實驗九 緩衝溶液
班別：環漁 1A 組別：第十組 姓名：朱苡瑄 學號：00533208 日期：106/04/14
一、實驗記錄及結果：
1. 記錄酸鹼度計校正數值。
日期 編號 pH7 電位 pH4 電位 校正斜率 誤差率 主機/電極 (mV) (mV) (mV/ pH) ％
3/24 24/13 1 172 57 -3.39
(｜1-172｜) / (｜7-4｜) = 57( = 59 ± 10％) 電極可正常使用
2. 記錄 (a) ~ (j) 溶液每次滴加酸鹼之 pH 值 (a) 0.05M
醋酸/醋酸鈉
(b) 0.027M 醋酸/醋酸鈉
(c) 0.017M 醋酸/醋酸鈉
(d) 0.05M 醋酸
(e) 0.05M 醋酸鈉
1 M HCl
實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 5 drop/- 4.34 4.34 4.01 4.01 3.23 3.23 2.07 2.07 5.36 5.36 4 drop/- 4.41 4.41 4.20 4.20 3.75 3.75 2.15 2.15 5.48 5.48 3 drop/- 4.45 4.45 4.31 4.31 4.03 4.03 2.26 2.26 5.64 5.64 2 drop/- 4.5 4.5 4.43 4.43 4.25 4.25 2.42 2.42 5.83 5.83 1 drop/- 4.52 4.52 4.58 4.58 4.44 4.44 2.62 2.62 6.11 6.11 0 drop/- 4.57 4.57 4.66 4.66 4.6 4.6 2.9 2.9 7.29 7.29
1 M NaOH
實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 0 drop/+ 4.67 4.57 4.66 4.66 4.66 4.6 3 2.9 7.32 7.29 1 drop/+ 4.72 4.62 4.76 4.76 4.84 4.78 3.3 3.2 11.2 11.17 2 drop/+ 4.79 4.69 4.87 4.87 5.03 4.97 3.54 3.44 11.55 11.52 3 drop/+ 4.85 4.75 5 5 5.28 5.22 3.7 3.6 11.74 11.71 4 drop/+ 4.91 4.81 5.12 5.12 5.65 5.59 3.85 3.75 11.86 11.83 5 drop/+ 4.97 4.87 5.28 5.28 9.52 9.46 3.96 3.86 11.96 11.93
(f) 純水
(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) 1 M HCl
實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 5 drop/- 2 2 4.95 4.95 4.63 4.63 3.95 3.95 2.99 2.99 4 drop/- 2.15 2.15 5.01 5.01 4.65 4.65 4.03 4.03 3.33 3.33 3 drop/- 2.29 2.29 5.1 5.1 4.71 4.71 4.09 4.09 3.54 3.54 2 drop/- 2.45 2.45 5.18 5.18 4.78 4.78 4.15 4.15 3.7 3.7 1 drop/- 2.77 2.77 5.26 5.26 4.91 4.91 4.21 4.21 3.79 3.79 0 drop/- 5.64 5.64 5.35 5.35 4.96 4.96 4.34 4.34 3.88 3.88
1 M NaOH
實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 實測 修正 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 pH 值 0 drop/+ 7.78 5.64 5.36 5.35 4.96 4.96 4.39 4.34 3.98 3.88 1 drop/+ 11.05 8.91 5.47 5.46 5.03 5.03 4.5 4.45 4.06 3.96 2 drop/+ 11.36 9.22 5.63 5.62 5.1 5.1 4.56 4.51 4.17 4.07 3 drop/+ 11.57 9.43 5.82 5.81 5.19 5.19 4.59 4.54 4.25 4.15 4 drop/+ 11.71 9.57 6.17 6.16 5.27 5.27 4.64 4.59 4.32 4.22 5 drop/+ 11.81 9.67 9.79 9.78 5.37 5.37 4.71 4.66 4.49 4.39
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 a、
b、c 組溶液的 pH 值變化圖形及 a、d、e、f 組溶液的 pH 值變化圖形。
(1) a、b、c 組溶液的 pH 值變化圖形
(2)a、d、e、f 組溶液的 pH 值變化圖形
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-6 -4 -2 0 2 4 6
pH
HCl/NaOH滴數
