第3章　基础实验

实验3.1　解离平衡和缓冲溶液

一、实验目的

（1）通过实验进一步掌握弱电解质的解离平衡及其移动。

（2）学习缓冲溶液的配制及其pH值的测定，了解缓冲溶液的缓冲性能。

（3）了解缓冲容量与缓冲剂浓度和缓冲组分比值的关系。

二、实验原理

（一）弱电解质在溶液中的解离平衡及移动

若AB为弱电解质，则在水溶液中存在着下列解离平衡

达成平衡时，未解离的分子浓度和已解离出的离子的浓度的关系为

在此平衡系统中，若加入含有相同离子的强电解质，即增加A+或B-的浓度，平衡会向生成AB的方向移动，从而降低了弱电解质AB的解离度，这种现象叫作同离子效应。

（二）缓冲溶液

弱酸及其盐（如HAc和NaAc）、弱碱及其盐（如NH3·H2O和NH4Cl）或多元酸的酸式盐及其对应的次级盐（如NaH2PO4和Na2HPO4）的混合溶液，在一定程度上有缓冲作用，即当另外加入少量酸、碱或适当稀释时，此种混合溶液pH值变化不大，这种溶液叫作缓冲溶液。

三、仪器与试剂

试管、试管架、量筒、烧杯、表面皿、玻璃棒。

pH广泛试纸、pH精密试纸、NH4Cl（s）、NaAc（s）、0.1％酚酞（90％乙醇溶液）、0.05％甲基橙（水溶液）、0.1mol/L HCl、0.01mol/L HCl、1mol/L HAc、0.1mol/L HAc、0.1mol/L MgCl2、2mol/L NH3·H2O、0.1mol/L NH3·H2O、饱和NH4Cl、0.1mol/L NH4Cl、0.1mol/L NaOH、0.01mol/L NaOH、0.1mol/L Na2HPO4、0.1mol/L NaH2PO4、1mol/L NaHCO3、1mol/L NaAc、0.1mol/L NaAc。

四、实验步骤

（一）同离子效应

①往试管中加入2mL 0.1mol/L NH3·H2O溶液，再滴1滴酚酞溶液，观察溶液呈什么颜色？将此溶液分盛于两支试管中，往一支试管中加入一小勺NH4Cl固体，摇荡使之溶解，观察溶液的颜色，并与另一支试管中溶液颜色相比较。

②往试管中加入2mL 0.1mol/L HAc溶液，再滴入1滴甲基橙，混合均匀，溶液呈什么颜色？将此溶液分盛于两支试管中，往一支试管中加入一小勺NaAc固体，摇荡使之溶解，观察溶液的颜色，并与另一支试管中溶液的颜色相比较。

③取两支试管，各加入5滴0.1mol/L MgCl2溶液，在其中一支试管中加入5滴饱和NH4Cl溶液，然后分别往两支试管中加入5滴2mol/L NH3·H2O，观察两支试管中发生的现象有何不同？为什么？

（二）缓冲溶液的配制和性质

（1）缓冲溶液的配制　通过计算，把配制下列三种缓冲溶液所需各组分的体积（以mL计）填入表3-1（总体积为10mL）。

按照表3-1中用量，配制出甲、乙、丙三种缓冲溶液，于标过号的三支试管中用广泛pH试纸测定它们的pH值，填入表中。试比较实验值与计算值是否相符。保留溶液，供后面的实验使用。

（2）缓冲溶液的性质

①对强酸、强碱的缓冲能力

a.在两支试管中各加入3mL蒸馏水，用广泛pH试纸测定其pH值，然后分别加入3滴0.1mol/L盐酸和3滴0.1mol/L NaOH溶液，再用广泛pH试纸测定pH值。

b.将实验步骤2（1）中配制的甲、乙、丙三种缓冲溶液，依次各取3mL分别加入三支试管中，往每支试管中各加3滴0.1mol/L盐酸。另取三支试管分别加甲、乙、丙三种缓冲溶液3mL，再往每支试管中各加3滴0.1mol/L NaOH溶液。用广泛pH试纸测定上述六支试管中溶液的pH值。测定值有无变化？由a、b两个实验可得出什么结论？

②对稀释的缓冲能力　取四支试管，依次加pH=4的缓冲溶液、0.01mol/L盐酸溶液（用pH试纸测其pH值）、pH=10的缓冲溶液、0.01mol/L NaOH（用pH试纸测其pH值）各1mL，然后在各支试管中加入10mL水，摇匀后用精密pH试纸测量其pH值。

通过①和②的实验说明缓冲溶液有什么性质？可用表格形式作比较。

（3）缓冲容量

①缓冲容量与缓冲剂浓度的关系　取两支试管，在一支试管中加入2mL 0.1mol/L HAc和2mL 0.1mol/L NaAc，在另一支试管中加入2mL 1mol/L HAc和2mL 1mol/L NaAc，测定两支试管内溶液的pH值（是否相同？）。往两支试管中分别加入甲基橙指示剂两滴，然后在两支试管中分别逐滴加入0.1mol/L盐酸溶液（每加1滴均需摇动），直到溶液的颜色变红色。记录每支试管中所加的滴数，解释现象。

②缓冲容量与缓冲组分比值的关系　取两支大试管，往一支试管中加入5mL 0.1mol/L NH3·H2O和5mL 0.1mol/L NH4Cl，此时

另一支试管中加入9mL 0.1mol/L NH3·H2O和1mL 0.1mol/L NH4Cl，此时

用精密pH试纸测量两溶液的pH值，然后在每支试管中加入1mL 0.1mol/L HCl，再用精密pH试纸测量它们的pH值。解释所观察的结果。

（三）设计性实验

设计实验说明NaHCO3溶液具有缓冲能力。

五、思考题

（1）将10mL 0.1mol/L HAc溶液和10mL 0.1mol/L NaOH溶液混合，所得溶液是否有缓冲能力？

（2）在使用pH试纸检测溶液pH值时，应注意哪些问题？