缓冲溶液里有什么
缓冲溶液含有相当量的一对共轭酸碱：弱酸和它的共轭碱（如 CH₃COOH 和 CH₃COO⁻），或弱碱和它的共轭酸（如 NH₃ 和 NH₄⁺）。两种组分都要多，溶液才能同时“对付”加入的酸和碱。
配制方法有两种：
- 把弱酸和它的盐（如 CH₃COOH 和 CH₃COONa）一起溶解；
- 用强碱中和一部分弱酸（或用强酸中和一部分弱碱），让两种组分同时剩下来（U8.4）。
为什么 pH 变化很小
加入少量强酸时，共轭碱把 H₃O⁺ 转化为弱酸；加入少量强碱时，弱酸把 OH⁻ 转化为共轭碱：
这两个反应的 K 都很大，进行完全。加入的强酸或强碱被换成了弱酸或弱碱，而缓冲溶液的 pH 只取决于两种组分的比值：
只要加入的量比两种组分少得多，比值变化就很小，pH 也变化很小。加水稀释时，两种组分的物质的量都不变，比值不变，pH 也基本不变。
往三杯溶液里加同样多的 HCl 或 NaOH，比较纯水、起始 pH 相同但没有缓冲剂的溶液，以及缓冲溶液：
忽略加入的酸碱带来的体积变化；pH 按电荷守恒精确计算。
例题 1：甲酸缓冲溶液中加入 NaOH
1.00 L 溶液中含 0.200 mol HCOOH 和 0.150 mol HCOONa（Ka = 1.8 × 10⁻⁴）。加入 0.020 mol NaOH 固体（体积变化忽略不计），pH 变化多少？如果把同样的 NaOH 加入 1.00 L 纯水，pH 是多少？
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缓冲溶液的 c(H₃O⁺) 公式。 由 HCOOH ⇌ H⁺ + HCOO⁻ 的 Ka 表达式变形；酸和共轭碱在同一体积中，浓度之比等于物质的量之比：
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起始 pH。
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加入的 OH⁻ 被弱酸消耗。 HCOOH + OH⁻ → HCOO⁻ + H₂O 进行完全（单位 mol）：
HCOOH OH⁻ HCOO⁻ 反应前 0.200 0.020 0.150 变化 −0.020 −0.020 +0.020 反应后 0.180 0 0.170 -
新的 pH。
pH 只升高了 3.72 − 3.62 = 0.10。
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对照：同样的 NaOH 加入纯水。 NaOH 完全电离，c(OH⁻) = 0.020 mol/L：
从 7.00 升高了 5.30，是缓冲溶液中变化的 50 多倍。
例题 2：把缓冲溶液稀释
把例题 1 的缓冲溶液（加 NaOH 之前）取 100 mL，加水稀释到 1.00 L。pH 怎样变化？
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取出的 100 mL 中各有多少。 原溶液 1.00 L 中有 0.200 mol HCOOH、0.150 mol HCOO⁻，100 mL 是它的十分之一：
加水稀释时物质的量不变。
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比值不变。 两者在同一体积中：
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pH 与体积无关。
和稀释前一样：稀释不改变缓冲溶液的 pH。
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代价。 稀释后的 1.00 L 溶液里，两种组分都只有原来同体积溶液的十分之一（c(HCOOH) = 0.0200 mol/L，c(HCOO⁻) = 0.0150 mol/L），能对付的酸和碱也少得多。例如再加入 0.020 mol NaOH，HCOOH 会被耗尽，缓冲作用失效（缓冲容量，U8.10）。
- CH₃COOH / CH₃COO⁻ 中加 HCl
CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O。
- CH₃COOH / CH₃COO⁻ 中加 KOH
CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O。
- NH₄⁺ / NH₃ 中加 HNO₃
NH₃ + H₃O⁺ → NH₄⁺ + H₂O。
