第四章 缓冲溶液讲义.ppt

第四章 缓冲溶液,Buffer solution,第一节 缓冲溶液的基本概念 第二节 缓冲溶液pH值的计算 第三节 缓冲容量 第四节 缓冲溶液的配制 第五节 缓冲溶液在医学上的意义,第一节 缓冲溶液的基本概念,一、 缓冲作用, pH=3 ↑, pH=0.09 ↑,1L纯水中,(pH= 7 ),+1 mol·L-1 HCl 0.1 ml,pH=4, pH=3 ↓,+1 mol·L-1 NaOH 0.1 ml,pH=10,1L含0.1mol HAc和NaAc的溶液,(pH=4.75 ),+1 mol·L-1 HCl 10 ml,pH=4.66, pH=0.09 ↓,+1 mol·L-1 NaOH 10 ml,pH=4.84,— 缓冲溶液,缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的溶液缓冲对(系): 组成缓冲溶液的共轭酸碱对组成：抗酸成分 + 抗碱成分,缓冲作用：缓冲溶液对少量强酸、强碱或稀释的抵抗作用NaAc — HAc,一、缓冲作用,二、缓冲溶液的组成-缓冲对,缓冲溶液的类型,⒉ 酸式盐-次级盐,⒈ 弱酸-弱酸盐,⒊ 弱碱-弱碱盐,NH3-NH4Cl,NaHCO3-Na2CO3,NaH2PO4-Na2HPO4,H2CO3-NaHCO3,HAc-NaAc,组成特点：均含共轭酸碱对,三、缓冲作用机理,HAc—NaAc缓冲体系,NaAc → Na+ + Ac-,[HAc]、[Ac-] 足够大,Ac- + H+ → HAc , 平衡左移,,加少量酸：(H+),[HAc]略↑,加少量碱：(OH-),HAc+ OH-→Ac- +H2O , 平衡右移,1.,2.,[Ac-]略↓,[H+]基本不变,[HAc]略↓,[Ac-]略↑,[H+]基本不变,加少量水: [HAc]/ [Ac-] 基本不变,Ka=,[H+],[Ac-],,[HAc],Ac-是抗酸组分,HAc是抗碱组分,三、缓冲作用机理,3.,加入大量的强酸或强碱，抗酸抗碱成分将耗尽，缓冲溶液丧失缓冲能力。

4.,浓度较大的强酸或强碱也具有缓冲作用，但缓冲机理不同它们酸碱性太强，很少作为缓冲溶液用通常说的缓冲溶液，指的是由共轭酸碱对组成的缓冲溶液第二节 缓冲溶液 pH 值的计算,一、缓冲公式,缓冲体系 HB – MB：,HB + H2O H3O+ + B-,B- + H2O HB + OH-,H2O+H2O H3O++OH-,MB  M+ + B-,⑴ 质子转移平衡,⑵ 电荷平衡,⑶ 物料平衡,,,,近似处理：,c HB [OH-] – [H+] cB- [H+] – [OH-],缓冲公式,,缓冲比,二、计算缓冲溶液 pH 值,例4-1 将0.10 mol·L-1的 NaH2PO4 溶液 10.0 ml 和 0.20 mol·L-1的Na2HPO4 溶液 1.0 ml 混合，计算该混合液的 pH 值解： H2PO4- H+ + HPO42-,已知磷酸的 Ka2 = 6.23×10-8,pH = 6.51,例4-2 将 0.10 mol·L-1 盐酸溶液 100 ml 与 400 ml 0.10 mol·L-1 氨水溶液相混合，求混合后溶液的 pH 值。

（已知NH3 的 K b = 1.76 ×10-5）,解：NH3 + H+  NH4+,pH = 9.72,第三节 缓冲容量,一 、缓冲容量 β,2.定义：使一定体积缓冲溶液的pH值发生微小改变时，所需加入一元强酸(碱)的物质的量1.意义：衡量缓冲能力大小的尺度式中，r = [B-] / [HB], 称为缓冲比； c总= [B-]+ [HB]，称为缓冲溶液的总浓度二、 影响β的因素,缓冲比一定时,c总越大,β越大；,1、 总浓度,2、 缓冲比,缓冲比= 1， pH = pKa, 缓冲能力最强,,1,稀释时，c总↓， β ↓通常把缓冲比为 1 时的缓冲容量称为 最大缓冲容量：,例4-3 用浓度均为 0.20 mol·L-1 的 HAc 和 NaAc 溶液等体积比混合成 10 ml 缓冲液，计算该缓冲液的 pH 值若在该溶液中加入 0.10 mol·L-1 NaOH 0.30 ml ，再计算该缓冲液的缓冲容量β HAc 的 pKa = 4.75 ),解: ⑴,⑵ 加入强碱后：,△pH = 4.78 － 4.75 = 0.03,不同缓冲比时的缓冲容量(ｃ总＝0.10 mol·L-1):,二、 影响β的因素,,,二、 影响β的因素,3. 缓冲范围： pKa －1 ＜ pH ＜ pKa＋ 1,二、 影响β的因素,只有当缓冲比在 0.1~10 范围内， 缓冲溶液才能发挥缓冲作用。

