教學(xué)設(shè)計(jì)-學(xué)習(xí)情境4任務(wù)2-緩沖溶液的配制

1、任務(wù)2 配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液教 學(xué) 設(shè) 計(jì)任務(wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)布 置 任 務(wù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、能較好了解緩沖溶液的相關(guān)理論，如緩沖范圍、緩沖容量、常見(jiàn)的緩沖溶液等。2、能配制常見(jiàn)的緩沖溶液。3、能進(jìn)行酸堿水溶液中氫離子濃度的計(jì)算。任務(wù)描述該任務(wù)主要是進(jìn)行各種酸堿水溶液中氫離子濃度的計(jì)算。在記住各種氫離子濃度計(jì)算公式的情況下舉一反三，能根據(jù)已知?dú)潆x子濃度（或pH值）配制各種滴定分析中常用的溶液，特別是常見(jiàn)緩沖溶液的配制。學(xué)時(shí)安排資訊1學(xué)時(shí)計(jì)劃0.25學(xué)時(shí)決策實(shí)施2學(xué)時(shí)檢查評(píng)價(jià)0.25學(xué)時(shí)提供資料1、定量化學(xué)分析，黃一石，化學(xué)工業(yè)出版社

2、，2008；2、簡(jiǎn)明分析化學(xué)手冊(cè)，常文寶，李克安，北京大學(xué)出版社，1981；3、4、對(duì)學(xué)生的要求1、 能對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析，理解學(xué)習(xí)目標(biāo)的要求；2、具備查閱文獻(xiàn)資料的能力，同時(shí)具備小組協(xié)作能力；3、能夠較好的動(dòng)手操作。 4、具備舉一反三的能力，利用所學(xué)知識(shí)制定可行性實(shí)驗(yàn)方案；5、愛(ài)護(hù)工具和儀器，損壞需要賠償，并扣分；6、遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度；相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1.各種溶液酸堿度的計(jì)算。物料平衡、電荷平衡、質(zhì)子條件（可以酸堿反應(yīng)得失質(zhì)子總數(shù)相等，直接寫(xiě)出質(zhì)子條件）2.緩沖溶液：PH值的計(jì)算；離子強(qiáng)度對(duì)PH值的影響；緩沖容量；緩沖溶液的配制。任 務(wù) 資 訊 任務(wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液

3、學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)資訊方式學(xué)生根據(jù)教師給出的資訊引導(dǎo)進(jìn)行查詢解答資訊問(wèn)題1、什么是緩沖溶液？緩沖溶液的緩沖容量和緩沖范圍是如何確定的？舉例說(shuō)明幾種常見(jiàn)的緩沖溶液。解答：2、弱酸、弱堿及兩性物質(zhì)的氫離子濃度是如何計(jì)算的？緩沖溶液的氫離子濃度又是如何計(jì)算的？解答：3、PH=5和PH=3的兩種鹽酸以1：2體積比混合，該混合液的pH為多少？解答：4、查閱相關(guān)資料舉例說(shuō)明幾種常見(jiàn)緩沖溶液的配制方法。解答：資訊引導(dǎo)問(wèn)題1、參考信息工作頁(yè)2.1及相關(guān)書(shū)籍；問(wèn)題2、參考信息工作頁(yè)2.2及相關(guān)書(shū)籍；問(wèn)題3、參考相關(guān)化學(xué)類(lèi)書(shū)籍及化學(xué)工業(yè)出版社書(shū)籍定量化學(xué)分析習(xí)題；問(wèn)題4、參考相關(guān)化學(xué)類(lèi)書(shū)籍，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等，另外可參考網(wǎng)絡(luò)資源