(a) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 (b) 0.027M 醋酸/醋酸鈉 (c) 0.017M 醋酸/醋酸鈉
0 2 4 6 8 10 12 14
-6 -4 -2 0 2 4 6
pH
HCl/NaOH滴數
(a) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 (d) 0.05M 醋酸 (e) 0.05M 醋酸鈉 (f) 純水
滴定 HCl 滴數 滴定 NaOH 滴數
滴定 HCl 滴數 滴定 NaOH 滴數
2. 取未加酸鹼及滴加 1、2 滴酸或鹼共五點為橫軸，作 a、b、c 組溶液及 a、
d、e、f 組溶液圖形。同時作最小平方差直線，求出其斜率(即ΔpH/1 滴 酸鹼)。
(1) a、b、c 組溶液圖形
(2) a、d、e、f 組溶液圖形
a 組斜率：0.048 b 組斜率：0.106 c 組斜率：0.178 d 組斜率：0.262 e 組斜率：1.644 f 組斜率：1.968
y = 0.048x + 4.58
y = 0.106x + 4.66
y = 0.178x + 4.608 4.2
4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1
-3 -2 -1 0 1 2 3
pH
HCl/NaOH滴數
(a) 0.05M醋酸/醋酸鈉
(b) 0.027M醋酸/醋酸鈉
(c) 0.017M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) 0.017M醋酸/醋酸 鈉)
y = 0.048x + 4.58
y = 0.262x + 2.916
y = 1.644x + 8.384
y = 1.968x + 5.798 0
2 4 6 8 10 12 14
-3 -2 -1 0 1 2 3
pH
HCl/NaOH滴數
(a) 0.05M醋酸/醋酸鈉
(d) 0.05M醋酸
(e) 0.05M醋酸鈉
(f) 純水
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) 純水)
滴定 HCl 滴數 滴定 NaOH 滴數
滴定 HCl 滴數 滴定 NaOH 滴數
3. 綜合上題作圖數據，算出各溶液的緩衝容量。(實驗中使用的緩衝溶液總 體積為 30ml，酸鹼的當量濃度為 1N)。
a = 1 / 0.048 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 34.72 (meq/L‧pH)
b = 1 / 0.106 ×0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 15.72 (meq/L‧pH)
c = 1 / 0.178 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 9.36 (meq/L‧pH)
d = 1 / 0.262 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 6.36 (meq/L‧pH)
e = 1 / 1.644 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 1.01 (meq/L‧pH)
f = 1 / 1.968 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 0.85 (meq/L‧pH)
(二) [HOAc]/[OAc-]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。
0 2 4 6 8 10 12
-6 -4 -2 0 2 4 6
pH
HCl/NaOH滴數
(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)
滴定 HCl 滴數 滴定 NaOH 滴數
2. 同上，取未加酸鹼及滴加 1、2 滴酸或鹼共五點為橫軸，作圖及最小平方 差直線，求出其斜率(即ΔpH/1 滴酸鹼)。
a 組斜率：0.048 g 組斜率：0.108 h 組斜率：0.076 i 組斜率：0.096 j 組斜率：0.091
3. 綜合上題作圖數據，算出各溶液的緩衝容量。(實驗中使用的緩衝溶液總 體積為 30ml，酸鹼的當量濃度為 1N)。
a = 1 / 0.048 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 34.72 (meq/L‧pH)
g = 1 / 0.108 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 15.43 (meq/L‧pH)
h = 1 / 0.076 × 0.050 ×1 × 1000 / 30 ≒ 21.92 (meq/L‧pH)
i = 1 / 0.096 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 17.36(meq/L‧pH)
j = 1 / 0.091 × 0.050 × 1 × 1000 / 30 ≒ 18.31(meq/L‧pH)
y = 0.048x + 4.58 y = 0.108x + 5.374 y = 0.076x + 4.956 y = 0.096x + 4.332
