专题二 缓冲溶液 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60分） （一）选择题（每题3分，共30分） 1. 配制缓冲溶液时，选择缓冲对的核心原则是（ ） A. 缓冲对的溶解度大 B. 缓冲对的价格低廉 C. 目标pH值在缓冲对的缓冲范围（pKa±1）内 D. 缓冲对的离子强度高 2. 欲配制pH=5.0的缓冲溶液，下列缓冲对中最适宜的是（ ） A. HAc-NaAc（pKa=4.75） B. NH₃·H₂O-NH₄Cl（pKa=9.25） C. NaH₂PO₄-Na₂HPO₄（pKa=7.21） D. HCl-NaCl（强酸-盐体系） 3. 配制总浓度为0.1mol/L的HAc-NaAc缓冲溶液（pH=4.75），所需HAc与NaAc的浓度比为（ ） A. 1:1 B. 1:2 C. 2:1 D. 1:3 4. 缓冲溶液配制过程中，下列操作错误的是（ ） A. 用移液管准确量取缓冲对组分溶液 B. 混合后需用pH计校准，若偏离目标pH可微调 C. 直接将固体缓冲对组分溶于水后定容，无需搅拌 D. 定容时视线与容量瓶刻度线保持水平 5. 用亨德森-哈塞尔巴尔赫方程pH=pKa+lg([共轭碱]/[共轭酸])计算缓冲溶液pH时，不需要知道的参数是（ ） A. 弱酸的解离常数Ka B. 共轭酸的浓度 C. 共轭碱的浓度 D. 溶液的体积 6. 配制100mL 0.2mol/L的磷酸盐缓冲溶液（NaH₂PO₄-Na₂HPO₄），下列仪器中不需要用到的是（ ） A. 100mL容量瓶 B. 移液管 C. 分液漏斗 D. 玻璃棒 7. 缓冲溶液配制完成后，测定其pH值偏离目标pH的原因不可能是（ ） A. 缓冲对组分的浓度比例计算错误 B. 移液管量取溶液时产生误差 C. 容量瓶定容时体积不准确 D. 缓冲溶液的温度为25℃（标准温度） 8. 下列关于缓冲溶液配制浓度的说法，正确的是（ ） A. 浓度越高越好，缓冲能力越强 B. 浓度越低越好，避免渗透压异常 C. 总浓度通常控制在0.05~0.2mol/L，兼顾缓冲能力与渗透压 D. 浓度对缓冲能力无影响，仅与浓度比有关 9. 配制弱碱-共轭酸型缓冲溶液（如NH₃·H₂O-NH₄Cl）时，共轭酸的来源是（ ） A. 弱碱本身解离产生 B. 加入的弱碱盐解离产生 C. 水中的H⁺与弱碱结合产生 D. 加入强酸产生 10. 医药实验中，配制药用缓冲溶液时额外需要满足的要求是（ ） A. 缓冲对纯度高，符合药用标准 B. 配制速度快 C. 缓冲对易获取 D. 溶液颜色透明 （二）填空题（每空2分，共20分） 1. 缓冲溶液的配制步骤通常包括______、______、______、______和______五个环节。 2. 亨德森-哈塞尔巴尔赫方程中，[共轭碱]/[共轭酸]称为______，当该比例为1:1时，缓冲溶液的pH值等于______。 3. 配制缓冲溶液时，若测得实际pH值低于目标pH，可通过滴加少量______溶液进行微调；若高于目标pH，可滴加少量______溶液微调。 4. 实验中使用的移液管需先用______润洗2~3次，避免______导致溶液浓度偏低。 5. 配制好的缓冲溶液需密封保存，避免______进入溶液或______挥发，导致pH值变化。 （三）判断题（每题1分，共10分） 1. 配制缓冲溶液时，只要按照计算的浓度比混合缓冲对组分，就能得到目标pH值，无需校准。（ ） 2. 容量瓶定容时，若加水超过刻度线，可吸出多余溶液，不影响浓度。（ ） 3. 缓冲溶液的pH值与温度有关，因此配制和测定pH时需控制温度一致。（ ） 4. 用固体NaAc和HAc溶液配制HAc-NaAc缓冲溶液时，需先计算所需固体NaAc的质量和HAc溶液的体积。（ ） 5. 移液管量取溶液时，俯视刻度线会导致量取的溶液体积偏大。（ ） 6. 缓冲溶液稀释后，pH值不变，但缓冲容量会降低。（ ） 7. 配制多元酸的共轭酸碱对型缓冲溶液（如NaH₂PO₄-Na₂HPO₄）时，无需考虑分步解离的影响。（ ） 8. 药用缓冲溶液配制后需进行无菌处理，避免细菌污染。（ ） 9. 同一缓冲对，总浓度越大，配制的缓冲溶液缓冲容量越大。（ ） 10. 配制缓冲溶液时，可将不同浓度的缓冲对组分直接混合，无需定容至准确体积。（ ） 二、提升题（共40分） （一）简答题（每题10分，共20分） 1. 请简述用“固体+溶液法”配制100mL 0.1mol/L HAc-NaAc缓冲溶液（pH=5.0，HAc pKa=4.75）的完整实验步骤，包括计算过程、仪器选择、操作细节及pH校准方法，说明实验中“移液管润洗”和“定容摇匀”的重要性。 