4、。任 務(wù) 咨 詢?nèi)蝿?wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)序號(hào)信 息 內(nèi) 容緩沖溶液緩沖溶液在分析測(cè)定中，常常需要控制一定的酸度才能使反應(yīng)進(jìn)行完全。將溶液調(diào)整到所需要的PH再進(jìn)行反應(yīng)是比較容易的。若在反應(yīng)中需要維持溶液的PH值不變，則需要應(yīng)用緩沖溶液。例如，在水泥化學(xué)分析中，用配位滴定法測(cè)定鈣鎂含量時(shí)，必須使溶液的PH值穩(wěn)定在10左右。在滴定過(guò)程中，隨著標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的加入，溶液的酸度會(huì)發(fā)生改變，這就需要在被測(cè)溶液中加入一定量的緩沖溶液，以控制溶液的酸度基本不變。 酸堿緩沖溶液是一種能對(duì)溶液的酸度起穩(wěn)定作用的溶液體系，它能使溶液的酸度不因外加少量酸、堿，或溶液的稀釋而發(fā)生顯著

5、變化。酸堿緩沖溶液一般由濃度較大的弱酸及其共軛堿共存的溶液，如HAc - Ac-, NH4+ -NH3, (CH2)6N4H+-(CH2)6N4等。這類(lèi)緩沖溶液除具有抗外加酸堿的作用外，還有抗溶液稀釋的作用。高濃度的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿也具有一定抗外加酸堿的作用，但不具備抗稀釋的作用。緩沖溶液的緩沖容量1. 緩沖容量 緩沖溶液的緩沖能力以緩沖容量表示，它的物理意義為：使1L緩沖溶液的pH增加1個(gè)單位時(shí)，所需強(qiáng)堿（OH-）的物質(zhì)的量；或使1L緩沖溶液pH值降低1個(gè)單位時(shí)，所需加入強(qiáng)酸（H+）的物質(zhì)的量。緩沖容量的大小與緩沖溶液的總濃度及組分濃度比有關(guān)?？倽舛仍酱?，緩沖容量越大；總濃度一定時(shí)，緩沖組分的濃度

6、比越接近于1：1，緩沖容量越大。緩沖組分的濃度比為1：1時(shí)（即PH=PKa時(shí)），緩沖容量最大。2. 緩沖范圍 緩沖組分的濃度比離1：1越遠(yuǎn)，緩沖容量越小，甚至可能失去緩沖作用。因此，任何緩沖溶液的緩沖作用都有一定的范圍，緩沖作用的有效的PH范圍稱為緩沖范圍。緩沖范圍約在兩種組分的濃度比為至之間，即pH=pKa±1或pH=14（pKb±1）。兩種組分的濃度比超過(guò)或低于，溶液將失去緩沖作用。 例如：HAcNaAc緩沖體系，pKa，其緩沖范圍是pH = ±1，即。配置范圍內(nèi)的溶液，具有一定的緩沖能力，時(shí)緩沖能力最大。緩沖溶液的選擇及標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液1. 緩沖溶液的選擇緩沖溶

7、液的作用很大，分析化學(xué)中緩沖溶液的使用非常廣泛，緩沖溶液選擇的主要原則是：（1）緩沖溶液體系對(duì)測(cè)定無(wú)干擾；（2）需控制的pH值必須在有效的緩沖容量范圍內(nèi)，即弱酸的pKa值應(yīng)盡量與所需控制的pH值一致。（3）有足夠大的緩沖容量。2標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液是用來(lái)校正儀器使用的，它的pH值是在一定溫度下準(zhǔn)確測(cè)定的。常用的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液PH標(biāo)準(zhǔn)溶液PH(實(shí)驗(yàn)值，25°)飽和酒石酸氫鉀（）鄰苯二甲酸氫鉀（）2PO42HPO4硼砂（）常用緩沖溶液緩沖溶液的組成共軛酸堿對(duì)pKapH范圍酸的組分堿的組分鹽酸甲酸醋酸鹽酸磷酸二氫鈉氯化銨碳酸氫鈉磷酸氫二鈉氨基乙酸NaOH醋酸鈉六次甲基四胺磷酸氫二鈉氨水碳

