基础化学四章 缓冲溶液.ppt

第四章第四章   缓冲溶液缓冲溶液第一节第一节 缓冲溶液的组成及缓冲机制缓冲溶液的组成及缓冲机制 第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液 的计算的计算 第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围 第四节第四节 缓冲溶液配制缓冲溶液配制 第五节第五节 缓冲体系在医学上的意义缓冲体系在医学上的意义 1LHAc（（0.1mol) –NaAc(0.1mol) system （（甲基甲基橙橙））1LH2O solution（甲基橙）（甲基橙）1LHAc（（0.1mol) –NaAc(0.1mol) system （酚酞）（酚酞）1LH2O solution（酚酞）（酚酞）第一节第一节 缓冲溶液的组成及缓冲机制缓冲溶液的组成及缓冲机制加加0.001mol的的HCl溶液溶液加加0.001mol的的NaOH溶液溶液1 1L纯水纯水pH从从7.0变为变为3.0，，改变改变4个单位个单位pH从从7.0变为变为11，，改变改变4个单位个单位21L溶液中含有溶液中含有0.10mol HAc和和 0.10mol NaAcpH从从4.76变为变为4.75，，改变改变0.01个单位个单位pH从从4.76变为变为4.77，，改变改变0.01个单位个单位31L溶液中含有溶液中含有0.10mol NH3和和 0.10mol NH4ClpH从从9.26变为变为9.25，，改变改变0.01个单位个单位pH从从9.26变为变为9.27，，改变改变0.01个单位个单位象象2 2、、3 3这种能抵御外加少量的强酸或这种能抵御外加少量的强酸或强碱，保持溶液强碱，保持溶液pHpH相对稳定。

这种溶相对稳定这种溶液称为液称为缓冲溶液缓冲溶液(Buffer solution ) 缓冲溶液具有的抵抗外加少量强酸或缓冲溶液具有的抵抗外加少量强酸或强碱的作用称为强碱的作用称为缓冲作用缓冲作用Buffer action) 一一 缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成缓冲溶液一般是缓冲溶液一般是由两种物质组成由两种物质组成的：的：弱酸及其盐弱酸及其盐：：HAc-NaAc弱碱及其盐弱碱及其盐：：NH3－－NH4Cl两性物质盐两性物质盐：：NaH2PO4—Na2HPO4习惯上把组成缓冲溶液的共轭酸碱习惯上把组成缓冲溶液的共轭酸碱对对称称为为缓缓冲冲对对(Buffer pair)或或缓缓冲冲系系（（Buffer system) 本质上是一对共轭酸碱对本质上是一对共轭酸碱对缓冲溶液是由缓冲溶液是由足够浓度、适当比足够浓度、适当比例例的的缓冲对缓冲对组成的混合溶液组成的混合溶液 如果两物质能反应，要看反应结果，不能如果两物质能反应，要看反应结果，不能光看表面如光看表面如：：    HAc(过量过量））+  NaOH     NH3  (过量过量））  +  HCL  H3PO4  +  NaOH等等   都能形成都能形成缓冲溶液，判断时要注意缓冲溶液，判断时要注意。

缓冲溶液组成的补充说明：缓冲溶液组成的补充说明：抗酸成分、抗碱成分抗酸成分、抗碱成分   缓冲对中的缓冲对中的共轭碱发挥抵抗外来强酸共轭碱发挥抵抗外来强酸的作用，的作用，故称之为缓冲溶液的故称之为缓冲溶液的抗酸成抗酸成分　如：溶液中　如：溶液中Ac-的成为的成为抗酸成分抗酸成分   缓冲对中的缓冲对中的共轭酸发挥抵抗外来强碱共轭酸发挥抵抗外来强碱的作用的作用，故称之为缓冲溶液的，故称之为缓冲溶液的抗碱成抗碱成分　如：溶液中　如：溶液中HAc的成为的成为抗碱成分抗碱成分第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算在在           缓冲溶液中，存在下列质子转移平衡缓冲溶液中，存在下列质子转移平衡： [HAc]≈c(HAc), [Ac-]≈c(Ac-)上式简化为上式简化为：： 两边取负对数两边取负对数：：缓冲溶液的计算公式：缓冲溶液的计算公式：弱酸解离常数的负对数弱酸解离常数的负对数缓冲溶液的缓冲溶液的缓冲比缓冲比缓冲溶液的缓冲溶液的总浓度总浓度说明说明：公式的其它形式：公式的其它形式12例例 时时，1.0 L HAc-NaAc 缓冲溶液中含有缓冲溶液中含有0.10 mol HAc 和和 0.20 mol NaAc。

