专题二 学生实验 缓冲溶液的配制 同步作业 《化学（医药卫生类）》同步教学 高教版

专题二 缓冲溶液 学生实验 缓冲溶液的配制 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 实验室配制缓冲溶液时，选择缓冲对的核心依据是（ ） A. 缓冲对的价格低廉、易获取 B. 缓冲对的pKa与目标pH值相近（差值≤1） C. 缓冲对的溶解度大、易溶解 D. 缓冲对的颜色为无色，不影响溶液观察 2. 配制0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液（HAc的pKa=4.75），若目标pH=4.75，应控制HAc与NaAc的浓度比为（ ） A. 1:10 B. 1:1 C. 10:1 D. 任意比例 3. 下列关于缓冲溶液配制步骤的说法，正确的是（ ） A. 先将两种缓冲成分分别溶解，再混合定容至刻度 B. 可将两种缓冲成分直接混合后溶解，无需分别溶解 C. 定容时加水超过刻度线，可直接用胶头滴管吸出多余液体 D. 配制完成后无需校准pH值，直接使用即可 4. 配制缓冲溶液时，使用容量瓶定容的目的是（ ） A. 加快溶解速度 B. 确保溶液体积准确，保证缓冲对浓度精确 C. 防止溶液挥发 D. 便于溶液储存 5. 某学生配制HAc-NaAc缓冲溶液时，将0.1mol/L HAc溶液与0.1mol/L NaOH溶液等体积混合，得到的缓冲对是（ ） A. HAc-NaAc B. HAc-NaOH C. NaAc-NaOH D. 无有效缓冲对 6. 关于缓冲溶液配制中试剂的选择，错误的是（ ） A. 选择分析纯试剂，保证试剂纯度 B. 所用蒸馏水需煮沸冷却，去除CO₂，避免影响pH值 C. 固体缓冲成分需烘干后称量，减少水分对浓度的影响 D. 可使用过期试剂，只要外观无明显变化即可 7. 配制100mL 0.05mol/L NaH₂PO₄-Na₂HPO₄缓冲溶液，缓冲对的总浓度为0.05mol/L，下列说法正确的是（ ） A. NaH₂PO₄与Na₂HPO₄的物质的量之和为0.005mol B. NaH₂PO₄的浓度必须大于Na₂HPO₄的浓度 C. 定容时需用玻璃棒引流，防止溶液洒出 D. 配制完成后应立即倒入试剂瓶中，无需洗涤容量瓶 8. 下列操作中，会导致缓冲溶液浓度偏低的是（ ） A. 称量固体缓冲成分时，砝码生锈 B. 溶解固体时，加水过少，未完全溶解 C. 转移溶液时，容量瓶内壁未洗涤，有残留液 D. 定容时，俯视刻度线 9. 实验室配制pH=7.4的缓冲溶液，最适合选择的缓冲对是（ ） A. HAc-NaAc（pKa=4.75） B. NaH₂PO₄-Na₂HPO₄（pKa=7.21） C. NH₃·H₂O-NH₄Cl（pKa=9.25） D. NaHCO₃-Na₂CO₃（pKa=10.25） 10. 关于缓冲溶液配制后的pH校准，说法正确的是（ ） A. 可用精密pH试纸校准，无需使用pH计 B. 校准前需用标准缓冲溶液定位pH计 C. 若pH值偏高，可加入少量强酸溶液调整，无需重新计算 D. 校准后pH值与目标值偏差±0.2，需重新配制 11. 下列关于缓冲溶液储存的说法，错误的是（ ） A. 储存于洁净的试剂瓶中，密封保存 B. 酸性缓冲溶液需用玻璃试剂瓶，避免用橡胶塞 C. 可与强酸、强碱试剂同柜存放 D. 储存温度不宜过高，避免缓冲成分分解 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 缓冲溶液的配制步骤主要包括______、______、______、______、______、______。 2. 称量固体缓冲成分时，应使用______天平，遵循______原则；量取液体试剂时，应选择合适规格的______，确保量取准确。 3. 配制缓冲溶液时，所用蒸馏水需______，目的是______；溶解缓冲成分时，搅拌速度应______，避免______。 4. 转移溶液至容量瓶时，需用______引流，玻璃棒的下端应靠在容量瓶的______处，防止溶液洒出。 5. 定容时，当加水至刻度线______处时，应改用______滴加蒸馏水，直至溶液的______与刻度线相切。 6. 