實驗九、緩衝溶液-實驗結果與問題討論

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實驗九、緩衝溶液-實驗結果與問題討論

一、實驗記錄及結果

1. 記錄並計算一滴 HCl 或 NaOH 溶液之平均體積。

滴數體積(mL) 平均體積(mL/滴)

1M HCl 33 滴 1 mL 0.0303

1M NaOH 18 滴 1 mL 0.0556

平均體積:(0.0303 + 0.0556) ÷ 2 = 0.04295 ≈ 0.0430

2. 記錄(a)〜(j)溶液每次滴加酸或鹼之 pH 值。

補充說明：

實測 pH 值：溶液加酸或鹼的 pH 值。

修正 pH 值：因為相同溶液有 2 杯，準備加酸的初始 pH 與準備加鹼的初始 Ph 有些許不同，故以加酸為標準，將加鹼的曲線平移到 0 滴時與加酸的曲線 0 滴的 pH 相等。

(a)0.05M 醋酸/醋酸鈉

1M HCl 實測 pH 值修正 pH 值 5 drop/- 4.51 4.51

4 drop/- 4.55 4.55 3 drop/- 4.57 4.57 2 drop/- 4.62 4.62 1 drop/- 4.65 4.65 0 drop/- 4.70 4.70

1M NaOH 實測 pH 值修正 pH 值 0 drop/+ 4.65 4.70

1 drop/+ 4.70 4.75 2 drop/+ 4.72 4.77 3 drop/+ 4.79 4.84 4 drop/+ 4.95 4.88 5 drop/+ 4.97 4.91

(b)0.027M 醋酸/醋酸鈉

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(c)0.017M 醋酸/醋酸鈉

(d)0.05M 醋酸

(f)蒸餾水

1 drop/+ 11.06 13.66 2 drop/+ 11.43 14.03 3 drop/+ 11.65 14.25 4 drop/+ 11.75 14.35 5 drop/+ 11.82 14.42 (e)0.05M 醋酸鈉

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(g)0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc^-(1：5)

(h)0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc^- (1：2)

(i)0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc^-(2：1)

(j)0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc^- (5：1)

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二、實驗結果 (一) 濃度與緩衝容量

1. 以修正 pH 值為縱軸，未加酸鹼及加酸鹼的滴數共十一點為橫軸，作(1)a、b、

c 組溶液的 pH 值變化圖形，如範例 9-1﹔以及(2)a、d、e、f 組溶液的 pH 值變化圖形。

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2. 取未加酸鹼及滴加 1 及 2 滴酸或鹼共五點，作(1)a、b、c 組溶液圖形，如範例 9-2﹔以及(2)a、d、e、f 組溶液圖形。同時作最小方差直線，求出其斜率(即

△pH/1 滴酸)。

3. 綜合上題作圖數據，算出各溶液的緩衝容量。(實驗中使用緩衝容液體積為 30mL，酸鹼的當量濃度為 1N)。

緩衝容量(meq/L∙ph)= ¹

斜率(滴/ph)xV^滴(mL/滴)xN(eq/L)x¹⁰⁰⁰⁽

𝑚𝐿 𝐿 ) 30(𝑚𝐿)

y = 0.04x + 4.698

y = 1.291x + 6.224

y = 0.378x + 5.998 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-3 -2 -1 0 1 2 3

PH

←滴定HCl滴數滴定NaOH滴數→ HCL/NAOH滴數

a、b、c組溶液之五點作圖

(a)0.05M醋酸/醋酸鈉 (b)0.027M醋酸/醋酸鈉 (c)0.017醋酸/醋酸鈉線性((a)0.05M醋酸/醋酸鈉) 線性((b)0.027M醋酸/醋酸鈉) 線性((c)0.017醋酸/醋酸鈉)

y = 0.04x + 4.698

y = 0.227x + 3.328 y = 0.686x + 7.244 y = 3.314x + 8.272 0

2 4 6 8 10 12 14 16

-3 -2 -1 0 1 2 3

PH

←滴定HCL滴數滴定NAOH滴數→ HCL/NAOH滴數

a、d、e、f組溶液之五點作圖

(a)0.05M醋酸/醋酸鈉 (d)0.05M醋酸 (e)0.05M醋酸鈉 (f)蒸餾水

線性((a)0.05M醋酸/醋酸鈉) 線性((d)0.05M醋酸) 線性((e)0.05M醋酸鈉) 線性((f)蒸餾水)

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a：_0.04¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 35.83

b： _1.291¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 1.11

c：_0.378¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 3.79

d： _0.227¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ =6.31

e： _0.686¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ =2.09

f：_3.314¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ =0.43 (二)〔OAc^-〕/［HOAc〕比例與緩衝容量

