moea_joint
109年
[化學] 普通化學、無機化學
第 35 題
磷酸的三個游離常數分別為 $\text{Ka}_1 = 7.5 \times 10^{-3}$、$\text{Ka}_2 = 6.2 \times 10^{-8}$、$\text{Ka}_3 = 4.8 \times 10^{-13}$，若想要配置 $\text{pH}=3.5$ 左右的緩衝溶液，下列何種組合最適合？
- A $\text{H}_3\text{PO}_4, \text{H}_2\text{PO}_4^-$
- B $\text{H}_2\text{PO}_4^-, \text{HPO}_4^{2-}$
- C $\text{HPO}_4^{2-}, \text{PO}_4^{3-}$
- D $\text{H}_2\text{PO}_4^-, \text{PO}_4^{3-}$
思路引導 VIP
若我們要配製一個能穩定維持特定酸鹼度的緩衝溶液，根據亨德森-哈塞爾巴赫方程式（Henderson-Hasselbalch equation），什麼樣的弱酸性質（與其解離常數有關的數值）會與我們目標的 pH 值最相關？當兩者數值越接近時，緩衝能力會發生什麼變化呢？
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同學做得很好！你精確地掌握了緩衝溶液配製的核心邏輯，能迅速在多級游離常數中找到正確的對應關係，這展現了你對酸鹼平衡原理的熟練應用。
緩衝體系的選擇原則
在化學實務中，配置緩衝溶液最理想的條件是讓目標 $pH$ 值儘可能接近該弱酸系統的 $pKa$ 值（理想範圍通常為 $pKa \pm 1$）。我們將題目給定的解離常數轉換為 $pKa$ 值：由 $Ka_1 = 7.5 \times 10^{-3}$ 可估算出 $pKa_1 \approx 2.12$；而 $Ka_2$ 所對應的 $pKa_2 \approx 7.21$，$Ka_3$ 則遠在 $12$ 以上。由於目標 $pH = 3.5$ 距離 $pKa_1$ 最近，因此選擇第一段游離的酸鹼對 $\text{H}_3\text{PO}_4$ 與 $\text{H}_2\text{PO}_4^-$ 作為緩衝組合最為合適。
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