配制完成的缓冲溶液，需用______校准pH值，若pH值偏高，可滴加少量______调整；若pH值偏低，可滴加少量______调整。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 配制缓冲溶液时，缓冲对的总浓度越高越好，因此应尽可能提高浓度，以增强缓冲能力。（ ） 2. 只要选择合适的缓冲对，就能配制出任意pH值的缓冲溶液。（ ） 3. 称量固体缓冲成分时，若药品撒落，可直接用手捡起放回称量纸，避免浪费。（ ） 4. 溶解缓冲成分时，可将固体直接倒入容量瓶中溶解，无需在烧杯中溶解。（ ） 5. 定容后，若容量瓶内溶液出现浑浊，说明缓冲成分未完全溶解，需重新配制。（ ） 6. 校准pH值时，若pH计显示的数值与标准缓冲溶液的pH值偏差较大，需重新校准pH计。（ ） 7. 配制好的缓冲溶液，若短期内不用，可储存于容量瓶中，密封保存。（ ） 8. 转移溶液时，若容量瓶漏水，可继续使用，只要溶液体积准确即可。（ ） 9. 同一缓冲对组成的缓冲溶液，浓度比不同，pH值不同，但缓冲范围相同。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 某学生需配制100mL pH=5.0的HAc-NaAc缓冲溶液（HAc的pKa=4.75），缓冲对的总浓度为0.1mol/L，请分析：（1）计算所需0.1mol/L HAc溶液和0.1mol/L NaAc溶液的体积；（2）写出详细的配制步骤；（3）若配制完成后，用pH计测得溶液pH=5.2，应如何调整至5.0，说明理由。 2. 实验室配制缓冲溶液时，常出现浓度不准确、pH值偏差过大等问题。请分析：（1）导致缓冲溶液浓度偏低的常见操作误差有哪些（至少3点）；（2）导致pH值偏差过大的原因有哪些（至少3点）；（3）如何避免这些误差，提高配制的准确性。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列学生在缓冲溶液配制实验中的操作正误，若错误请指出问题并改正，说明理由： （1）某学生配制NaH₂PO₄-Na₂HPO₄缓冲溶液时，为节省时间，直接将固体NaH₂PO₄和Na₂HPO₄放入容量瓶中，加入蒸馏水溶解并定容； （2）某学生称量固体HAc时，发现HAc为液态，便直接用量筒量取所需体积的液态HAc，与固体NaAc混合溶解； （3）某学生配制完成缓冲溶液后，未校准pH值，直接用于后续实验，认为只要计算准确，pH值就一定符合要求。 2. 某学生配制100mL 0.1mol/L NH₃·H₂O-NH₄Cl缓冲溶液（NH₃·H₂O的pKb=4.75），目标pH=9.25。实验步骤如下：① 称量0.535g NH₄Cl固体，放入烧杯中，加入50mL蒸馏水溶解；② 量取0.1mol/L NH₃·H₂O溶液50mL，倒入烧杯中，搅拌均匀；③ 将混合溶液转移至100mL容量瓶中，直接定容至刻度线；④ 摇匀后，测得pH=8.8，认为实验失败，直接丢弃溶液。请分析：（1）该学生的操作存在哪些错误；（2）pH值偏低的原因是什么；（3）如何改进操作，使溶液pH值达到9.25。 （三）计算题（10分） 1. 欲配制500mL pH=6.8的PBS缓冲溶液，选择NaH₂PO₄·2H₂O（摩尔质量178g/mol）和Na₂HPO₄·12H₂O（摩尔质量358g/mol）为缓冲对，H₂PO₄⁻的pKa=7.21，缓冲对的总浓度为0.05mol/L。计算：（1）所需两种物质的物质的量浓度；（2）所需两种物质的质量；（3）若用0.1mol/L NaOH溶液调整pH值，当pH=6.6时，需滴加0.1mol/L NaOH溶液的体积（忽略体积变化，写出计算过程）。 2. 某学生配制100mL pH=7.0的缓冲溶液，选择0.1mol/L HCl溶液和0.1mol/L Tris溶液（Tris的pKa=8.1）。计算：（1）所需0.1mol/L Tris溶液和0.1mol/L HCl溶液的体积；（2）若加入过量0.1mol/L HCl溶液5mL，溶液的pH值变为多少；（3）说明该缓冲溶液的缓冲能力是否充足（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. B 3. A 4. B 5. A 6. D 7. A 8. C 9. B 10. B 11. C （二）填空题 1. 