（（1））计算此缓冲溶液的计算此缓冲溶液的 pH； （（2））向向100mL该缓冲溶液中加入该缓冲溶液中加入10mL0.10mol·L-1HCl 溶液后，计算缓冲溶液的溶液后，计算缓冲溶液的 pH； （（3））向向100mL该缓冲溶液中加入该缓冲溶液中加入10mL0.10mol·L-1NaOH 溶液后，计算缓冲溶液的溶液后，计算缓冲溶液的 pH； （（4））向向100mL该缓冲溶液中加入该缓冲溶液中加入 1L水稀释后，计水稀释后，计算缓冲溶液的算缓冲溶液的 pH解解： 时时，Ka (HAc)＝＝1.8×10-5 （1）HAc 和和 Ac- 的浓度都较大，缓冲溶液的的浓度都较大，缓冲溶液的 pH为为： （2）加入加入 10 mL 0.10 mol·L-1 HCl 溶液后溶液后，HAc和和 Ac- 的浓度分别为的浓度分别为： HAc 和和 Ac- - 的的浓度都度都较大，大，缓冲溶液的冲溶液的 pH 为： 加入加入10 mL 0.10 mol·L- -1 HCl 溶液后，溶液的溶液后，溶液的 pH由由5.055.05降为降为4.98，仅减小了，仅减小了 0.07，表明缓冲溶液具有，表明缓冲溶液具有抵抗少量强酸的能力。

抵抗少量强酸的能力 （（3））加入加入10 mL 0.10 mol·L- -1 NaOH 溶液后溶液后，，HAc和和 Ac- - 的浓度分别为的浓度分别为：： HAc 和和 Ac- - 的浓度都比较大的浓度都比较大，，缓冲溶液的缓冲溶液的pH为为： 加入加入 10 mL 0.10 mol·L- -1 NaOH 溶液后溶液后，， 溶液的溶液的 pH由由5.05升高到升高到5.11，，仅增大了仅增大了0.06，，表明缓冲溶液表明缓冲溶液具有抵抗少量强碱的能力具有抵抗少量强碱的能力 （（4））加入加入 1L水稀释后水稀释后，，HAc和和Ac- -的浓度分别为的浓度分别为：HAc 和和 Ac- - 的浓度都较大，缓冲溶液的的浓度都较大，缓冲溶液的 pH 为为：：加入加入 1 L 水稀释后水稀释后，，溶液的溶液的 pH 未发生变化未发生变化，，表明缓冲溶液具有抗稀释的作用表明缓冲溶液具有抗稀释的作用一一、缓冲容量的概念、缓冲容量的概念  1.定义定义：： •单位体积缓冲溶液的单位体积缓冲溶液的pH值改变值改变1个单位个单位时，所需加入一元强酸或一元强碱的物时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量。

