pH计缓冲溶液的配制与pH值的测定
1. 实验目的
(1) 了解缓冲溶液的配制原来及缓冲溶液的性质；
(2) 掌握溶液配制的基本实验方法，学习ph值的使用方法
2. 实验原理
① 基本概念：在一定程度上能抵抗外加少量酸、碱或稀释，而保持溶液ph值基本不变的作用称为缓冲作用。具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。
② 缓冲溶液组成及计算公式：缓冲溶液一般是由共轭酸碱对组成的，例如弱酸和弱酸盐，或弱碱和弱碱盐。如果缓冲溶液由弱酸和弱酸盐 (例如hac-naac)组成，则
③缓冲溶液性质：
a.抗酸/碱,抗稀释作用 因为缓冲溶液中具有抗酸成分和抗碱成分，所以加入少量强酸或强碱，其ph值基本上是不变的。稀释缓冲溶液时，酸和碱的浓度比值不改变，适当稀释不影响其ph值。
b.缓冲容量 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。缓冲容量的大小与缓冲组分浓度和缓冲组分的比值有关。缓冲组分浓度越大，缓冲容量越大；缓冲组分比值为 11 时，缓冲容量*大。
3. 实验仪器与试剂
phs－3c酸度计，试管，量筒(100ml，10ml)，烧杯(100ml，50ml)，吸量管(10ml)等。
hac(0.1mol·l-1，1mol·l-1)，naac(0.1mol·l-1，1mol·l-1), nah2po4 (0.1 mol·l-1)，na2hpo4 (0.1 mol·l-1) nh3·h2o (0.1 mol·l-1)，nh4cl (0.1 mol·l-1)，hcl (0.1 mol·l-1)，naoh (0.1 mol·l-1，1 mol·l-1)，ph=4的hcl，ph＝10的naoh，ph=4.00标准缓冲溶液，ph=9.18标准缓冲溶液，甲基红溶液，广泛ph试纸，精密ph试纸，吸水纸等。
4.实验步骤
⑴缓冲溶液的配制与ph值的测定
按照下表，通过计算配制三种不同ph值的缓冲溶液，然后用精密ph试纸和ph计分别测定它们的ph值。比较理论计算值与两种测定方法实验值是否相符(溶液留作后面实验用)。
表1 缓冲溶液的配制与ph值的测定
实验号
理论ph值
各组分的体积/ml
(总体积50ml)
精密ph试纸
测定ph值
ph计
测定ph值
0.1mol·l-1hac
甲
4.0
0.1mol·l-1naac
0.1mol·l-1 nah2po4
乙
7.0
0.1mol·l-1 na2hpo4
0.1mol·l-1 nh3·h2o
丙
10.0
0.1mol·l-1 nh4cl
⑵缓冲溶液的性质
① 取3支试管，依次加入蒸馏水，ph=4的hcl溶液，ph =10的naoh溶液各3ml，用ph试纸测其ph值，然后向各管加入5滴0.1mol·l-1hcl，再测其ph值。用相同的方法，试验5滴0.1mol·l-1naoh对上述三种溶液ph值的影响。将结果记录在表2中。
② 取3支试管，依次加入自己配制的ph=4.0、ph=7.0、ph=10.0的缓冲溶液各3ml。然后向各管加入5滴0.1mol·l-1 hcl，用精密ph试纸测其ph值。用相同的方法，试验5滴0.1mol·l-1naoh对上述三种缓冲溶液ph值的影响。将结果记录在表2中。
③ 取4支试管，依次加入ph=4.0的缓冲溶液，ph=4的hcl溶液，ph=10的naoh溶液各1ml，用精密ph试纸测定各管中溶液的ph值。然后向各管中加入10ml水，混匀后再用精密ph试纸测其ph值，考查稀释上述四种溶液ph值的影响。将实验结果记录于表2。
通过以上实验结果，说明缓冲溶液的什么性质？
表2 缓冲溶液的性质
实验号
溶液类别
ph值
加5滴hcl后ph值
加5滴naoh 后ph值
加10ml水后ph值
1
蒸馏水
2
ph=4的hcl溶液
3
ph=10的naoh溶液
4
ph=4.0的缓冲溶液
5
ph=7.0的缓冲溶液
6
ph=10.0的缓冲溶液
⑶缓冲溶液的缓冲容量
