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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 无机/物化 » 无机化学 » 缓冲液调节石灰水pH的计算
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summerting

银虫 (小有名气)

[求助] 缓冲液调节石灰水pH的计算

各位大侠，我想使用Na2CO3/NaHCO3缓冲液调节饱和石灰水（即Ca(OH)2）的pH值，配成不同pH的混合溶液。假设每次使用的饱和石灰水的体积固定，均为200ml，保证钙当量相同，石灰水溶液pH=12. 现在要加入缓冲液，保证得到的混合溶液的pH分别为11，10，9，8. 则每次加入的缓冲液该如何配制，加入的体积又分别为多少？要求每次混合溶液的碳当量相同。
老师给的提示是混合后溶液中存在如下平衡：
Ca2+ + HCO3- = CaCO3 + H+  反应平衡常数可查表获得
Ca2+ + CO32- = CaCO3   反应的平衡常数为Ksp，可查表得

里面涉及到电离水解啥的，我实在搞不明白，愁啊，先拜谢各位大牛了！:
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1楼 2012-09-07 17:06:11
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jiagle

专家顾问 (知名作家)

【答案】应助回帖

★ ★
fds329: 金币+2, ICEPI+1, 感谢应助。辛苦了O(∩_∩)O 2012-10-08 20:05:36
引用回帖:
3楼: Originally posted by summerting at 2012-09-07 21:20:07
多谢您详尽的回复！不过我还有几点不太明白：
1、照您的意思是pH最小只能配到8.4对吗？
2、关于钙当量，您的意思是加入缓冲液以后Ca(2-)几乎会全部沉淀下来，原来的饱和石灰水相当于只向缓冲液提供了一定量的OH- ...

1、理解是对的：用纯NaHCO3配出来的就是pH = 8.4；
2、理解非常正确；
3、Na2CO3和NaHCO3的溶解度远大于Ca(OH)2，因此提高缓冲溶液的缓冲容量时是从浓度上下功夫，而不是体积上，只要保证共轭酸碱对[此处是Na2CO3/NaHCO3]的总物质的量远大于所抗酸碱[此处是Ca(OH)2]的量，就能实现很好的缓冲作用。
4、缓冲液浓度越大越好。如果酸碱对的用量比偏离10以上，其缓冲容量实际上很小。
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4楼2012-09-08 07:13:12
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jiagle

专家顾问 (知名作家)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
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fds329: 金币+3, 感谢应助。辛苦了O(∩_∩)O 2012-10-08 20:05:19
1、配pH=8是没有希望了，因为NaHCO3的pH就超过8，达到8.4（pH在浓度不太小时与浓度无关）；
2、钙当量相同的假设是伪命题，溶液中的CO3(2-)根本不允许有大量钙离子存在，因此氢氧化钙等于没用；
3、使用NaHCO3/Na2CO3组合，本来就可以配出pH = 11, 10, 9三种pH值；
4、计算公式按 pH = pKa2 + lg[ c(Na2CO3)/c(NaHCO3) ]处理，
pKa = 10.33 ，分别求出c(Na2CO3)/c(NaHCO3) = （4.7 : 1）； （1 ： 2.1）；（1 ： 21）；其中最后一个比例缓冲能力较差。
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summerting
2楼2012-09-07 18:50:25
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summerting

银虫 (小有名气)
送鲜花一朵
引用回帖:
2楼: Originally posted by jiagle at 2012-09-07 18:50:25
1、配pH=8是没有希望了，因为NaHCO3的pH就超过8，达到8.4（pH在浓度不太小时与浓度无关）；
2、钙当量相同的假设是伪命题，溶液中的CO3(2-)根本不允许有大量钙离子存在，因此氢氧化钙等于没用；
3、使用NaHCO3/Na ...

多谢您详尽的回复！不过我还有几点不太明白：
1、照您的意思是pH最小只能配到8.4对吗？
2、关于钙当量，您的意思是加入缓冲液以后Ca(2-)几乎会全部沉淀下来，原来的饱和石灰水相当于只向缓冲液提供了一定量的OH-？
3、据我所知，在缓冲溶液中加入少量强酸或强碱，其溶液pH值变化不大，但若加入酸、碱的量多时，缓冲溶液就失去了它的缓冲作用。我实验中所用的饱和石灰水的量大约200ml或更多，氢氧化钙又是强碱，NaHCO3/Na2CO3 缓冲液还有足够的缓冲能力吗？要保持缓冲能力，缓冲液的体积与石灰水体积之间有啥要求？
4、缓冲液的浓度一般在0.05~0.20mol/L, 选择多大较好一点？

不胜感激！！！
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3楼2012-09-07 21:20:07
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summerting

银虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by jiagle at 2012-09-08 07:13:12
1、理解是对的：用纯NaHCO3配出来的就是pH = 8.4；
2、理解非常正确；
3、Na2CO3和NaHCO3的溶解度远大于Ca(OH)2，因此提高缓冲溶液的缓冲容量时是从浓度上下功夫，而不是体积上，只要保证共轭酸碱对的总物质的量 ...

谢谢您啊，回复及时，思路清晰。 我先照你方法配制一下，具体有不明白的再向您讨教
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5楼2012-09-11 11:04:05
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summerting

银虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by jiagle at 2012-09-08 07:13:12
1、理解是对的：用纯NaHCO3配出来的就是pH = 8.4；
2、理解非常正确；
3、Na2CO3和NaHCO3的溶解度远大于Ca(OH)2，因此提高缓冲溶液的缓冲容量时是从浓度上下功夫，而不是体积上，只要保证共轭酸碱对的总物质的量 ...

您好，还得麻烦您一下。
按照您提供的那个计算公式，我配制的溶液pH值与测量的不一致，如按pH为10的配比计算出来Na2CO3与NaHCO3的量，配出来测得pH=9.66，而胺pH为11的比例配出来测得pH=10.58，这相差是不是太大了？另外，公式中的pKa = 10.33 ，这个是查表所得吗，问题是不是出在这里，还是我pH剂测量问题（用之前已经校准过了）？
O(∩_∩)O谢谢~！
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6楼2012-09-25 22:19:22
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jiagle

专家顾问 (知名作家)

【答案】应助回帖

★
fds329: 金币+1, 感谢应助。辛苦了O(∩_∩)O 2012-10-08 20:05:43
引用回帖:
6楼: Originally posted by summerting at 2012-09-25 22:19:22
您好，还得麻烦您一下。
按照您提供的那个计算公式，我配制的溶液pH值与测量的不一致，如按pH为10的配比计算出来Na2CO3与NaHCO3的量，配出来测得pH=9.66，而胺pH为11的比例配出来测得pH=10.58，这相差是不是太大了 ...

注意到你配的溶液pH测出来都是偏低了吧，极有可能是系统误差引起的，仔细核实各个环节；处理方法是没有问题的。
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7楼2012-09-26 07:30:57
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