實驗九 緩衝溶液

實驗日期：105/03/23、3/30 系級：生科 1A

組別：第三組 姓名：林依蓁 學號：0043B021

實驗九 緩衝溶液

1

C ontents 目錄

一、實驗紀錄及結果……….………..2

二、實驗結果……….………….8

(一)濃度與緩衝容量……….………….8

(二) [𝐎𝐀𝐜⁻]/ [𝐇𝐎𝐀𝐜]比例與緩衝容量…...…...11

三、問題與討論……….…….13

四、實驗誤差討論……….…….15

五、實驗心得……….……..16

六、參考資料……….………..16

2

一、實驗紀錄及結果

1.紀錄並計算一滴 HCl 或 NaOH 溶液之平均體積。

2.紀錄(a)~(j)溶液每次滴加酸或鹼之 pH 值。

＊補充說明：

1.實測 pH 值：溶液加酸或鹼的 pH 值。

2.修正 pH 值：因為相同溶液有兩杯，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 滴時的 pH 相等。

滴數 體積(mL) 平均體積(mL/滴)

1M HCl 1 0.05 0.05

1M NaOH 1 0.05 0.05

3

(a) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 (b) 0.027M 醋酸/醋酸鈉

1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

5 drop/- 4.32 4.32 5 drop/- 4.12 4.12

4 drop/- 4.36 4.36 4 drop/- 4.27 4.27

3 drop/- 4.44 4.44 3 drop/- 4.36 4.36

2 drop/- 4.52 4.52 2 drop/- 4.48 4.48

1 drop/- 4.58 4.58 1 drop/- 4.58 4.58

0 drop/- 4.63 4.63 0 drop/- 4.69 4.69

1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

0 drop/+ 4.63 4.63 0 drop/+ 4.65 4.69

1 drop/+ 4.69 4.69 1 drop/+ 4.75 4.79

2 drop/+ 4.74 4.74 2 drop/+ 4.88 4.92

3 drop/+ 4.87 4.87 3 drop/+ 5.00 5.04

4 drop/+ 4.93 4.93 4 drop/+ 5.29 5.33

5 drop/+ 5.01 5.01 5 drop/+ 5.31 5.35

4

(c) 0.017M 醋酸/醋酸鈉 (d) 0.05M 醋酸

1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

5 drop/- 3.48 3.48 5 drop/- 2.14 2.14

4 drop/- 3.88 3.88 4 drop/- 2.21 2.21

3 drop/- 4.14 4.14 3 drop/- 2.34 2.34

2 drop/- 4.32 4.32 2 drop/- 2.48 2.48

1 drop/- 4.51 4.51 1 drop/- 2.68 2.68

0 drop/- 4.66 4.66 0 drop/- 2.89 2.89

1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

0 drop/+ 4.78 4.66 0 drop/+ 3.12 2.89

1 drop/+ 4.97 4.85 1 drop/+ 3.38 3.15

2 drop/+ 5.15 5.03 2 drop/+ 3.60 3.37

3 drop/+ 5.42 5.30 3 drop/+ 3.77 3.54

4 drop/+ 5.78 5.66 4 drop/+ 3.90 3.67

5 drop/+ 5.86 5.74 5 drop/+ 4.03 3.80

5

(e) 0.05M 醋酸鈉 (f) 蒸餾水

1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

5 drop/- 5.44 5.44 5 drop/- 2.33 2.33

4 drop/- 5.55 5.55 4 drop/- 2.42 2.42

3 drop/- 5.69 5.69 3 drop/- 2.55 2.55

2 drop/- 5.89 5.89 2 drop/- 2.70 2.70

1 drop/- 6.23 6.23 1 drop/- 3.01 3.01

0 drop/- 7.09 7.09 0 drop/- 7.86 7.86

1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

0 drop/+ 7.02 7.09 0 drop/+ 9.36 7.86

1 drop/+ 11.07 11.14 1 drop/+ 11.22 9.72 2 drop/+ 11.54 11.61 2 drop/+ 11.66 10.16 3 drop/+ 11.74 11.81 3 drop/+ 11.84 10.34 4 drop/+ 11.89 11.96 4 drop/+ 11.96 10.46 5 drop/+ 11.98 12.05 5 drop/+ 12.06 10.56