8、酸鈉NaPO43-+NH3CH2COOH/+NH3CH2COO-HCOOH/HCOO-HAc/Ac-(CH2)6N4H+/(CH2)6N4H2PO4-/ HPO42-NH4+/NH3HCO3-/CO32-HPO42-/PO43-3全域緩沖溶液全域緩沖溶液實(shí)際上是有很寬pH范圍的緩沖溶液。它們由幾種pK值不同的物質(zhì)混合組成。例如伯瑞坦-羅賓森（Britton-Robinson）體系是由磷酸、硼酸和醋酸混合而成的，向其中加入不同量的氫氧化鈉可以組成pH范圍很寬的緩沖溶液，pH可從。酸堿溶液的pH計(jì)算2 一元強(qiáng)酸（堿）溶液PH的計(jì)算例如：HCl溶液，其質(zhì)子條件為： H+ OH- + Cl-因?yàn)镺H-

9、 =，HCl全部解離， 所以H+ C(HCl)解此方程即得H+濃度的精確計(jì)算式。一般情況下，( HCl)>>OH- 可忽略水的離解，求近似值H+ = C(HCl)同理，NaOH溶液 OH-=C (NaOH)例1. 求´10-7 mol/L HCl溶液的pH值。解：此題中，強(qiáng)酸的濃度很低，不滿足使用簡(jiǎn)化式的條件，所以要用精確式計(jì)算： 2 一元弱酸（堿）溶液PH值的計(jì)算例如：一元弱酸HAc，它在水溶液中的質(zhì)子條件為： H+ = A- + OH-把A-=和OH-=代入上式，可得H+的精確計(jì)算公式（由于數(shù)學(xué)處理復(fù)雜，在實(shí)際工作中也無(wú)此必要，故不列出）。若酸不是太弱，可不考慮水的離

10、解時(shí)，即當(dāng)時(shí)，可得H+濃度的近似計(jì)算公式（見(jiàn)表1-1 ）。若弱酸的濃度和酸的離解常數(shù)均不太小，即當(dāng), 且時(shí)，可得H+濃度的最簡(jiǎn)計(jì)算公式： H+= 同理可得出一元弱堿PH值的計(jì)算公式（見(jiàn)表1-1 ）例2. 計(jì)4Cl溶液的pH值。解：NH4+是NH3的共軛酸，其，因?yàn)?，且，所以可用最?jiǎn)公式計(jì)算，2.2.3 二元弱酸（堿）溶液PH值的計(jì)算例如：二元弱酸H2S，它在水溶液中的離解分兩步：H2S = H+ + HS- Ka110-7HS- = H+ + S2- Ka210-15由于Ka1>> Ka2，溶液中H+的濃度主要來(lái)自第一步離解，第二步離解出H+的極少，可以忽略。這樣，二元弱酸可以按照

11、一元弱酸的計(jì)算方法處理。二元弱堿PH值的計(jì)算與二元弱酸方法類(lèi)似。2.2.4 兩性物質(zhì)溶液PH值的計(jì)算根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，水、酸式鹽等是兩性物質(zhì)。例如：NaHA是二元弱酸H2A的酸式鹽，該溶液的質(zhì)子條件為：H+ + H2A = A2- + OH-將二元弱酸H2A平衡常數(shù)Ka1 、Ka2和水的離子積Kw代入上式得H+離子濃度計(jì)算的精確公式（由于數(shù)學(xué)處理復(fù)雜，在實(shí)際工作中也無(wú)此必要，故不列出）。如果時(shí)， H+濃度的計(jì)算可簡(jiǎn)化，得最簡(jiǎn)式（見(jiàn)表1-1）。例3. 計(jì)算的甲酸銨溶液的pH值。解：2緩沖溶液PH值的計(jì)算以HAcNaAc為例說(shuō)明緩沖溶液PH值的計(jì)算。若用CHAc、C Ac-分別表示HAc和Ac-的