质的量•符号：符号：β第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围2 2、公式：、公式：   V：： 是缓冲溶液的体积是缓冲溶液的体积 ，单位为，单位为L Δna(b)：缓冲溶液中加入微小量的一元强酸：缓冲溶液中加入微小量的一元强酸 (dna) 或一元强碱或一元强碱(dnb)，， 单位是单位是mol或或mmol Δ pH：为缓冲溶液：为缓冲溶液pH值的改变量值的改变量讨论讨论：β不可能是负值不可能是负值 在在同同样样的的Δna(b)和和V的的条条件件下下，，pH改改 值值|ΔpH|愈愈小小，，则则β值值愈愈大大，，缓缓冲冲溶溶液液 的缓冲能力愈强的缓冲能力愈强3、影响缓冲容量的因素：、影响缓冲容量的因素：（（1）总浓度）总浓度（（CA－－＋＋CHA））　　　　同一缓冲对组成的缓冲溶液，当同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲比相同缓冲比相同时，时，总浓度越大总浓度越大，其，其 就就越大越大2）缓冲比）缓冲比 (CA-/CHA )　　同一缓冲对组成的　　同一缓冲对组成的总浓度相同总浓度相同的的缓冲溶液，缓冲溶液，缓冲比接近缓冲比接近1，，  越大越大，，反之。

而当反之而当缓冲比等于缓冲比等于1时，时，  最大最大[Ac-]mol·L-1[HAc]mol·L-1缓冲比缓冲比c总总mol·L-1βmol·L-1·pH-1Ⅰ0.0950.00519∶ ∶10.10.010 9Ⅱ0.090.019∶ ∶10.10.020 7Ⅲ0.050.051∶ ∶10.10.057 6Ⅳ0.010.091∶ ∶90.10.020 7V0.0050.0951∶ ∶190.10.010 9•缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系★★ C总一定总一定,缓冲比缓冲比=1,β极大；极大；  ★★ 缓冲比缓冲比>10:1或缓冲比或缓冲比<1:10,β较小，缓冲能力显较小，缓冲能力显   著下降著下降三三 缓冲范围缓冲范围 只只有有当当缓缓冲冲比比在在0.1~10 范范围围内内，，缓缓冲冲溶溶液液才才能能发发挥挥缓缓冲冲作作用用通通常常把把缓缓冲冲溶溶液液能能发发挥挥缓缓冲冲作作用用（（缓缓冲冲比比为为0.1~10）的）的pH范围称为范围称为缓冲范围缓冲范围HA-A- - 缓冲溶液的缓冲范围为：缓冲溶液的缓冲范围为： 第四节第四节  缓冲溶液的选择与配缓冲溶液的选择与配制制（（1）） 选择合适的缓冲对选择合适的缓冲对。

          所所配配制制的的缓缓冲冲溶溶液液的的pH尽尽量量接接近近弱弱酸酸的的   2）所选择的）所选择的缓冲对不能与反应物或生成物缓冲对不能与反应物或生成物         发生作用，发生作用，药用缓冲溶液还必须考虑是否有药用缓冲溶液还必须考虑是否有         毒性等 （（3））缓冲溶液的总浓度要适当缓冲溶液的总浓度要适当，， 0.05 ~ 0.2 mol·L-1 之间       （（4））选定缓冲对后，选定缓冲对后，计算计算出所需共轭出所需共轭        酸、碱的量酸、碱的量5））配制缓冲溶液配制缓冲溶液        用用pH计或精密计或精密pH试纸对所配制缓试纸对所配制缓        冲溶液的冲溶液的pH进行进行校正校正例：例： 欲配制欲配制pH=3.50的缓冲溶液，有以下的缓冲溶液，有以下              缓冲对：应选用哪一缓冲对？缓冲对：应选用哪一缓冲对？    ①①HCOOH-HCOONa ②②HAc-NaAc ③③NaH2PO4- Na2HPO4 ④④NH3-NH4Cl 已知已知 pKa(HCOOH)=3.75，， pKa(HAc)=4.75，， pKa2( H3PO4)=7.21，， pKb(NH3)=4.75) ①①例例 用浓度均为用浓度均为 0.10 mol·L- -1的弱酸和其共轭碱的弱酸和其共轭碱溶液配制溶液配制 100 mL pH 为为 5.00 的缓冲溶液的缓冲溶液。