6

(g) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc

(1:5)

(h) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc

(1:2)

1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

5 drop/- 5.04 5.04 5 drop/- 4.82 4.82

4 drop/- 5.10 5.10 4 drop/- 4.87 4.87

3 drop/- 5.17 5.17 3 drop/- 4.90 4.90

2 drop/- 5.25 5.25 2 drop/- 4.94 4.94

1 drop/- 5.34 5.34 1 drop/- 5.01 5.01

0 drop/- 5.42 5.42 0 drop/- 5.08 5.08

1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

0 drop/+ 5.47 5.42 0 drop/+ 5.06 5.08

1 drop/+ 5.55 5.50 1 drop/+ 5.10 5.12

2 drop/+ 5.67 5.62 2 drop/+ 5.17 5.19

3 drop/+ 5.85 5.80 3 drop/+ 5.24 5.26

4 drop/+ 6.12 6.07 4 drop/+ 5.33 5.35

5 drop/+ 6.53 6.48 5 drop/+ 5.44 5.46

7

(i) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc

(2:1)

(j) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 HOAc/OAc

(5:1)

1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M HCl ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

5 drop/- 4.15 4.15 5 drop/- 3.73 3.73

4 drop/- 4.24 4.24 4 drop/- 3.79 3.79

3 drop/- 4.30 4.30 3 drop/- 3.87 3.87

2 drop/- 4.38 4.38 2 drop/- 3.91 3.91

1 drop/- 4.46 4.46 1 drop/- 3.96 3.96

0 drop/- 4.48 4.48 0 drop/- 4.02 4.02

1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值} 1M NaOH ^{實測 pH 值 修正 pH 值}

0 drop/+ 4.50 4.48 0 drop/+ 3.96 4.02

1 drop/+ 4.51 4.49 1 drop/+ 4.07 4.13

2 drop/+ 4.54 4.52 2 drop/+ 4.19 4.25

3 drop/+ 4.57 4.55 3 drop/+ 4.27 4.33

4 drop/+ 4.61 4.59 4 drop/+ 4.31 4.37

5 drop/+ 4.67 4.65 5 drop/+ 4.37 4.43

8

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，作圖。

(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。

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

-6 -4 -2 0 2 4 6

pH值

HCl/NaOH 滴數

a、b、c 組溶液pH變化圖形

(a) 0.05M 醋酸/醋酸鈉

(b) 0.027M醋酸/醋酸鈉

(c) 0.017M 醋酸/醋酸鈉

滴定HCl滴數 滴定NaOH滴數

1.5 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5 13.5

-6 -4 -2 0 2 4 6

pH值

HCl/NaOH 滴數

a、d、e、f 組溶液pH變化圖形

(a) 0.05M 醋酸/醋酸鈉 (d) 0.05M醋酸

(e) 0.05M醋酸鈉 (f) 蒸餾水

滴定HCl滴數 滴定NaOH滴數

9

2.取未加酸鹼和滴加 1 及 2 滴酸或鹼共五點，作(1)a、b、c 組溶液圖形及 (2)a、d、e、f 組溶液圖形，作最小方差直線，求出其斜率(即^∆pH

1 滴酸)。

(a) y = 0.055x + 4.632 (b) y = 0.109x + 4.692 (c) y = 0.176x + 4.674

4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1

-2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5

pH值

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) 0.017M 醋酸/醋酸鈉

滴定HCl滴數 滴定NaOH滴數

(a) y = 0.055x + 4.632 (d) y = 0.225x + 2.914 (e) y = 1.635x + 8.392 (f) y = 2.163x + 6.69