① 缓冲容量与缓冲组分浓度的关系 取两支大试管，在一试管中加入0.1mol·l-1 hac和0.1mol·l-1naac各3ml，另一试管中加入1mol·l-1hac和1mol·l-1naac各3ml，混匀后用精密ph试纸测定两试管内溶液的ph值(是否相同)？在两试管中分别滴入2滴甲基红指示剂，溶液呈何色？(甲基红在ph<4.2时呈红色，ph>6.3时呈黄色)。然后在两试管中分别逐滴加入1mol·l-1naoh溶液(每加入1滴naoh均需摇匀)，直至溶液的颜色变成黄色。记录各试管所滴入naoh的滴数，说明哪一试管中缓冲溶液的缓冲容量大。
② 缓冲容量与缓冲组分比值的关系 取两支大试管，用吸量管在一试管中加入nah2po4和na2hpo4各10ml，另一试管中加入2ml 0.1 mol·l-1 nah2po4和18ml 0.1 mol·l-1na2hpo4，混匀后用精密ph试纸分别测量两试管中溶液的ph值。然后在每试管中各加入1.8ml 0.1 mol·l-1naoh，混匀后再用精密ph试纸分别测量两试管中溶液的ph值。说明哪一试管中缓冲溶液的缓冲容量大。
5. 注意事项
⑴．实验室安全问题。
⑵．缓冲溶液的配制要注意**度。
⑶．了解ph计的正确使用方法，注意电极的保护。
6. 思考题
(1) 为什么缓冲溶液具有缓冲作用？
(2) nahco3溶液是否具有缓冲作用，为什么？
(3) 用ph计测定溶液ph值时，已经标定的仪器，“定位”调节是否可以改变位置，为什么？
思考题答案
1．缓冲溶液具有缓冲作用是因为溶液中含有足够多可以与加入的少量酸或碱作用的组分，生成弱电解质或水，使得溶液ph值保持基本不变。
2．nahco3溶液不具有明显缓冲作用，虽然溶液中存在着两个电离方程式
hco3- ↔ h+ + co32- ， hco3- + h2o ↔ h2co3 + oh-；
当分别加入少量碱或酸时，电离平衡被破坏，向右移动，表面来看，似能保持溶液ph值基本不变。但是，nahco3本身是强碱性溶液，造成溶液中h+实际很少。
3．不能。因为定位就是用标准溶液对仪器的测量值进行标定，如果“定位”调节器改变了，则标准也就变了，导致实验结果错误。
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(2) 掌握溶液配制的基本实验方法，学习ph值的使用方法
2. 实验原理
① 基本概念：在一定程度上能抵抗外加少量酸、碱或稀释，而保持溶液ph值基本不变的作用称为缓冲作用。具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。
② 缓冲溶液组成及计算公式：缓冲溶液一般是由共轭酸碱对组成的，例如弱酸和弱酸盐，或弱碱和弱碱盐。如果缓冲溶液由弱酸和弱酸盐 (例如hac-naac)组成，则
③缓冲溶液性质：
a.抗酸/碱,抗稀释作用 因为缓冲溶液中具有抗酸成分和抗碱成分，所以加入少量强酸或强碱，其ph值基本上是不变的。稀释缓冲溶液时，酸和碱的浓度比值不改变，适当稀释不影响其ph值。
b.缓冲容量 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。缓冲容量的大小与缓冲组分浓度和缓冲组分的比值有关。缓冲组分浓度越大，缓冲容量越大；缓冲组分比值为 11 时，缓冲容量*大。
3. 实验仪器与试剂
phs－3c酸度计，试管，量筒(100ml，10ml)，烧杯(100ml，50ml)，吸量管(10ml)等。
hac(0.1mol·l-1，1mol·l-1)，naac(0.1mol·l-1，1mol·l-1), nah2po4 (0.1 mol·l-1)，na2hpo4 (0.1 mol·l-1) nh3·h2o (0.1 mol·l-1)，nh4cl (0.1 mol·l-1)，hcl (0.1 mol·l-1)，naoh (0.1 mol·l-1，1 mol·l-1)，ph=4的hcl，ph＝10的naoh，ph=4.00标准缓冲溶液，ph=9.18标准缓冲溶液，甲基红溶液，广泛ph试纸，精密ph试纸，吸水纸等。
4.实验步骤
⑴缓冲溶液的配制与ph值的测定
按照下表，通过计算配制三种不同ph值的缓冲溶液，然后用精密ph试纸和ph计分别测定它们的ph值。比较理论计算值与两种测定方法实验值是否相符(溶液留作后面实验用)。
表1 缓冲溶液的配制与ph值的测定