2. 分析缓冲溶液配制实验中可能产生的三类误差（浓度误差、pH误差、操作误差），分别说明 each 误差的产生原因及对实验结果的影响（如缓冲能力、pH准确性），提出对应的改进措施。 （二）综合分析题（每题10分，共20分） 1. 某学生欲配制100mL 0.1mol/L NaH₂PO₄-Na₂HPO₄缓冲溶液（pH=7.4，pKa=7.21），请完成以下计算：① 缓冲对的浓度比（[HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻]）；② 若使用0.2mol/L NaH₂PO₄溶液和0.2mol/L Na₂HPO₄溶液配制，所需两种溶液的体积；③ 若学生在定容时不慎加水至150mL，计算稀释后溶液的pH值并说明缓冲容量的变化。 2. 某医药专业学生在配制药用磷酸盐缓冲溶液（用于药物制剂稀释）时，出现以下问题：① 配制的缓冲溶液pH=6.0，偏离目标pH=7.0；② 缓冲溶液与药物混合后出现浑浊。分析问题①的可能原因及解决方案，解释问题②的本质原因（从缓冲对与药物相互作用角度），提出避免此类问题的实验设计优化方案（如缓冲对选择、浓度控制）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. A 3. A 4. C 5. D 6. C 7. D 8. C 9. B 10. A （二）填空题 1. 计算；称量/量取；溶解/混合；定容；pH校准 2. 缓冲对浓度比；pKa（弱酸的解离常数负对数） 3. 共轭碱（或NaAc）；共轭酸（或HAc） 4. 待量取溶液；管壁残留水分 5. 二氧化碳（或CO₂）；溶剂（或水） （三）判断题 1. × 2. × 3. √ 4. √ 5. × 6. √ 7. × 8. √ 9. √ 10. × 二、提升题 （一）简答题 1. 答案： ① 计算过程： 根据亨德森-哈塞尔巴尔赫方程pH=pKa+lg([Ac⁻]/[HAc])，代入pH=5.0、pKa=4.75，得lg([Ac⁻]/[HAc])=0.25，解得[Ac⁻]/[HAc]≈1.78； 总浓度[HAc]+[Ac⁻]=0.1mol/L，设[HAc]=x，则[Ac⁻]=1.78x，解得x≈0.036mol/L，[Ac⁻]≈0.064mol/L； 所需0.1mol/L HAc溶液体积：(0.036mol/L×0.1L)/0.1mol/L=0.036L=36mL； 所需固体NaAc质量：0.064mol/L×0.1L×82g/mol≈0.52g（NaAc摩尔质量82g/mol）。 ② 仪器选择： 100mL容量瓶、50mL移液管、电子天平（精度0.01g）、烧杯（100mL）、玻璃棒、胶头滴管、pH计、药匙、洗瓶。 ③ 实验步骤： 2. 称量：用电子天平准确称量0.52g固体NaAc，放入100mL烧杯中； 3. 溶解：向烧杯中加入约30mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌至NaAc完全溶解； 4. 量取与混合：用50mL移液管（先用0.1mol/L HAc溶液润洗2~3次）准确量取36mL 0.1mol/L HAc溶液，注入烧杯中，搅拌均匀； 5. 转移与洗涤：将混合溶液沿玻璃棒注入100mL容量瓶中，用少量蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2~3次，洗涤液全部注入容量瓶； 6. 定容：向容量瓶中加水至液面离刻度线1~2cm处，改用胶头滴管滴加水，至凹液面最低处与刻度线相切； 7. 摇匀：盖好容量瓶瓶塞，反复颠倒摇匀； 8. pH校准：用pH计测量配制溶液的实际pH值，若pH<5.0，滴加少量0.1mol/L NaAc溶液微调；若pH>5.0，滴加少量0.1mol/L HAc溶液微调，直至pH=5.0。 ④ 关键操作的重要性： 移液管润洗：移液管内壁残留水分会稀释待量取的HAc溶液，导致实际加入的HAc浓度偏低，缓冲对浓度比偏离计算值，最终pH值偏高；润洗可确保量取溶液浓度准确； 定容摇匀：定容能保证缓冲溶液体积准确，确保总浓度符合设计要求；摇匀可使缓冲对组分均匀混合，避免局部浓度不均导致pH测量不准确，同时保证缓冲能力均匀。 2. 