计算；称量（或量取）；溶解；转移；洗涤；定容；摇匀；校准pH值 2. 分析纯（或电子）；左物右码；移液管（或量筒） 3. 煮沸冷却；去除水中的CO₂，避免影响溶液pH值；缓慢；溶液溅出 4. 玻璃棒；刻度线以下的内壁 5. 1~2cm；胶头滴管；凹液面最低处 6. 精密pH计（或pH计）；强酸溶液；强碱溶液 （三）判断题 1. × 2. × 3. × 4. × 5. √ 6. √ 7. × 8. × 9. √ 二、提升题 （一）简答题 1. （1）体积计算：根据亨德森-哈塞尔巴尔赫公式pH = pKa + lg([NaAc]/[HAc])，设所需0.1mol/L HAc溶液体积为V₁，NaAc溶液体积为V₂，V₁+V₂=100mL。代入数据：5.0=4.75 + lg(V₂/V₁)，lg(V₂/V₁)=0.25，V₂/V₁≈1.78，解得V₁≈35.9mL，V₂≈64.1mL。 （2）配制步骤：① 用移液管分别量取35.9mL 0.1mol/L HAc溶液和64.1mL 0.1mol/L NaAc溶液，倒入烧杯中；② 用少量蒸馏水洗涤移液管2~3次，洗涤液倒入烧杯中；③ 用玻璃棒搅拌均匀，将混合溶液转移至100mL容量瓶中；④ 用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2~3次，洗涤液全部转移至容量瓶中；⑤ 向容量瓶中加蒸馏水至刻度线1~2cm处，改用胶头滴管滴加蒸馏水，至凹液面最低处与刻度线相切；⑥ 盖好容量瓶瓶塞，颠倒摇匀；⑦ 用pH计校准pH值，若不符合要求，进行调整。 （3）调整方法：向溶液中滴加少量0.1mol/L HAc溶液，边滴加边搅拌，同时监测pH值，直至达到5.0。理由：pH=5.2高于目标值5.0，说明共轭碱（NaAc）浓度相对过高，加入共轭酸（HAc）可增加HAc浓度，降低浓度比[NaAc]/[HAc]，根据公式pH=pKa+lg(浓度比)，pH值会降低至目标值。 2. （1）浓度偏低的操作误差：① 称量固体时，砝码质量偏小或药品洒落，导致实际称量质量不足；② 转移溶液时，烧杯和玻璃棒未洗涤，或洗涤液未全部转移至容量瓶，导致溶质损失；③ 定容时，加水超过刻度线，用胶头滴管吸出多余液体，导致溶质被吸出；④ 量取液体试剂时，俯视刻度线，导致量取体积偏小。 （2）pH值偏差过大的原因：① 缓冲对选择不当，pKa与目标pH值相差过大；② 称量或量取试剂时，体积/质量偏差过大，导致浓度比偏离计算值；③ 蒸馏水未除CO₂，CO₂溶解生成H₂CO₃，使酸性缓冲溶液pH值偏低；④ 试剂纯度不足，含有杂质（如酸性或碱性杂质），影响pH值；⑤ 校准pH计时，未用标准缓冲溶液定位，导致pH计读数不准确。 （3）避免误差的措施：① 选择pKa与目标pH值相近的缓冲对，确保缓冲能力；② 使用校准合格的分析天平、移液管、容量瓶等仪器，提高称量和量取的准确性；③ 固体试剂烘干后称量，液体试剂准确量取，确保浓度比符合计算值；④ 蒸馏水煮沸冷却后使用，去除CO₂；⑤ 配制完成后，用标准缓冲溶液定位的pH计校准，必要时进行调整；⑥ 转移溶液时，彻底洗涤烧杯和玻璃棒，确保溶质无损失。 （二）分析题 1. （1）错误；问题：容量瓶不能用于溶解固体试剂，固体溶解时可能放热，会影响容量瓶的精度，甚至损坏容量瓶。改正：应先将固体NaH₂PO₄和Na₂HPO₄放入烧杯中，加入适量蒸馏水溶解，冷却至室温后，再转移至容量瓶中定容。理由：容量瓶的用途是精确配制一定体积的溶液，不能直接溶解固体，溶解过程的热效应会导致容量瓶容积变化，影响浓度准确性。 （2）错误；问题：HAc是弱酸，液态HAc的浓度极高（约17mol/L），直接量取会导致实际浓度远超计算值，且无法准确控制所需0.1mol/L HAc的量。改正：应使用已配制好的0.1mol/L HAc标准溶液，用量筒或移液管量取所需体积，与固体NaAc混合溶解。理由：实验要求配制0.1mol/L的缓冲对总浓度，需使用指定浓度的液态试剂，而非纯液态HAc，否则会导致浓度严重偏差。 （3）错误；问题：理论计算值与实际值可能存在偏差，如试剂纯度、仪器误差、环境因素（如温度、CO₂溶解）等都会影响pH值，未校准直接使用会导致后续实验结果不准确。