醋酸钾缓冲液的制备
一、前言
缓冲液在诸多化学及生物实验过程中扮演着至关重要的角色，其能有效维持体系的酸碱度稳定，为各类反应提供适宜的环境。醋酸钾缓冲液便是其中一种应用广泛的缓冲体系。以下详细阐述其制备方法。

二、原理
醋酸钾（$CH_3COOK$）与醋酸（$CH_3COOH$）组成的缓冲对，基于酸碱平衡原理发挥作用。醋酸是弱酸，在溶液中存在部分电离：$CH_3COOH\rightleftharpoons CH_3COO^ - + H^ +$ 。醋酸钾作为强电解质，完全电离：$CH_3COOK\rightarrow CH_3COO^ - + K^ +$ 。当向此体系中加入少量酸时，$H^ +$ 浓度增加，醋酸的电离平衡向左移动，$CH_3COO^ -$ 结合$H^ +$ 生成$CH_3COOH$ ，从而维持$H^ +$ 浓度相对稳定；若加入少量碱，$OH^ -$ 与$H^ +$ 结合，醋酸电离平衡向右移动，补充消耗的$H^ +$ ，使溶液$pH$ 值变化不大。其$pH$ 值可依据亨德森 - 哈塞尔巴赫（Henderson - Hasselbalch）方程计算：$pH = pK_a + \log\frac{[A^ - ]}{[HA]}$ ，其中$pK_a$ 是醋酸的解离常数（$25^{\circ}C$时，$pK_a = 4.76$），$[A^ - ]$ 为醋酸根离子（来自醋酸钾）的浓度，$[HA]$ 为醋酸的浓度。

三、材料与仪器
1. **材料**：醋酸钾（分析纯）、冰醋酸（分析纯）、去离子水。
2. **仪器**：电子天平、量筒、容量瓶（根据所需缓冲液体积选择合适规格，如$100mL$、$250mL$、$500mL$等）、玻璃棒、$pH$ 计。

四、制备步骤
1. **确定所需缓冲液的浓度与体积**：依据具体实验需求，明确要制备的醋酸钾缓冲液的浓度（如$0.1mol/L$、$0.2mol/L$等）和体积（如$100mL$）。
2. **计算醋酸钾与醋酸的用量**：
- 假设要制备$pH = 5.0$ ，浓度为$0.1mol/L$ 的醋酸钾缓冲液$100mL$ 。根据亨德森 - 哈塞尔巴赫方程$pH = pK_a + \log\frac{[A^ - ]}{[HA]}$ ，$5.0 = 4.76 + \log\frac{[CH_3COO^ - ]}{[CH_3COOH]}$ ，可得$\log\frac{[CH_3COO^ - ]}{[CH_3COOH]} = 5.0 - 4.76 = 0.24$ ，则$\frac{[CH_3COO^ - ]}{[CH_3COOH]} = 10^{0.24} \approx 1.74$ 。又因为$[CH_3COO^ - ] + [CH_3COOH] = 0.1mol/L$ ，设$[CH_3COOH] = xmol/L$ ，则$[CH_3COO^ - ] = 0.1 - xmol/L$ ，代入$\frac{0.1 - x}{x} = 1.74$ ，解得$x = [CH_3COOH] \approx 0.0365mol/L$ ，$[CH_3COO^ - ] = 0.1 - 0.0365 = 0.0635mol/L$ 。
- 计算醋酸钾（$M_{CH_3COOK}=98.14g/mol$）的质量：$m_{CH_3COOK} = 0.0635mol/L\times0.1L\times98.14g/mol \approx 0.623g$ 。
- 计算冰醋酸（$M_{CH_3COOH}=60.05g/mol$ ，密度$\rho = 1.05g/mL$ ）的体积：$n_{CH_3COOH} = 0.0365mol/L\times0.1L = 0.00365mol$ ，$V_{CH_3COOH}=\frac{0.00365mol\times60.05g/mol}{1.05g/mL} \approx 0.209mL$ 。
3. **称取醋酸钾**：用电子天平准确称取计算好的醋酸钾质量（$0.623g$ ），置于洁净的烧杯中。
4. **量取醋酸**：用量筒量取计算好的冰醋酸体积（$0.209mL$ ），缓慢加入盛有醋酸钾的烧杯中。
5. **溶解与定容**：向烧杯中加入适量去离子水，用玻璃棒搅拌，使醋酸钾和醋酸完全溶解。将溶液转移至$100mL$ 容量瓶中，用少量去离子水冲洗烧杯和玻璃棒$2 - 3$ 次，洗液一并转移至容量瓶中。然后向容量瓶中加去离子水至刻度线，摇匀，即得到所需的醋酸钾缓冲液。
6. **校准$pH$ 值**：使用$pH$ 计对制备好的缓冲液进行$pH$ 值测量。若$pH$ 值与目标值（$5.0$ ）略有偏差，可小心滴加稀醋酸或醋酸钾溶液进行微调，直至达到所需$pH$ 值。

五、注意事项
1. 称取醋酸钾和量取冰醋酸时，务必保证操作准确，以确保缓冲液浓度的精确性。
2. 转移溶液过程中，应避免溶液洒出，保证溶质全部转移至容量瓶。
3. 使用$pH$ 计校准时，$pH$ 计需提前校准，且操作要规范，避免引入误差。
4. 醋酸具有腐蚀性，量取时需小心操作，若不慎接触皮肤，应立即用大量清水冲洗，并及时就医处理。