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

-2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5

pH值

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

滴定HCl滴數 滴定NaOH滴數

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3.綜合上題作圖數據，算出各溶液的緩衝容量。

(實驗中使用緩衝溶液體積為 30mL，酸鹼的當量濃度為 1N)

＊緩衝容量(^meq

L ∙ pH) = ¹

斜率(^滴

pH) × V

滴(^mL

滴) × N(^𝑒𝑞

𝐿) ×^{1000(𝑚𝐿/𝐿)}

30(𝑚𝐿)

溶液編號 緩衝容量(𝐦𝐞𝐪/𝐋 ∙ 𝐩𝐇)

a 30.30

b 15.29

c 9.47

d 7.41

e 1.02

f 0.77

計算過程：

(a) 緩衝容量= ¹

0.055× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 30.30 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (b) 緩衝容量= ¹

0.109× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 15.29 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (c) 緩衝容量= ¹

0.176× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 9.47 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (d) 緩衝容量= ¹

0.225× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 7.41 (^𝑚𝑒𝑞_𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (e) 緩衝容量= ¹

1.635× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 1.02 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (f) 緩衝容量= ¹

2.163× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 0.77 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻)

11

(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

)。

3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

-6 -4 -2 0 2 4 6

pH值

HCl/NaOH 滴數

a、g、h、i、j 組溶液之pH變化圖形

(a) 0.05M 醋酸/醋酸鈉

(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)

滴加HCl滴數 滴加NaOH滴數

(a) y = 0.055x + 4.632 (g) y = 0.09x + 5.426 (h) y = 0.061x + 5.068 (i) y = 0.031x + 4.466

(j) y = 0.085x + 4.054 3.5

4 4.5 5 5.5 6

-2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5

pH值

HCl/NaOH 滴數

a、g、h、i、j 組溶液之五點作圖

(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)

滴加HCl滴數 滴加NaOH滴數

12

3.同上，計算此五種溶液之緩衝容量。

＊緩衝容量(^meq

L ∙ pH) = ¹

斜率(^滴

pH) × V_滴(^mL

滴) × N(^𝑒𝑞

𝐿) ×^{1000(𝑚𝐿/𝐿)}

30(𝑚𝐿)

溶液編號 緩衝容量(𝐦𝐞𝐪/𝐋 ∙ 𝐩𝐇)

a 30.30

g 18.52

h 27.32

i 53.76

j 19.61

計算過程：

(a) 緩衝容量= ¹

0.055× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 30.30 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (g) 緩衝容量= ¹

0.09× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 18.52 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (h) 緩衝容量= ¹

0.061× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 27.32 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (i) 緩衝容量= ¹

0.031× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 53.76 (^𝑚𝑒𝑞_𝐿 ∙ 𝑝𝐻) (j) 緩衝容量= ¹

0.085× 0.05 × 1 ×¹⁰⁰⁰

30 = 19.61 (^𝑚𝑒𝑞

𝐿 ∙ 𝑝𝐻)

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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的影 響。

溶液編號 溶液名稱 溶液濃度(M) 緩衝容量(𝐦𝐞𝐪/𝐋 ∙ 𝐩𝐇) a

醋酸/醋酸鈉

0.05 30.30

b 0.027 15.29

c 0.017 9.47

＊緩衝容量，是緩衝溶液(Buffer solution)緩衝能力的指標。一般定義為緩衝溶液其

pH 值沒有顯著改變時，所加入的強酸或強鹼的量。

A：

由上表可知緩衝容量隨[OAc⁻]及 [HOAc]減少而變小。

因為濃度變小的話，外界滴加溶液的相對濃度就較高，所以會造成較大的影響，

因此緩衝容量比較小。若是由圖來看，會發現濃度越大的緩衝溶液斜率較小，實 際曲線也比較接近趨勢線，所以對加入的滴加溶液的抵抗較好。

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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。