1. 將 a、g、h、i、j 五種溶液之結果繪於另一圖上。

2. 同上，取未加酸鹼及滴加 1 及 2 滴酸或鹼共五點，作圖及最小方差直線，求出其斜率(即△ph/1 滴酸鹼)。

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3. 同上，計算此五種溶液之緩衝容量。

a：_0.04¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 35.83

g：_0.106¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 13.52

h：_0.074¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 19.37

i：_0.067¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 21.39

j：_0.089¹ × 0.043 × 1 ×¹⁰⁰⁰₃₀ = 16.10 三、問題與討論：

1. 試列表表示並說明溶液 a、b、c 濃度與緩衝容量之關係。

修正 pH 值 1M HCl

(b)0.027M 醋酸/

醋酸鈉

5 drop/- 4.51 4.26 4.82

4 drop/- 4.55 4.31 4.96

3 drop/- 4.57 4.47 5.10

2 drop/- 4.62 4.54 5.31

1 drop/- 4.65 4.65 5.49

0 drop/- 4.70 4.71 6.05

y = 0.04x + 4.698

y = 0.106x + 5.424

y = 0.074x + 5.03

y = 0.067x + 4.466

y = 0.089x + 4.086 0

1 2 3 4 5 6

- 3 - 2 - 1 0 1 2 3

PH

←滴定HCL滴數滴定NAOH滴數→ HCL/NAOH滴數

a、g、h、i、j組溶液之五點作圖

(a)0.05M醋酸/醋酸鈉 (g)0.05M醋酸/醋酸鈉(1:5) (h)0.05M醋酸/醋酸鈉(1:2) (i)0.05M醋酸/醋酸鈉(2:1) (j)0.05M醋酸/醋酸鈉(5:1) 線性((a)0.05M醋酸/醋酸鈉) 線性((g)0.05M醋酸/醋酸鈉(1:5)) 線性((h)0.05M醋酸/醋酸鈉(1:2)) 線性((i)0.05M醋酸/醋酸鈉(2:1)) 線性((j)0.05M醋酸/醋酸鈉(5:1))

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修正 pH 值 1M NaOH

(b)0.027M 醋酸/

醋酸鈉

0 drop/+ 4.70 4.71 6.05

1 drop/+ 4.75 7.80 6.39

2 drop/+ 4.77 9.42 6.75

3 drop/+ 4.84 9.82 11.58

4 drop/+ 4.88 10.04 12.15

5 drop/+ 4.91 10.14 12.36

由上表中可看出ａ、ｂ、ｃ組，是利用一開始滴加不同數量的醋酸、醋酸納和水所配置出不同組的緩衝溶液，由上表的結果可以得知濃度最高(無添加水)的組別ａ的緩衝溶液緩衝容量最佳，而濃度最低（加水稀釋）的組別ｃ的緩衝容量最差，

以下為各組的緩衝容量及利用酸檢測試的ｐＨ值範圍:

（a）緩衝當量： 35.83 (pH：4.51－4.91)

（b）緩衝當量： 1.11 (pH：4.26－10.14)

（c）緩衝當量： 3.79 (pH：4.82－12.36)

（緩衝當量 b 理論上應該大於緩衝當量 c，但此次的數據卻為 c＞b，其可能原因為 c 溶液於滴加第三滴 NaOH 時 pH 值才有明顯的變化，而此次的計算只取酸鹼各兩滴的數據，因而造成誤差）

2. 試列表表示並說明溶液 a、g、h、i、j 之［OAc^-〕/［HOAc〕比例與緩衝容量之關係。

修正 pH 值 1M HCl

(g)0.05M 醋酸/

醋酸鈉(1：5)

(h)0.05M 醋酸 /醋酸鈉(1：2)

(i)0.05M 醋酸/

醋酸鈉(2：1)

(j)0.05M 醋酸/

醋酸鈉(5：1)

5 drop/- 5.04 4.73 4.19 3.65

4 drop/- 5.10 4.78 4.25 3.77

3 drop/- 5.17 4.83 4.30 3.83

2 drop/- 5.23 4.89 4.35 3.92

1 drop/- 5.31 4.95 4.39 3.99

0 drop/- 5.41 5.02 4.44 4.07

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修正 pH 值 1M NaOH

(g)0.05M 醋酸/

醋酸鈉(1：5)

(h)0.05M 醋酸 /醋酸鈉(1：2)

(i)0.05M 醋酸/

醋酸鈉(2：1)

(j)0.05M 醋酸/

醋酸鈉(5：1)

0 drop/+ 5.41 5.02 4.44 4.07

1 drop/+ 5.51 5.11 4.54 4.18

2 drop/+ 5.66 5.18 4.61 4.27

3 drop/+ 5.88 5.27 4.69 4.42

4 drop/+ 6.16 5.35 4.79 4.41

5 drop/+ 10.06 5.44 4.83 5.49

由上表中可看出ａ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ組，是利用滴加不同比例數量的醋酸、醋酸納所配置出不同組的緩衝溶液，由上表的結果可以得知配置溶液比值越接近 1 的溶液其緩衝效果越佳，緩衝容量越高（比例１：１的組別 a），而配置溶液比值越遠離 1 的溶液其緩衝效果越差，緩衝容量越低（比例１：５的組別ｇ、ｈ），

以下為各組的緩衝容量及利用酸檢測試的 pH 值範圍:

（a）緩衝當量： 35.83 （pH：4.51－4.91）

（g）緩衝當量： 13.52 （pH：5.04－10.02）

（h）緩衝當量： 19.37 （pH：4.73－5.44）

（i）緩衝當量： 21.39 （pH：4.19－4.83）

（j）緩衝當量： 16.10 （pH：3.65－5.49）

工作分配：

曹景然：做圖、打報告劉清碩：問題討論、統整周采盈：做表格、打報告余倍深：做表格、做圖