酸碱反应与缓冲溶液 — AP 化学
AP 化学 · AP 化学 CED 第8单元 · 14 min read
1. 酸碱反应与中和反应化学计量 ★★☆☆☆ ⏱ 4 min
在布朗斯特-劳里模型中，酸碱反应是质子转移反应：酸给出质子，碱接受质子。只要反应中涉及强酸或强碱，酸碱中和反应就会进行完全，因此在进行任何平衡pH计算之前，必须先完成限量反应物的化学计量计算。
HA + B \rightleftharpoons A^- + HB^+
Exam tip: 混合酸碱后，哪怕是缓冲溶液问题，也一定要在进行任何平衡pH计算前先完成化学计量计算步骤。
2. 缓冲溶液组成与亨德森-哈塞尔巴尔赫方程 ★★★☆☆ ⏱ 5 min
缓冲溶液是一类当加入少量强酸或强碱时，能够抵抗pH发生大幅变化的溶液。有效的缓冲溶液含有相当量的共轭酸碱对：可以是弱酸加其共轭碱（以可溶性盐形式存在），也可以是弱碱加其共轭酸。
Exam tip: 你始终可以在亨德森-哈塞尔巴尔赫方程中用物质的量代替浓度，避免因忘记更新混合后的总体积而产生错误。
3. 缓冲容量 ★★★☆☆ ⏱ 3 min
缓冲容量衡量缓冲溶液在pH发生大幅、不可接受的变化之前，能够中和的强酸或强碱的量。它取决于两个关键因素：(1) 缓冲组分的总浓度：总浓度越高，缓冲容量越大；(2) 共轭碱与弱酸的比值：当$[A^-] = [HA]$时，缓冲容量达到最大，此时$pH = pK_a$。
缓冲溶液的有效pH范围是弱酸$pK_a$的$\pm 1$单位范围内。超出这个范围后，组分比大于10:1，因此加入少量强酸/强碱就会使比值发生剧烈变化，导致pH大幅改变。
Exam tip: 当题目要求为目标pH选择最合适的缓冲溶液时，其他条件相同时，$pK_a$最接近目标pH（且在1单位范围内）的弱酸始终是正确选择。
4. AP风格练习 ★★★★☆ ⏱ 2 min
Common Pitfalls
Why: 学生记住了方程，无论溶液实际组成如何都会下意识使用它。
Why: 学生忘记加入的强酸/强碱会与缓冲组分反应，改变各组分的量。
Why: 学生错误地认为任何共轭酸碱对都能形成缓冲溶液。
Why: 学生记错了推导过程，颠倒了两项的位置。
Why: 学生混淆了缓冲容量（能中和多少酸/碱）和缓冲溶液当前的pH。
Quick Reference Cheatsheet