- NH₄⁺ / NH₃ 中加 NaOH
NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O。
- H₂PO₄⁻ / HPO₄²⁻ 中加 HCl
HPO₄²⁻ + H₃O⁺ → H₂PO₄⁻ + H₂O。
- HF / F⁻ 中加水稀释
物质的量都不变，只是浓度变小。
- HCO₃⁻ / CO₃²⁻ 中加 NaOH
HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O。
- HCOOH / HCOO⁻ 中加 NaCl
Na⁺、Cl⁻ 都不与缓冲组分反应。
常见误区
误区 1：“缓冲溶液的 pH 完全不变。” pH 会有很小的变化。如果加入的强酸（或强碱）超过了共轭碱（或弱酸）的量，缓冲作用就失效了，pH 会急剧变化。
误区 2：“稀释缓冲溶液，pH 会明显改变。” 两种组分的物质的量之比不变，pH 基本不变；变小的是单位体积的缓冲容量。
误区 3：“HCl 和 NaCl 混合也是缓冲溶液。” Cl⁻ 是强酸的共轭碱，不能和加入的 H₃O⁺ 反应，起不到缓冲作用。
即时小测
向 NH₄⁺ / NH₃ 缓冲溶液中加入少量 NaOH，发生的反应是？
加入的 OH⁻ 被缓冲溶液中的弱酸 NH₄⁺ 消耗。
下列哪一组溶液混合后是缓冲溶液？
HCN 是弱酸，CN⁻ 是它的共轭碱。
向含 0.10 mol CH₃COOH 的溶液中加入下列哪种物质，能得到缓冲溶液？
中和一半后，CH₃COOH 和 CH₃COO⁻ 各剩 0.05 mol。A 恰好完全中和，只剩 CH₃COO⁻。
缓冲溶液加入少量强酸后 pH 变化很小，主要原因是？
c(H₃O⁺) = Ka × n(HA) ÷ n(A⁻)，比值变化小，pH 变化就小。
某缓冲溶液含 0.10 mol HA 和 0.10 mol A⁻。加入 0.15 mol HCl 后：
0.10 mol A⁻ 只能消耗 0.10 mol H₃O⁺，剩下的 0.05 mol 强酸使 pH 急剧下降。
把某缓冲溶液加等体积的水稀释，pH：
两种组分的物质的量之比不变，c(H₃O⁺) = Ka × n(HA) ÷ n(A⁻) 也不变。
AP 自由作答题
实验室配制了 1.00 L 磷酸盐缓冲溶液，含 0.050 mol NaH₂PO₄ 和 0.050 mol Na₂HPO₄。H₂PO₄⁻ 的 Ka = 6.2 × 10⁻⁸（即 H₃PO₄ 的 Ka₂，OpenStax）。
(a) 计算这种缓冲溶液的 pH。
(b) 写出加入少量 HCl 时发生反应的净离子方程式。
(c) 加入 0.010 mol HCl（体积变化忽略不计），计算 pH。
(d) 把同样多的 HCl 加入 1.00 L 纯水，pH 是多少？比较 (c) 和 (d)。
(e) 这种缓冲溶液最多能中和多少摩尔 HCl，缓冲作用就会失效？说明理由。
参考答案与评分要点
(a) n(H₂PO₄⁻) = n(HPO₄²⁻)，c(H₃O⁺) = Ka = 6.2 × 10⁻⁸ mol/L，pH = 7.21。
(b) HPO₄²⁻(aq) + H₃O⁺(aq) → H₂PO₄⁻(aq) + H₂O(l)。
(c) 反应后 H₂PO₄⁻ 0.060 mol，HPO₄²⁻ 0.040 mol。c(H₃O⁺) = 6.2 × 10⁻⁸ × 0.060 ÷ 0.040 = 9.3 × 10⁻⁸ mol/L，pH = 7.03。
(d) c(H₃O⁺) = 0.010 mol/L，pH = 2.00。纯水的 pH 下降了 5.00，缓冲溶液只下降了 0.18。
(e) 约 0.050 mol。加入的 H₃O⁺ 要靠 HPO₄²⁻ 消耗，0.050 mol HPO₄²⁻ 用完后，再加的 HCl 就留在溶液中，pH 急剧下降（实际上 HPO₄²⁻ 快用完时缓冲作用已经很弱）。
评分要点： (a) pH = pKa；(b) 方程式；(c) 反应后的物质的量与 pH；(d) 对照计算；(e) 由共轭碱的量判断。
小结
- 缓冲溶液含有相当量的一对共轭酸碱。加入的 H₃O⁺ 被共轭碱消耗，OH⁻ 被弱酸消耗。
- c(H₃O⁺) = Ka × n(HA) ÷ n(A⁻)：加入少量强酸、强碱时比值变化小；稀释时比值不变。
- 加入的强酸（强碱）超过共轭碱（弱酸）的量时，缓冲作用失效。
AP 提示： 解释缓冲作用时要写出具体反应，例如“加入的 H₃O⁺ 与 CH₃COO⁻ 反应生成 CH₃COOH”，再说明两种组分的比值变化很小，所以 pH 变化很小。计算时先算反应后的物质的量，再代入 Ka。