解解：所选择的缓冲对中弱酸的：所选择的缓冲对中弱酸的 应在应在 4 ～～ 6 之之间，间，HAc 的的 ，因此可选择，因此可选择 HAc-NaAc 缓缓冲对若需冲对若需0.10mol·L- -1 HAc 溶液的体积为溶液的体积为V(HAc), 则需则需0.10mol·L- -1NaAc溶液的体积为溶液的体积为100mL- -V(HAc)代入数据得：代入数据得： 所需所需 NaAc 溶液的体积为：溶液的体积为： 将将35.5 mL 0.10mol·L- -1HAc溶液与溶液与64.5 mL 0.10 mol·L- -1 NaAc 溶液混合，即可配制成溶液混合，即可配制成 100 mL pH 为为5.00 的缓冲溶液的缓冲溶液 缓冲溶液的配制及其缓冲容量 5.80            3.6              －－5.90            4.6            0.010     6.00            5.6            0.0116.10            6.8            0.0126.20            8.1            0.0156.30            9.7            0.017 6.40          11.6            0.0216.50          13.9            0.0246.60          16.4            0.0276.70          19.3            0.0306.80          22.4            0.0336.90          25.9            0.0337.00           29.1             0.0317.10           32.1             0.0287.20           35.7             0.0257.30           37.0             0.0227.40           39.1             0.0207.50           41.1             0.0187.60           42.8             0.0157.70           44.2             0.0127.80           45.3             0.0107.90           46.1             0.0078.00           46.7                 －－pH V(NaOH)/mL β/mol·L- -1pH V(NaOH)/mL β/mol·L- -1二、标准缓冲溶液二、标准缓冲溶液 用用pH计计测测定定溶溶液液的的pH时时，，需需要要用用标标准准缓缓冲冲溶溶液液进进行行校校正正。

标标准准缓缓冲冲溶溶液液是是由由规规定定浓浓度度的的某某些些标标准准解解离离常常数数较较小小的的单单一一两两性性物物质质或或由由共共轭轭酸酸碱碱对对组组成成，，其其pH是是在在一一定定温温度度下下通过实验准确测定的通过实验准确测定的第五节、缓冲体系在医学上的意义第五节、缓冲体系在医学上的意义•缓冲溶液在医学上有很重要的意义缓冲溶液在医学上有很重要的意义　　　　 例如：血库中血液的冷藏都需要一定的例如：血库中血液的冷藏都需要一定的pH值的缓冲溶液；生物体内的催化剂值的缓冲溶液；生物体内的催化剂－酶的催化作用，也需要在一定－酶的催化作用，也需要在一定pH值值的缓冲溶液中进行许多药物也常需的缓冲溶液中进行许多药物也常需要在一定要在一定pH值的介质才能稳定值的介质才能稳定•缓冲系的缓冲作用对于人的正常缓冲系的缓冲作用对于人的正常生命活动有着重要的意义生命活动有着重要的意义　　人体的血液或其它体液中的化学　　人体的血液或其它体液中的化学反应都必须在一定的反应都必须在一定的pH值条件下进值条件下进行，所以要依靠存在于体液中的各行，所以要依靠存在于体液中的各种缓冲系来使它们的种缓冲系来使它们的pH值保持恒定。

值保持恒定例如：血液的例如：血液的pH值总是维持在值总是维持在7.35－－7.45之间的狭小范围内之间的狭小范围内•若血液的若血液的pH值改变值改变0.1单位以上，单位以上，pH值低于值低于7.35，就发生酸中毒；若高于，就发生酸中毒；若高于7.45就会发生碱中毒就会发生碱中毒•血液的血液的pH值能够维持在一个很小的范值能够维持在一个很小的范围内，其中一个重要的因素就是血液围内，其中一个重要的因素就是血液中存在着多种缓冲对中存在着多种缓冲对血液中的主要缓冲对有：血液中的主要缓冲对有：血浆中血浆中：H2CO3－－HCO3－－，，　　　　　　　　H2PO4－－－－HPO42－－　　　　　　　　Na-蛋白质蛋白质－－H-蛋蛋白质白质红细胞中：红细胞中：H2CO3－－HCO3－－　　　　　　 H2b－－Hb-1 (H2b-血红蛋白血红蛋白)　　　　　　 H2bO2－－HbO2－－ (H2bO2-氧合血红蛋白氧合血红蛋白））在这些缓冲系中在这些缓冲系中， H2CO3－－HCO3－－主要缓冲系在血液中浓度最高，缓主要缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，对维持血液的正常冲能力最大，对维持血液的正常pH值越着主要作用。