溶液編號 溶液名稱 [𝐇𝐎𝐀𝐜] /[𝐎𝐀𝐜⁻]比例 緩衝容量(𝐦𝐞𝐪/𝐋 ∙ 𝐩𝐇) a

0.05M 醋酸/醋酸鈉

1:1 30.30

g 1:5 18.52

h 1:2 27.32

i 2:1 53.76

j 5:1 19.61

A：緩衝容量可以寫為：𝛽 = ^𝑑𝐶𝑏

𝑑𝑝𝐻 = −^𝑑𝐶𝑎

𝑑𝑝𝐻。其中𝛽為緩衝容量𝐶_𝑎與𝐶_𝑏分別為加入強 酸或強鹼用於改變單位 pH 的濃度。而加入酸，pH 是下降的；因而須補上負號。

緩衝容量越大，對抗酸鹼溶液 pH 變化的能力越強。

緩衝溶液的 pH 值由弱酸的 pKa 和其弱酸與弱酸鹽的比例來決定。根據pH =

p𝐾_𝑎+ 𝑙𝑜𝑔^[𝐴−]

[𝐻𝐴]，若 pH=pKa 則𝑙𝑜𝑔^[𝐴−]

[𝐻𝐴]= 0，也就是[𝐻𝐴] = [𝐴⁻]。所以弱酸與其共 軛鹼以1:1混合形成的時緩衝溶液可以有最好的緩衝效果。當兩者的比例差距較大 時，較少的一方便難以提供緩衝效果，因此緩衝容量就會受到影響而較小。

數據顯示在醋酸/醋酸鈉比例為 2:1 時緩衝容量最大，醋酸濃度應不足 0.05M，未 與醋酸鈉濃度相同。導致緩衝系統內沒有足夠的弱酸可以與加入的酸鹼反應，使該 緩衝溶液失去功效。

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四、實驗誤差討論

(1)溶液攪拌均勻與否

加入 NaOH 或 HCl 時，需要以加熱攪拌器與攪拌子來協助使溶液攪拌均勻，若溶 液未攪拌均勻，可能會使緩衝溶液失去其緩衝能力。

(2)溫度探測棒及玻璃電極的清洗

每次滴加酸或鹼時，需要將溫度探測棒與玻璃電極以蒸餾水清洗，並使用拭淨紙 擦拭、去除多餘水分，但要注意不要磨擦電極的感測玻璃頭，否則會影響電極的 反應。

(3)酸鹼度測定計的校正

在使用 pH meter 需要先以 pH7 及 pH4 的標準液校正，可能在旋轉轉鈕時，未 等待數值停止跳動，導致校正的不正確，進而影響之後實驗的誤差。

(4)數值判定

當溫度探測棒及玻璃電極放入待測溶液時，玻璃電極的小白點要浸在液面下至少 一公分處，放好後數值會一直跳動，應待數值不再跳動後再紀錄之。

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五、實驗心得

這次的實驗分兩個禮拜完成。在開始操作前，老師就預告了總共要做二十杯溶 液，我心裡突然沉了一下，不過幸好是跟其他組分工完成的。我們這組在前三 杯溶液進行得很慢，因為在攪拌的過程中多了一些時間，想說這樣會比較均 勻，測出來的 pH 值也會比較準確，而在使用酸鹼度測定計(pH meter)時，pH 值一直不斷的跳動，我們兩人都不敢按下 HOLD，深怕按下的那一瞬間數值又 突然改變，所以又多了些時間等待。另外，在使用玻璃電極時要格外細心，每 測完一次就要馬上清洗，使它的準確度最高，再加上聽到那一支電極昂貴的價 格後，我們又更加小心的呵護它。有段時間不使用的時候千萬要記得將它泡在 蒸餾水中，如此一來才不會使電極故障。在實驗進行當中，我們各司其職，我 準備溶液，另一人則負責滴加，雖然步驟繁瑣，但在重複的操作下逐漸熟悉每 個環節，所以到後來越來越上手了！

六、參考資料

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=40757 (科學 online-緩衝容量) http://www.chem.ntou.edu.tw/files/14-1028-21485,r385-1.php?Lang=zh-tw (緩 衝溶液實驗-優秀報告範例)