实验号
理论ph值
各组分的体积/ml
(总体积50ml)
精密ph试纸
测定ph值
ph计
测定ph值
0.1mol·l-1hac
甲
4.0
0.1mol·l-1naac
0.1mol·l-1 nah2po4
乙
7.0
0.1mol·l-1 na2hpo4
0.1mol·l-1 nh3·h2o
丙
10.0
0.1mol·l-1 nh4cl
⑵缓冲溶液的性质
① 取3支试管，依次加入蒸馏水，ph=4的hcl溶液，ph =10的naoh溶液各3ml，用ph试纸测其ph值，然后向各管加入5滴0.1mol·l-1hcl，再测其ph值。用相同的方法，试验5滴0.1mol·l-1naoh对上述三种溶液ph值的影响。将结果记录在表2中。
② 取3支试管，依次加入自己配制的ph=4.0、ph=7.0、ph=10.0的缓冲溶液各3ml。然后向各管加入5滴0.1mol·l-1 hcl，用精密ph试纸测其ph值。用相同的方法，试验5滴0.1mol·l-1naoh对上述三种缓冲溶液ph值的影响。将结果记录在表2中。
③ 取4支试管，依次加入ph=4.0的缓冲溶液，ph=4的hcl溶液，ph=10的naoh溶液各1ml，用精密ph试纸测定各管中溶液的ph值。然后向各管中加入10ml水，混匀后再用精密ph试纸测其ph值，考查稀释上述四种溶液ph值的影响。将实验结果记录于表2。
通过以上实验结果，说明缓冲溶液的什么性质？
表2 缓冲溶液的性质
实验号
溶液类别
ph值
加5滴hcl后ph值
加5滴naoh 后ph值
加10ml水后ph值
1
蒸馏水
2
ph=4的hcl溶液
3
ph=10的naoh溶液
4
ph=4.0的缓冲溶液
5
ph=7.0的缓冲溶液
6
ph=10.0的缓冲溶液
⑶缓冲溶液的缓冲容量
① 缓冲容量与缓冲组分浓度的关系 取两支大试管，在一试管中加入0.1mol·l-1 hac和0.1mol·l-1naac各3ml，另一试管中加入1mol·l-1hac和1mol·l-1naac各3ml，混匀后用精密ph试纸测定两试管内溶液的ph值(是否相同)？在两试管中分别滴入2滴甲基红指示剂，溶液呈何色？(甲基红在ph<4.2时呈红色，ph>6.3时呈黄色)。然后在两试管中分别逐滴加入1mol·l-1naoh溶液(每加入1滴naoh均需摇匀)，直至溶液的颜色变成黄色。记录各试管所滴入naoh的滴数，说明哪一试管中缓冲溶液的缓冲容量大。
② 缓冲容量与缓冲组分比值的关系 取两支大试管，用吸量管在一试管中加入nah2po4和na2hpo4各10ml，另一试管中加入2ml 0.1 mol·l-1 nah2po4和18ml 0.1 mol·l-1na2hpo4，混匀后用精密ph试纸分别测量两试管中溶液的ph值。然后在每试管中各加入1.8ml 0.1 mol·l-1naoh，混匀后再用精密ph试纸分别测量两试管中溶液的ph值。说明哪一试管中缓冲溶液的缓冲容量大。
5. 注意事项
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⑵．缓冲溶液的配制要注意**度。
⑶．了解ph计的正确使用方法，注意电极的保护。
6. 思考题
(1) 为什么缓冲溶液具有缓冲作用？
(2) nahco3溶液是否具有缓冲作用，为什么？
(3) 用ph计测定溶液ph值时，已经标定的仪器，“定位”调节是否可以改变位置，为什么？
思考题答案
1．缓冲溶液具有缓冲作用是因为溶液中含有足够多可以与加入的少量酸或碱作用的组分，生成弱电解质或水，使得溶液ph值保持基本不变。
2．nahco3溶液不具有明显缓冲作用，虽然溶液中存在着两个电离方程式
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当分别加入少量碱或酸时，电离平衡被破坏，向右移动，表面来看，似能保持溶液ph值基本不变。但是，nahco3本身是强碱性溶液，造成溶液中h+实际很少。
3．不能。因为定位就是用标准溶液对仪器的测量值进行标定，如果“定位”调节器改变了，则标准也就变了，导致实验结果错误。
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