I)此缓冲溶液的pH计算可利用Henderson-一Hasselbalch方程式(3-3) pH=pK+gAc n(HAc) 5

@表山手学花 Medieal Universit 省级精品课程申报 pH=476+1g0.40mol-Lx0500L-042mol-Lx0.184L=492 0.442molL×0.184L ②1Ac1=040mol-Lx0.50L-042mol-Lx0.184L=0.173m0l-L 0.500L+0.184L HAc]-0.442mol-0.119 mol-L 0.500L+0.184L 加入KOH后缓冲溶液时pH: pH=pK+gAc)+nKOH n(HAc)-n(KOH) 4.92+0.15=4.76+1g0.173mol:Lx0.5L+(KOH) 0.119mol.Lx0.5L-n(KOH) 0.173molL×0.5L+mK0H=2.04 0.119mol-Lx0.5L-n(KOH) n(K0H=0.0115mol mK0H固体)=0.64g 13、柠檬酸（缩写为H,Ct)及其盐为一种多元酸缓冲系，常用于配制供培养细菌用的缓 冲溶液。如用1000mL的0.200moL柠檬酸，须加入多少质量的NaOH固体，才能配成pH为 5.00的缓冲溶液？（已知柠檬酸的pK1=3.14,pK2=4.77,pK=6.39 【解】由于pK2更接近所需的缓冲溶液的pH,所以应该选择H,Cit和HzCit缓冲系 而H,Cit和HCit是H,Cit与NaOH反应生成： H3Cit+NaOH=H2Cit+H2O,第一步反应需要NaOH物质的量为m1,则 1=n(H,Cit)=0.200moL-×1.00L=0.200mol,生成的H,Cit物质的量也相等： n(H2Cit)=0.200mol。 设第二步反应所需NaOH物质的量为2，则 H2Cit'+NaOH=HCit2+H2O 0.200-h2 2 pH=PK:+lg(HCi) n(H,Cit 50-47+s号-47+20- n(H,Cit) 6

网奉山手学乾 省级精品课程申报 0-10m=170 2=0.126mol n(NaOH)=n1+n2=0.326 mol m(a0H=nNa0HMB=0.326×40.0=13.0g 14、今欲配制37℃时pH近似为7.40的缓冲溶液，试求在Tris和Tris-HCli浓度均为0.050 moL,总体积为1.0L的溶液中，需加0.10 molLHC1多少体积？在此溶液中需加入多少NaC1 固体才能配成与渗透浓度为300mmoL'等渗的溶液？（已知Tris-HC1在37℃时的pK,=7.85:忽 略离子强度的影响)。 【解】根据Henderson-一Hasselbalch方程式(3-l) pH=pK,+gTiH叮 [Tris] pH=pK.+lg n(Tris)-n(HCI) n(Tris·H)+n(HCD )设需加0.10moL'HCI的体积为V(HCI),则 0.050mol.L'x1.OL-0.Imol.L'x/(HCD 740=7.85+lg0.050m0l-×1.0L+0.lmol-C×H可 0.050mol-Lx1.0L-0.lmol-L×yHC=10-1-0.35 0.050mol-L x1.0L+0.Imol-L x/(HCI) V(HC1)=0.24L (2)总体积为V(总)=1.0L+0.24L=1.24L,设加入的moL的质量为m,有 6=0050mol-L×1.0L-0.10mol-'×0.24L 1.24L +2x0050mol.Lx1.0L+0.10molL'x0.24L+2 m(NaCl) 1.24L 58.5gmol×1.24L =0.3 mol-L- m(NaC1)=5.8(g 15.Choose the factor that determine the capacity of a buffer from among the following and

⑧表山手学花 n Medical University 省级精品课程申报 explain your choices: (1)Conjugate acid-base pair (2)pH of the buffer (3)Concentration of buffer-component reservoirs ()④Buffer range (5)Buffer-component ratio (6)pK of the acid component 注：Conjugate acid-base pair-一共轭酸-碱对，Buffer range-一缓冲范围 Buffer-component ratio-—缓冲比， 【解】选(3)和（⑤），缓冲容量取决于总浓度和缓冲比。 16,What are the [HO]and the pH of a propionate buffer that consists of 0.25 mol.L CH;CH2COONa and 0.15 mol-L CH;CH2COOH K (CH;CH2COOH)=1.3x10 注：propionate-一丙酸盐 【解】pK(CH3CH,C00H=-g1.3x105=4.89 pH=pK,B时 ,[A] m4w+器是- H,07=7.8x106m0lL 17 What the pH of a buffer that consists of 0.55 mol.L HCOOH and 0.63 mol.L HCOONa?pK,=3.75 【Solution】 pI=p底 375+6S-381 18.A buffer is prepared by mixing 50.0 mL of 0.050 molL sodium bicarbonate and 10.0mLof 0.10 mol-LNaOH.pK.()-10.32

@表山医争乾 省级精品课程申报 (1)What is the pH? (2)How many mass of HCI must be added to 25.0 mL of the buffer to change the pH by 0.07 units? 注：sodium bicarbonate-碳酸氢钠 【解】 (1) pH=pK2(H2CO:)+lg n(C0) n(HCO) 0.10mal.L×10.0mL -1032+3 000mL0g80-018rx1p0mL1014 pH+A pH=pKa2(H2CO3)+lg n(CO)-n(HCI) nHCO)+n(HCI)） 10.14-0.07=10.32+g (0.10 mol-L×1Q0mL÷60mlx25mL-HC) [(0.050mol-Lx50.0mL-0.10mol-Lx1Q0mL)+60ml25mL+(HC) 1005m400-1m).56 010 mol×100mL÷60mLx25mL-HC n(HCI)=0.044mol m(HC)=1.6g 19.Normal arterial blood has an average pH of 7.40.Phosphate ions is one of the key buffering systems in the blood.Find the buffer-component ratio of a NazHPO KH2PO4. pKH2P04=7.21 注：arterial blood-—动脉血，Phosphate ions-—磷酸盐离子 【解】 pH pK (H2PO)+ lg (HPO:) n(H,PO) 740=721+gHP02 n(H2PO) n(HPO) =107-72)=1.55 H.PO) 20、As an FDA(Food and Drug Administration食品及药物管理局)physiologist,.you need 0.600 L of formate buffer with a pH of 3.75.[pK.(HCOOH)=3.75]

@表山学花 省级精品课程申报 (1)What is the required buffer-component ratio? (2)How would you prepare this solution from stock solutions of 1.0 molL HCOOH and 1.0 mol L NaOH?[Hint:Mix x mL of HCOOH with (600-x)mL of NaOH.] (3)What is the final concentration of HCOOH in this solution? 注：stock solutions- 一贮备溶液，Hint—提示， 【解】() pH=pM+gCO0】 [HCOOH] 375=375+sC00 [HCOO-] [HCOOH] =1 (2)取400mL1.0 mol-L HC00H和200mL1.0moL1Na0H (3)0.333mol·L1HC00H 21.A buffer solution is made by adding 75g of sodium acetate to 500.0 mL of a 0.64 mol L solution of acetic acid.What is the pH of the final solution?(Assume no volume change.).pK(acetic acid)=4.76 【解】 PH=PK.(CH,COO) (CH,COOH) pH=4.76+g 75g÷82.0gmol- .64mol-L×0.50L pH=5.22 22.The pH of human blood is always close to 7.40.Calcilate the ratio of [HCO3]/COz]in blood at this pH.pKa [HCO3]=6.10 (37C) 【解】 PH=pK ICOz(a)+CO [C0,(aq)】 7.40=6.10+g0. [HCO] 5e·74-60-130