题目
将0.20 mol·L-1 Na2HPO4与0.40 mol·L-1 NaH2PO4 水溶液等体积混合后溶液的pH 是( ) (已知H3PO4:pKa1θ=2.18,pKa2θ=7.21,pKa3θ=12.35)A. 7.21B. 12.35C. 7.51D. 6.91
将0.20 mol·L-1 Na2HPO4与0.40 mol·L-1 NaH2PO4 水溶液等体积混合后溶液的pH 是( ) (已知H3PO4:pKa1θ=2.18,pKa2θ=7.21,pKa3θ=12.35)
A. 7.21
B. 12.35
C. 7.51
D. 6.91
题目解答
答案
D. 6.91
解析
本题考查缓冲溶液的pH计算,核心在于识别混合溶液中的共轭酸碱对并应用Henderson-Hasselbalch方程。关键点如下:
- 磷酸的离解特性:H₃PO₄是三元弱酸,其三个离解步骤对应三个pKa值。本题中,Na₂HPO₄(含HPO₄²⁻)和NaH₂PO₄(含H₂PO₄⁻)混合后形成H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻缓冲对,对应pKa₂=7.21。
- 浓度变化:等体积混合后,两种盐的浓度均减半,需准确计算混合后的酸(H₂PO₄⁻)和碱(HPO₄²⁻)浓度比。
- 公式应用:通过Henderson-Hasselbalch方程
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
直接求解。
步骤1:确定缓冲对及有效pKa
- Na₂HPO₄解离产生HPO₄²⁻(A⁻),NaH₂PO₄解离产生H₂PO₄⁻(HA)。
- 二者构成H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻缓冲对,对应pKa₂=7.21。
步骤2:计算混合后浓度
- 等体积混合使浓度减半:
- HPO₄²⁻浓度:$0.20 \, \text{mol/L} \times \frac{1}{2} = 0.10 \, \text{mol/L}$(即[A⁻])。
- H₂PO₄⁻浓度:$0.40 \, \text{mol/L} \times \frac{1}{2} = 0.20 \, \text{mol/L}$(即[HA])。
步骤3:代入Henderson-Hasselbalch方程
$\text{pH} = 7.21 + \log\left(\frac{0.10}{0.20}\right) = 7.21 + \log(0.5) \approx 7.21 - 0.301 = 6.91$