值越着主要作用H2CO3在溶液中主要以溶解状态的在溶液中主要以溶解状态的CO2形式存在形式存在,因而将缓冲系因而将缓冲系HCO3－－ /H2CO3形式写成形式写成HCO3－－ /CO2血液中缓冲系统的作用机理血液中缓冲系统的作用机理先看先看H2CO3－－HCO3－－缓冲系　由于是　由于是H2CO3弱酸，它存在电离平弱酸，它存在电离平衡：衡：　　　　 H2CO3　　　　　　　　　　HCO3－－ ＋＋H＋＋　　　　肺肺  　　CO2＋＋H2O　　肾　　肾当酸性物质进入该系统时，由于当酸性物质进入该系统时，由于[H＋＋]的增大，将使平衡左移，形成更多的增大，将使平衡左移，形成更多的的H2CO3 ，， H2CO3 不稳定分解为不稳定分解为CO2和和H2O，生成的，生成的CO2经血液循环，经血液循环，通过肺部呼出，从而维持通过肺部呼出，从而维持[H＋＋]的稳的稳定降低的定降低的[HCO3－－]可通过肾脏调节可通过肾脏调节而使其增高而使其增高　　能引起血液中酸度的增加的因素：能引起血液中酸度的增加的因素：　　肺气肿引起肺部换气不足，充血性心力肺气肿引起肺部换气不足，充血性心力衰竭和支气管炎；患糖尿病或食用低碳水衰竭和支气管炎；患糖尿病或食用低碳水化合物和高脂肪食物引起代谢酸的增加，化合物和高脂肪食物引起代谢酸的增加，摄食过多的酸或在严重腹泻时丧失碳酸氢摄食过多的酸或在严重腹泻时丧失碳酸氢盐过多，因肾功能衰竭引起盐过多，因肾功能衰竭引起H H＋＋排泄的减少排泄的减少等。

等　临床上常用乳酸钠来矫正代谢性酸中毒　临床上常用乳酸钠来矫正代谢性酸中毒当碱性物质进入该系统时，碱与当碱性物质进入该系统时，碱与H＋＋反应生成反应生成H2O，从而降低，从而降低[H＋＋]，但，但这时平衡向右移动，这时平衡向右移动，H＋＋的消耗由的消耗由H2CO3的电离来补充，从而维持的电离来补充，从而维持[H＋＋]的稳定增加的的稳定增加的HCO3－－由肾脏排泄由肾脏排泄能引起血液中碱度的增加的因素能引起血液中碱度的增加的因素：：　　在发高烧和歇斯底里发作时换气　　在发高烧和歇斯底里发作时换气过速，食用过多的碱性物质如抗酸药过速，食用过多的碱性物质如抗酸药物或严重的呕吐等都会引起血液中碱物或严重的呕吐等都会引起血液中碱的增加，血液的的增加，血液的pH值可增大到值可增大到7.35以以上引起碱中毒上引起碱中毒　　临床上常用　　临床上常用NH4Cl来治疗碱中毒来治疗碱中毒　　总之，由于　　总之，由于体内缓冲系的作用及体内缓冲系的作用及配合人体呼吸作用和肾脏调节功能配合人体呼吸作用和肾脏调节功能等，使正常人血液的等，使正常人血液的pH值恒定在值恒定在7.35－－7.45这一狭小范围内这一狭小范围内。

而血液而血液中的缓冲系所起的主要作用是将组中的缓冲系所起的主要作用是将组织、细胞代谢所产生的大量酸在运织、细胞代谢所产生的大量酸在运送到排出部位（肺、肾等）过程中，送到排出部位（肺、肾等）过程中，保持血液的保持血液的pH值相对稳定值相对稳定。