張朋

【摘 要】通過分析基礎(chǔ)化學(xué)緩沖溶液中的重點(diǎn)難點(diǎn)，總結(jié)解決問題方法，達(dá)到掌握重點(diǎn)難點(diǎn)知識。

【關(guān)鍵詞】緩沖溶液；基礎(chǔ)化學(xué)

緩沖溶液是大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)課程的重要章節(jié)，緩沖溶液在組織切面、細(xì)胞培養(yǎng)以及生物酶催化反應(yīng)中都有很重要的應(yīng)用。緩沖溶液的相關(guān)知識在以后的實(shí)驗(yàn)及具體工作中都有著重要的作用。如何選擇試劑來組成緩沖體系，需要各個(gè)試劑劑量多少，這些都是實(shí)際經(jīng)常遇到并需要解決的問題。

緩沖溶液章節(jié)需要學(xué)生掌握緩沖溶液的概念及組成，理解并會(huì)解釋緩沖溶液的緩沖機(jī)理，除此之外還要掌握緩沖溶液pH的計(jì)算，靈活應(yīng)用緩沖公式解決計(jì)算緩沖溶液pH值的具體問題，還要掌握具體緩沖溶液配制的步驟及方法。教學(xué)重點(diǎn)為具體應(yīng)用緩沖公式計(jì)算緩沖溶液的pH值，緩沖溶液的概念及組成，緩沖機(jī)理以及配制緩沖溶液。教學(xué)難點(diǎn)為應(yīng)用緩沖公式計(jì)算緩沖溶液的pH值及配制緩沖溶液。

通過以下幾個(gè)例題對緩沖溶液重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)：

（1）已知氨的解離常數(shù)Kb為1.8×10-5，實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃配制pH為10.25的緩沖溶液，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的試劑有氯化銨和氨水，現(xiàn)在計(jì)劃配制緩沖溶液總體積為1升，配制緩沖溶液消耗了10mol·L-1氨水500mL，那么還需要多少克氯化銨才能達(dá)到緩沖溶液的pH為10.25？

思路分析：已知了緩沖體系的共軛酸堿對是NH4Cl-NH3，現(xiàn)在由緩沖公式知道，只要換算出緩沖對中酸的物質(zhì)的量濃度和堿的物質(zhì)的量濃度，代入上述方程式進(jìn)行求解即可。

解：假設(shè)需要加m克氯化銨才能達(dá)到緩沖溶液的pH為10.25

因?yàn)镵b（NH3）=1.8×10-5，故Ka（NH4Cl）=Kw/Kb（NH3） =1.0×10-14/1.8×10-5=5.6×10-10所以 pKa=9.25

代入緩沖公式可得：

10.25=9.25+1g

m=26.75（g）

總結(jié)該問題，通過分析確定出共軛酸堿對的物質(zhì)的量濃度是解決這類問題的關(guān)鍵，解決了緩沖對的共軛酸堿對的濃度后，代入Henderson-Hasselbalch方程式即可建立關(guān)系式，解出未知量。

（2）檸檬酸為三元酸，它的分子式為C6H8O7，其在實(shí)驗(yàn)室中常被用于組織切片及細(xì)胞培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有檸檬酸和氫氧化鈉溶液，已知現(xiàn)有0.1mol·L-1氫氧化鈉溶液0.3L，現(xiàn)在計(jì)劃配制pH為6.40的緩沖溶液，請問需加入多少毫升0.1mol·L-1的C6H8O7溶液？已知C6H8O7的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40

思路分析：首先應(yīng)確定緩沖溶液的共軛酸堿對，根據(jù)配置緩沖液的原則，所選共軛酸堿對的酸的pKa應(yīng)盡可能的接近欲配制緩沖溶液的pH，所以緩沖體系的共軛酸堿對形態(tài)為pKa3對應(yīng)的共軛酸堿對C6H6O7-- C6H5O7-?，F(xiàn)在已有的試劑是檸檬酸C6H8O7和NaOH，所以欲配制的緩沖溶液的共軛酸堿對需要由已知的檸檬酸C6H8O7和NaOH反應(yīng)制取。首先一部分NaOH先與全部的C6H8O7完全反應(yīng)生成C6H7O7-，然后剩余的一部分NaOH再與第一步生成的全部C6H7O7-反應(yīng)生成C6H6O7-，最后剩余的全部氫氧化鈉和第二步部分生成的C6H6O7-反應(yīng)，產(chǎn)生C6H5O7-，最終構(gòu)成緩沖體系。根據(jù)各步反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系，確定出最后的共軛酸堿對的量，代入緩沖公式進(jìn)行計(jì)算，即可求出未知量。

解：假設(shè)需要0.1mol·L-1的C6H8O7溶液體積為V

首先C6H8O7+NaOH？葑NaC6H7O7+H2O

第一步NaOH過量，C6H8O7反應(yīng)完全，所以該步消耗NaOH的量為0.1V，生成C6H7O7-的量為0.1V

然后NaC6H7O7+NaOH？葑Na2C6H6O7+Na++H2O

第二步NaOH過量，NaC6H7O7反應(yīng)完全，所以該步消耗NaOH的量為0.1V，生成Na2C6H6O7的量為0.1V

最后Na2C6H6O7+NaOH？葑Na3C6H5O7+Na++H2O

第三步Na2C6H6O7過量，NaOH反應(yīng)完全，所以該步消耗NaOH的量為0.3×0.1-（0.1V+0.1V），生成Na3C6H5O7的量為0.3×0.1-（0.1V+0.1V），剩余Na2C6H6O7的量為0.1V- [0.3×0.1-（0.1V+0.1V）]代入緩沖公式得：

6.4=6.4+1g

解得V=0.12（L）

總結(jié)該問題，對于配置緩沖溶液時(shí)，采取多元酸與強(qiáng)堿反應(yīng)，通過分步反應(yīng)，得到欲配制緩沖溶液的共軛酸堿對，分析各步消耗酸和堿的關(guān)系確定出共軛酸堿對的物質(zhì)的量濃度是解決這類問題的核心。

對于緩沖溶液不同情況的分析計(jì)算，首先確定緩沖溶液中共軛酸堿對的形態(tài)是解決運(yùn)用緩沖公式計(jì)算的前提，接著確定共軛酸堿對的物質(zhì)的量濃度是運(yùn)用緩沖公式計(jì)算的核心，最后運(yùn)用緩沖公式建立關(guān)系式是關(guān)鍵。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭燕，朱鋆珊，趙彩云.《基礎(chǔ)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革探究[J].山東化工，2017（2）：90-92.

[2]譚桂娥，曾秀瓊，李秀玲.非化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探索[J].大學(xué)化學(xué)，2015（6）：21-24.endprint