改正：配制完成后，必须用经标准缓冲溶液定位的pH计校准pH值，若偏差超过±0.1，需进行调整后再使用。理由：实验的准确性依赖于实际pH值与目标值的一致性，理论计算不能完全排除操作和环境带来的误差，校准是必要步骤。 2. （1）操作错误：① 转移溶液时，未洗涤烧杯和玻璃棒，导致溶质损失，浓度偏低；② 定容前未检查溶液温度，若溶液温度过高，会导致定容后冷却体积缩小，浓度偏高；③ 未进行pH值校准和调整，直接判断实验失败，操作不规范；④ 量取0.1mol/L NH₃·H₂O溶液时，未使用移液管，量取体积准确性不足。 （2）pH值偏低的原因：① 可能是NH₃·H₂O溶液浓度实际偏低，或NH₄Cl称量偏多，导致浓度比[NH₃·H₂O]/[NH₄Cl]小于1；② 蒸馏水未除CO₂，CO₂溶解生成H₂CO₃，使溶液酸性增强，pH值偏低；③ 转移溶液时，NH₃·H₂O挥发，导致共轭碱浓度降低，pH值下降。 （3）改进措施：① 称量NH₄Cl固体后，用适量蒸馏水在烧杯中溶解，洗涤烧杯和玻璃棒2~3次，洗涤液全部转移至容量瓶；② 用量筒或移液管准确量取50mL 0.1mol/L NH₃·H₂O溶液，倒入容量瓶中；③ 加蒸馏水定容至刻度线，摇匀后用pH计校准；④ 若pH=8.8偏低，向溶液中滴加少量0.1mol/L NH₃·H₂O溶液，边滴加边搅拌，直至pH=9.25；⑤ 若NH₃·H₂O挥发严重，可重新量取新鲜的NH₃·H₂O溶液进行配制。 （三）计算题 1. 解：（1）设[NaH₂PO₄]=x，[Na₂HPO₄]=0.05 - x；根据pH = pKa + lg([HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻])，6.8=7.21 + lg((0.05 - x)/x)；lg((0.05 - x)/x)=-0.41，(0.05 - x)/x≈0.39，解得x≈0.036mol/L，0.05 - x≈0.014mol/L。 （2）所需NaH₂PO₄·2H₂O的质量=0.036mol/L×0.5L×178g/mol≈3.20g；所需Na₂HPO₄·12H₂O的质量=0.014mol/L×0.5L×358g/mol≈2.51g。 （3）设需滴加0.1mol/L NaOH溶液体积为V，NaOH与NaH₂PO₄反应生成Na₂HPO₄，反应后[NaH₂PO₄]=0.036 - 0.1V/0.5，[Na₂HPO₄]=0.014 + 0.1V/0.5；pH=6.6=7.21 + lg((0.014 + 0.2V)/(0.036 - 0.2V))；lg((0.014 + 0.2V)/(0.036 - 0.2V))=-0.61，(0.014 + 0.2V)/(0.036 - 0.2V)≈0.25；解得V≈0.025L=25mL。 答：（1）浓度分别为0.036mol/L和0.014mol/L；（2）质量分别为3.20g和2.51g；（3）需滴加NaOH溶液25mL。 2. 解：（1）设所需0.1mol/L Tris溶液体积为V₁，HCl溶液体积为V₂，V₁+V₂=100mL；Tris与HCl反应生成TrisHCl，缓冲对为Tris（共轭碱）和TrisHCl（共轭酸）；pH=7.0=8.1 + lg((0.1V₁ - 0.1V₂)/0.1V₂)；lg((V₁ - V₂)/V₂)=-1.1，(V₁ - V₂)/V₂≈0.079；解得V₂≈53.9mL，V₁≈46.1mL。 （2）加入5mL 0.1mol/L HCl后，n(HCl)=0.1×(53.9+5)=5.89mmol，n(Tris)=0.1×46.1=4.61mmol；Tris完全反应后，剩余HCl=5.89-4.61=1.28mmol，溶液体积=105mL，[H⁺]=1.28mmol/105mL≈0.0122mol/L，pH=-lg(0.0122)≈1.91。 （3）缓冲能力分析：加入过量HCl后，Tris被完全消耗，缓冲系统失效，pH值从7.0急剧降至1.91，说明该缓冲溶液的缓冲能力不足，因为HCl的加入量超过了缓冲对的缓冲容量。 答：（1）体积分别为46.1mL和53.9mL；（2）pH值变为1.91；（3）缓冲能力不足，因HCl过量导致缓冲系统失效。 学科网（北京）股份有限公司 $