12、濃度，則可推出該緩沖溶液中H+和PH值計(jì)算的最簡(jiǎn)式： H+= PH=對(duì)于一般情況上式可寫(xiě)成：H+= PH= 同理可以導(dǎo)出弱堿和弱堿鹽（NH3H2ONH4Cl）緩沖溶液PH值計(jì)算的最簡(jiǎn)式：OH- = PH = 14 例4. 計(jì)算0.10mol·L-1的NH4Cl及0.20 mol·L-1 的NH3組成的緩沖溶液 pH值，已知Kb(NH3×10-5。解：，體系中組分的濃度較大，可按最簡(jiǎn)式進(jìn)行計(jì)算，例5. 用的氨水200mL制備的NH3-NH4Cl緩沖溶液，需加多少克NH4Cl？解：NH4+的pK，此上式解得，所以需加入NH4Cl的質(zhì)量為：標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH是由精確的實(shí)

13、驗(yàn)測(cè)定的，如果要進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，必須校正離子強(qiáng)度。常見(jiàn)酸溶液計(jì)算H+的常用公式及使用條件 計(jì)算公式使用條件（允許誤差5%）強(qiáng)酸近似式： H+=ca一元弱酸近似式： H+=最簡(jiǎn)式： H+= , 且二元弱酸近似式：最簡(jiǎn)式：H+= ，且 >>1 ，且>>1兩性物質(zhì)酸式鹽最簡(jiǎn)式： H+=緩沖溶液H+= 注：若需要計(jì)算強(qiáng)堿、一元弱堿以及二元弱堿等堿性物質(zhì)的pH時(shí)，只需將上表計(jì)算式及使用條件中的H+和Ka相應(yīng)地?fù)Q成OH和Kb即可。 任 務(wù) 計(jì) 劃任務(wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)計(jì)劃方式由小組討論制定本小組實(shí)施操作計(jì)劃序號(hào)實(shí)施步驟使用資源參考資料詳細(xì)地址

14、計(jì)劃評(píng)價(jià)班級(jí)組號(hào)日期組長(zhǎng)簽字教師簽字評(píng)語(yǔ):儀 器、藥 品 清 單 任務(wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)所用儀器序號(hào)名稱作用數(shù)量型號(hào)所用藥品班級(jí)組號(hào)組長(zhǎng)簽字任 務(wù) 方 案任務(wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)方案討論組號(hào)方案決策組別步驟順序性步驟合理性實(shí)施可操作性選用儀器合理性方案評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ):（根據(jù)組內(nèi)的決策，對(duì)自己的計(jì)劃進(jìn)行修改并說(shuō)明修改原因，要與自己的計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比）班級(jí)組長(zhǎng)簽字教師簽字 月 日具 體 實(shí) 施 工 作 任務(wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)實(shí)施方式由小組共同完成實(shí)施計(jì)劃、每人填寫(xiě)此頁(yè)實(shí)施課題實(shí)施目的實(shí)施內(nèi)容實(shí)施步驟數(shù)據(jù)記錄配制緩沖溶液名稱及pH值：所配緩沖溶液體積：氨水樣品濃度：氯化銨固體質(zhì)量：計(jì)算過(guò)程記錄：數(shù)據(jù)處理結(jié)果班級(jí)學(xué)號(hào)姓名組號(hào)組長(zhǎng)簽字教師簽字日期任 務(wù) 檢 查任務(wù)2配制1000毫升PH=10的氨-氯化銨緩沖溶液學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)序號(hào)檢查項(xiàng)目檢查標(biāo)準(zhǔn)學(xué)生自查教師檢查檢查評(píng)價(jià)班級(jí)組號(hào)日期組長(zhǎng)簽字教師簽字任 務(wù) 評(píng) 價(jià) 任務(wù)2配制1000毫升PH=1