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浅谈缓冲溶液的实际应用


实验室k / 2018-07-10

    缓冲溶液的重要作用是控制溶液的pH值。缓冲溶液在工业、农业和生物学等方面应用很广。例如,在硅半导体器件的生产过程中,需要用用氢氟酸腐蚀以除去硅片表面没有用胶膜保护的那部分氧化膜SiO2,反应式为

SiO2 +6HF=H2[SiF6]+2H2O

缓冲溶液

 

    如果单独使用HF溶液作为腐蚀液,水合H+浓度太大,而且随着反应的进行水合H+浓度会发生变化,即pH值不稳定,造成腐蚀不均匀。因此需应用HF和NH4F的混合液进行腐蚀,才能达到工艺的要求。在电镀、制革、染料等工业以及化学分析中也常用缓冲溶液来控制一定pH值。在土壤中,由于含有H2CO3NaHCO3NaH2PO4Na2HPO4以及其他有机弱酸及其共轭碱所组成的复杂的缓冲系统,使土壤维持一定的pH值,从而保证了植物的正常生长。人体的血液也依赖H2CO3NaHCO3等所形成的缓冲系统以维持pH值在7.4附近。如果酸碱度突然发生改变,就会引引起“酸中毒”或“碱中毒”,当pH值的改变超过0.5时,就可能会导致生命危险。
    在实际工作中经常会遇到缓冲溶液的选择的问题。从前面的“同离子效应与缓冲溶液的简介”文中式(2-14)、式(2-15)可以看出:缓冲溶液的pH值取决于缓冲对或共轭酸碱对中的Kaθ(Kbθ)值以及缓冲对的两种物质浓度的比值。缓冲对中任一种物质的浓度过小都会使溶液丧失缓冲能力。因此两者浓度的比值最好趋近于1。所以,在选择具有一定pH值的缓冲溶液时,应当选用Kaθ(或14-pKbθ)接近或等于该pH值的弱酸与其共轭碱(或弱碱与其共轭酸)的混合溶液。例如,如果需要pH=5左右的缓冲溶液,选用HAc-Ac-(HAc-NaAc)的混合溶液比较适宜,因为HAc的pKaθ等于4.75,与所需的pH值接近。同样,如果需要pH=9、pH=7左右的缓冲溶液,则可以分别选用NH3-NH4+(NH3-NH4Cl)、H2PO4--HPO42-(NaH2PO4-Na2HPO4)的混合溶液。


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