y = 0.091x + 3.88 0
1 2 3 4 5 6
-3 -2 -1 0 1 2 3
pH
HCl/NaOH滴數
(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))
滴定 HCl 滴數 滴定 NaOH 滴數
三、問題與討論：
1. 請列表表示溶液 a、b、c 濃度與緩衝容量之結果，並討論濃度對緩衝容 量之影響。若實驗結果與理論不相符，你認為可能的原因為何？
(a) 0.05M 醋酸/醋酸鈉
(b) 0.027M 醋酸/醋酸鈉
(c) 0.017M 醋酸/醋酸鈉
(d) 0.05M
醋酸
(e) 0.05M 醋酸鈉
(f) 純水 緩衝容量
(meq/L‧pH) 34.72 15.72 9.36 6.36 1.01 0.85 濃度越低，緩衝容量就越低，可能的原因為濃度越高，溶液中所存在的離子
數越多，越有更多能力產生緩衝效果。
2. 請列表表示溶液 a、g、h、i、j 之[HOAc]/[OAc-]比例與緩衝容量之結果，
並討論[HOAc]/[OAc-]比例對緩衝容量之影響。若實驗結果與理論不相 符，你認為可能的原因為何？
(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) 緩衝容量
(meq/L‧pH) 34.72 15.43 21.92 17.36 18.31 [HOAc]/[OAc-]比例會影響緩衝容量，其兩者之比例越接近，緩衝容量越大，
可能原因為共軛酸及共軛鹼濃度的比例較接近１。
【補充 1】緩衝能力的強弱，可用緩衝容量β 表示。緩衝容量也叫緩衝值或緩衝 指數。對任何一種緩衝溶液的每一個 pH 值，都有其相應的緩衝量。緩衝容量實 際上是一個微分比，可定義為：使 1 升緩衝溶液的 pH 值增高很小一個數值 dpH 時，需加入的強鹼物質的量為 db，則 db 與 dpH 之比值叫緩衝容量。
【補充 2】緩衝溶液的緩衝容量取決於緩衝溶液的總濃度及緩衝比：
1.當緩衝溶液的緩衝比一定時，溶液的 pH 值也一定。緩衝溶液的緩衝容量取決 於緩衝溶液的總濃度和緩衝比的比值。
2.當緩衝溶液的 pH 值一定時，即緩衝比之比值一定時，緩衝溶液的總濃度越大，
則加入少量強酸或強鹼所引起緩衝比的比值變化越小，pH 改變越小，緩衝容量 就越大。
3.當緩衝溶液的總濃度一定時，它的緩衝容量以緩衝比等於 1（即［共軛鹼］=
［共軛酸］）時為最大。這時溶液的 pH=pKa。當溶液的緩衝比與 1 偏離愈遠，
則 pH 值與 pKa 的偏差也隨著增大，溶液的緩衝容量也隨著減小。當溶液的緩衝
比大於 10/1 或小於 1/10 時，則溶液的緩衝容量極小，一般認為沒有緩衝能力。
4.由足夠濃度的共軛酸鹼對組成的溶液，只能在一定的 pH 值範圍內發揮有效的 緩衝作用。這個能發揮有效緩衝作用的 pH 範圍，叫緩衝範圍。當緩衝比為 1/10 時，pH=pKa-1；當緩衝比為 10/1 時，pH=pKa+1。故緩衝範圍 pH 值大致在 pKa-1 至 pKa+1 約兩個 pH 單位範圍內，即在 pH= pKa±1 的近似範圍內，才能表現出 緩衝作用。而且同一溶液在不同的 pH 值時，緩衝容量也不相同。
5.不同緩衝對所組成的緩衝溶液，由於共軛酸的 pKa 值不同，因此它們的緩衝範 圍也各不相同。
【補充 3】緩衝溶液的作用原理：
現以 HOAc-NaOAc 緩衝溶液為例，說明緩衝溶液之所以能抵抗少量強酸或 強鹼使 pH 穩定的原理。醋酸是弱酸，在溶液中的離解度很小，溶液中主要以 HOAc 分子形式存在，OAc-的濃度很低。醋酸鈉是強電解質，在溶液中全部離解 成 Na+和 OAc-，由於同離子效應，加入 NaOAc 後使 HOAc 離解平衡向左移動，
使 HOAc 的離解度減小，［HOAc］增大。所以，在 HOAc-NaOAc 混合溶液中，
存在著大量的 HOAc 和 OAc-。其中 HOAc 主要來自共軛酸 HOAc，OAc-主要來 自 NaOAc。這個溶液有一定的［H+］，即有一定的 pH 值。
在緩衝溶液中加入少量強酸（如 HCL），則增加了溶液的［H+］。假設不發 生其他反應，溶液的 PH 值應該減小。但是由於［H+］增加，抗酸成分即共軛鹼 OAc-與增加的 H+結合成 HOAc，破壞了 HOAc 原有的離解平衡，使平衡左移即 向生成共軛鹼 HOAc 分子的方向移動，直至建立新的平衡。因為加入 H+較少，
溶液中 OAc-濃度較大，所以加入的 H+絕大部分轉變成弱酸 HOAc，因此溶液的 pH 值不發生明顯的降低。
在緩衝溶液中加入少量強鹼（如 NaOH），則增加了溶液中 OH-的濃度。假 設不發生其他反應，溶液的 pH 值應該增大。但由於溶液中的 H+立即加入的 OH- 結合成更難離解的 H2O，這就破壞了 HOAc 原有的離解平衡，促使 HOAc 的離 解平衡向右移動，即不斷向生成 H+和 OAc-的方向移動，直至加入的 OH-絕大部 分轉變成 H2O，建立新的平衡為止。因為加入的 OH－少，溶液中抗鹼成分即共 軛酸 HOAc 的濃度較大，因此溶液的 pH 值不發生明顯升高。
在溶液稍加稀釋時，其中［H+］雖然降低了，但［OAc-］同時降低了，同 離子效應減弱，促使 HOAc 的離解度增加，所產生的 H+可維持溶液的 PH 值不 發生明顯的變化。所以，溶液具有抗酸、抗鹼和抗稀釋作用。
四、心得與建議：
本次實驗較有趣的地方是以純水作為測定溶液，能看出 pH 之劇變，同 時也更了解緩衝溶液的威力，讓我更明白體內體液、血液等做我們人體的保 護作用。