答案： ① 浓度误差： 产生原因：移液管未润洗、量取溶液时视线偏差、固体称量时天平误差、定容时体积不准确（如加水过量或不足）； 影响：缓冲对总浓度偏离0.05~0.2mol/L范围，总浓度偏低会导致缓冲容量不足，无法有效抵抗酸碱影响；浓度比偏离计算值会导致pH值偏离目标值； 改进措施：移液管和容量瓶需校准；量取溶液时视线与刻度线水平；固体称量前校准天平，必要时用差减法称量；定容时缓慢滴加蒸馏水，确保凹液面与刻度线相切。 ② pH误差： 产生原因：亨德森-哈塞尔巴尔赫方程忽略了离子强度的影响、pH计未校准、温度变化导致pKa改变； 影响：实际pH值与目标pH值不符，若用于药物制剂，可能导致药物分解失效； 改进措施：配制和测定pH时控制温度为25℃（标准温度）；pH计使用前用标准缓冲溶液校准；对于精度要求高的实验，需考虑离子强度的校正。 ③ 操作误差： 产生原因：溶液混合时搅拌剧烈导致CO₂融入、洗涤不彻底导致缓冲对组分损失、配制后未密封保存导致溶剂挥发或CO₂进入； 影响：缓冲对组分损失导致浓度降低，CO₂融入会使溶液pH降低（形成H₂CO₃），溶剂挥发导致浓度升高； 改进措施：搅拌时动作轻柔，避免过度曝气；烧杯和玻璃棒洗涤2~3次，确保洗涤液全部转移；配制后立即密封保存，必要时通入氮气去除CO₂。 （二）综合分析题 1. 答案： ① 浓度比计算： 根据亨德森-哈塞尔巴尔赫方程pH=pKa+lg([HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻])，代入pH=7.4、pKa=7.21，得lg([HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻])=0.19，解得[HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻]≈1.55（或31:20）。 ② 所需溶液体积： 设所需0.2mol/L NaH₂PO₄溶液体积为V₁，0.2mol/L Na₂HPO₄溶液体积为V₂； 总浓度：(0.2V₁ + 0.2V₂)/0.1 = 0.1mol/L → V₁ + V₂ = 0.1L=100mL； 浓度比：(0.2V₂/0.1)/(0.2V₁/0.1)=V₂/V₁=1.55 → V₂=1.55V₁； 联立解得V₁≈39.2mL，V₂≈60.8mL。 ③ 稀释后pH及缓冲容量变化： pH变化：缓冲溶液稀释后，[HPO₄²⁻]和[H₂PO₄⁻]浓度同比降低，浓度比不变；根据亨德森-哈塞尔巴尔赫方程，pH值仍为7.4（与浓度无关，仅与浓度比和pKa有关）； 缓冲容量变化：缓冲容量与缓冲对总浓度成正比，稀释后总浓度从0.1mol/L降至0.1mol/L×100mL/150mL≈0.067mol/L，总浓度降低，故缓冲容量显著降低，抵抗酸碱的能力减弱。 2. 答案： ① 问题①（pH=6.0偏离目标pH=7.0）的原因及解决方案： 可能原因：1. 缓冲对浓度比计算错误，NaH₂PO₄（共轭酸）用量过多，Na₂HPO₄（共轭碱）用量不足；2. 配制时pH计未校准，导致测量误差；3. 溶液中融入CO₂，降低pH值；4. 移液管量取Na₂HPO₄溶液时体积偏小； 解决方案：1. 重新计算浓度比，根据pH=7.0调整Na₂HPO₄溶液的体积（增加V₂，减少V₁）；2. 用标准缓冲溶液（pH=6.86、9.18）校准pH计后重新测量；3. 向溶液中通入氮气去除CO₂，或重新配制并密封保存；4. 更换已校准的移液管，重新量取Na₂HPO₄溶液。 ② 问题②（与药物混合后浑浊）的本质原因： 药物可能为碱性药物或含金属离子的药物，与磷酸盐缓冲溶液发生相互作用：1. 碱性药物与缓冲溶液中的H₂PO₄⁻（共轭酸）反应，生成难溶性的磷酸盐沉淀；2. 药物中的金属离子（如Ca²⁺、Mg²⁺）与缓冲溶液中的HPO₄²⁻反应，生成不溶性的金属磷酸盐（如Ca₃(PO₄)₂），导致溶液浑浊。 ③ 实验设计优化方案： 缓冲对选择：若药物为碱性或含金属离子，避免使用磷酸盐缓冲液，改用醋酸-醋酸钠缓冲液（pKa=4.75，缓冲范围3.75~5.75）或柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液（pKa=4.76，缓冲范围3.76~5.76），这类缓冲对与金属离子和碱性药物的相互作用较弱； 浓度控制：降低缓冲溶液总浓度（如降至0.05mol/L），减少缓冲对组分与药物的反应概率； 预实验验证：配制缓冲溶液后，先取少量与药物溶液混合，观察是否有浑浊、沉淀产生，确认无相互作用后再大量配制； pH范围适配：确保缓冲溶液的缓冲范围与药物的稳定pH范围一致，避免因pH不适导致药物析出或反应。 学科网（北京）股份有限公司 $