预防医学专业基础化学缓冲溶液pH教学总结

张朋

【摘 要】通过具体配制缓冲溶液过程遇到的问题，对pH的计算进行了总结。

【关键词】缓冲溶液；基础化学

中图分类号： G642；O645.1-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）30-0243-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.108

Teaching summary of pH of the buffer solution in the basic chemistry of Preventive Medicine

ZHANG Peng

（Shaanxi University of Chinese medicine， Xianyang Shaanxi 712046， China）

【Abstract】according to the problems encountered in the preparation of buffer solution， the calculation of pH is summarized.

【Key words】Basic chemistry； Buffer solution； pH

緩冲溶液的pH是影响化学反应的主要因素之一，pH过高或者过低，都会对化学反应产生影响，很多反应，尤其是一些生化反应，往往需要在一定的pH下反应才能正常发生，比如在特定细菌的培养以及生物体内酶促反应等等，都需要稳定的pH， pH变化幅度过大就会造成细菌死亡，无法正常繁殖，也会使得酶的活性丧失，难以发挥其促使相关反应的作用，因此实验室中经常需要配制一定浓度和一定pH的缓冲溶液，缓冲溶液的配制过程就涉及到缓冲对量取多少的问题，这就需要运用缓冲公式进行具体的分析。

缓冲溶液作为化学课程教学的重要章节，缓冲溶液的相关知识在具体的实验及工作中都有着重要的应用。实验室中配置缓冲溶液时如何计算缓冲体系的用量，需要所需共轭酸碱对的多少，都是具体配制缓冲溶液时需要解决的问题，对这些问题的分析都离不开缓冲公式的具体应用。

缓冲公式是通过缓冲溶液中共轭酸碱对质子转移平衡反应方程式分析推倒得出的共轭酸碱对中弱酸解离常数的pKa值和缓冲比对pH和关系式，通过对缓冲公式的分析，可以看出缓冲溶液的pH主要受该共轭酸碱对中酸的解离常数的影响，除此之外也和该缓冲体系的缓冲比有一定的关系，因此在解决具体的缓冲溶液pH的计算问题时，应该首先明确该体系中的共轭酸碱对到底是什么，因为缓冲公式中的Ka值就是共轭酸碱对中的共轭酸的解离常数，Ka值确定不了，就没办法进行相应的计算和分析，就无法得出共轭酸碱对组成缓冲溶液的pH，具体的实际配制溶液那就更无从谈起了，所以确定共轭酸碱对是首先要解决的重要问题。其次，缓冲比构成缓冲公式的另一部分，对于缓冲比中的分子代表的是共轭酸碱对中的碱的浓度，分母代表的是共轭酸碱对中的酸的浓度，所以第二步就应该确定出具体的酸的浓度和碱的浓度，酸的浓度和碱的浓度确定出来后缓冲比的值也就确定了，因此就可以直接运用缓冲公式进行相应的计算。

缓冲溶液的配制有一定的原则，具体在配制溶液时，应该结合实际所需，选取合理的易得的化学试剂，达到配制特定pH溶液的要求，在配制溶液时，经常选取的共轭酸碱对应该满足缓冲对中的酸所对应的pKa值尽可能的接近即将配制的缓冲溶液的pH，从而使得该缓冲有足够大的缓冲容量，除此之外，所选缓冲系的共轭酸碱对与其他的物质无干扰，无反应以及无沉淀，对于有特殊要求的缓冲系还要求无毒，有一定的热稳定性，对有关的生物活性酶不发生失活反应。其次，要求欲配制溶液的缓冲溶液总浓度要适当，既不能过高也不能过小，浓度过大会造成离子强度增大影响其实用性，当然也不能过小，浓度过小会造成缓冲容量过小，起不到缓冲作用，制约其应用。实际配制溶液时经常将总浓度控制在0.05-0.2mol/L，常常可以使得该缓冲溶液既具有很好的缓冲容量，也可以减小离子强度对缓冲溶液的影响。最后，运用缓冲公式计算缓冲溶液所需的缓冲试剂中共轭酸碱对的用量，确定出用量就可以直接进行配制。为了配制出准确的pH还可以进一步通过pH计对所配置的缓冲溶液进行校正，加入强酸或者强碱，使得缓冲溶液的值接近目标值。

接下来通过一个具体的实例来进行分析，细菌培养经常会要求体系的pH稳定，现需配制实验室进行细菌培养所需的pH为4.50缓冲溶液1L， 应该怎么配制？需要什么试剂？各试剂的量是多少？

首先分析该所需配制的缓冲溶液的pH为4.50，根据配制缓冲溶液的原则，所选取的缓冲溶液的共轭酸碱对的酸对相应的PKa值应该尽可能的接近欲配制溶液的pH，查阅弱酸的解离常数，确定醋酸的PKa为4.75，其与欲配制的缓冲溶液的pH4.50很接近，所以确定缓冲对为HAc-NaAc

接下来存在两种可能性，一种是实验室正好有醋酸和醋酸钠，另种情况是只有醋酸和强碱氢氧化钠，第一种情况简单，可将醋酸和醋酸钠各配制成0.1mol/L的溶液，然后运用缓冲公式直接进行计算。计算过程如下：

假设需要醋酸的体积为V升，

根据缓冲公式：

pH=pKa+lg

4.50=4.756+lg

计算出：V=0.645

需要NaAc的体积为：1-V=0.355（mL）

第二种情况比较常见，对于第二种情况，只有弱酸和强碱，所以得通过化学反应制备出共轭酸碱对，根据目标溶液共轭酸碱对，可以确定醋酸应该过量，氢氧化钠完全反应，最终可以保证体系里只有欲配制溶液共轭酸碱对的组分，也就是醋酸和醋酸钠，取0.1mol/L醋酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液，假设需要醋酸的体积为V升，需要NaOH的体积为：1-V， 根据化学反应方程式进行分析如下：

HAc+NaOH=+N2O

V-（1-V）

根据缓冲公式：

pH=pKa+lg

4.50=4.756+lg

计算出：V=0.738

需要NaOH的体积为：1-V=0.262（mL）

对上面问题的分析，在计算缓冲溶液的pH时，第一，先需确定缓冲溶液的组分，什么是酸什么是其共轭碱；第二，分析共轭酸碱对的物质的量浓度，酸的浓度是多少，碱的浓度是多少；第三，运用缓冲溶液的缓冲公式建立相应关系式，最终计算出未知量。

【参考文献】

[1]谢达春.配制与性质实验的优化[J].中药与临床，2014（2）： 95-96.

[2]谭桂娥，曾秀琼，李秀玲.非化学专业基础化学实验的教学探索[J].大学化学，2015（6）：21-24.

[3]郭燕；朱鋆珊；赵彩云.《基础化学及实验》教学改革探究[J].山东化工，2017（2）：90-92.

[4]党雄英.溶液pH的计算[J]. 甘肃高师学报 ，2007（2）： 45-48.

[5]罗恩平.液性质演示实验方案的探讨[J].化学工程与装备. 2012（12）：241-243.

[6]周群华，张予新.缓冲溶液实验[J]. 科教文汇（下旬刊）. 2011（02）：115-116.