通常把缓冲溶液的缓冲比为 0.1~10 的 pH 范围称为缓冲区间缓冲溶液的缓冲区间为：,pH＝pKa±1,(pKa－1 ＜pH ＜pKa＋1),,缓冲比,,1/10,,10,第四节 缓冲溶液的配制,配制缓冲溶液可按下列原则和步骤进行：,1. 选择缓冲对,5. pH值校正4. 计算所需缓冲对物质的量2. 控制缓冲对的总浓度3. 缓冲系物质稳定、无毒，不能与溶液发生反应pH=5.00,c总 = 0.05～0.2 mol·L-1,HAc-NaAc (pKa=4.75),（用少量强酸或强碱校正）,例4-4 配制pH = 5.00 的缓冲溶液 100 ml ，应选择哪 种缓冲？ 如何配制？,解：选用0.10 mol·L-1HAc - 0.10 mol·L-1NaAc 设需HAc xml，则NaAc为（100 -x）ml,∴ VHAc=x≈ 36(ml) VNaAc= 100 -x≈ 64 (ml),例4-5 50ml 0.10 mol·L-1HAc溶液与25 ml 0.10 mol·L-1NaOH 溶液相混合，是否具有缓冲作用？并计算该溶液的pH值解： HAc + NaOH → NaAc + H2O 反应前/mmol 0.10×50 0.10×25 0 反应后/mmol 0.10(50-25) 0.10×25,= 4.75+lg1=4.75,例4-6 在浓度为 0.05 mol·L-1的 Tris（三羟甲基氨基甲烷）溶液 50ml 中，加入浓度为 0.05 mol·L-1 的 HCl 溶液多少 ml ，用水稀释到 100 ml 后溶液的 pH 值为 7.40 (298K) ？已知 Tris·H+ 的 pKa = 8.17,解：设需加入 HCl 溶液 x ml,Tris + H+ → Tris·H+ 起始 n (mmol) 0.05×50 0.05 x 平衡 n (mmol) 0.05 ( 50 - x ) 0.05 x,∴ x = 42.7(ml),第五节 缓冲溶液在医学上的意义,一、 血液的主要缓冲体系是H2CO3-HCO3-,H2O +CO2 H2CO3 H+ + HCO3-,肺,肾,[H+] 增加（发高烧、气喘…）， 平衡向左,,加快肺部二氧化碳的排出量 延长肾内HCO3-的停留时间,[OH-]增加（肺气肿、糖尿病…), 平衡向右,,降低肺部二氧化碳的排出量 加快肾内HCO3-的排泄量,血浆pH值的计算,pKa1 = 6.10 ［CO2］溶解 = 1.2×10-3 mol·L-1 [HCO3-] = 2.4×10-2 mol·L-1,二、 细胞内主要缓冲体系是H2PO4- - HPO42-,H2PO4- H+ + HPO42-,肾,肾,[H+] 增加, 平衡向左, 肾将多余的H2PO4-从尿中排出； [OH-]增加, 平衡向右, 肾将多余的HPO42-从尿中排出。

1、下列混合溶液是否具有缓冲作用?为什么? ① 0.1 mol·L-1的ＫH2PO4溶液50ml与0.1 mol·L-1Na2HPO4溶 液50ml混合 ② 0.2 mol·L-1的HAc溶液50ml与0.2 mol·L-1的NaOH溶液 25ml混合 ③ 0.1 mol·L-1的NH3·H2O溶液50ml与0.2 mol·L-1的HCl溶液 25ml混合 ④ 1×10-3mol·L-1的HAc溶液50ml与1×10-3mol·L-1的 NaAc溶液50ml混合解：（1）（2）具有缓冲作用，存在着足够浓度的共轭酸碱对 （3）（4）无缓冲作用，无足够浓度的共轭酸碱对2．今需配制pH为7.40的缓冲液100ml，问应取0.067 mol·L-1的Na2HPO4溶液和0.067 mol·L-1的KH2PO4溶液各若干ml(H3PO4的pKa2＝6.80)？,解:,,,,,3．欲配制pH为5.00的缓冲溶液,需称取多少ｇ的CH3COONa·3H2O固体，溶解在500ml 0.500 mol·L-1CH3COOH中?(HAc的pKa＝4.75),解:,,,,,,,∴需称取NaAc·3H2O的质量为：0.445×136=60.52(g),4．已知Tris·HCl在37℃时的pKa为7.85，今欲配制pH为7.40的缓冲液，问在含有Tris和Tris·HCl各为0.05 mol·L-1的溶液100ml中，需加入0.05 mol·L-1的HCl溶液多少ml？,解:,,,,,,,,设需加入HCl的体积为x mol,,,解得：x=47.6(ml),5．用0.025 mol·L-1的H3PO4溶液配成pH为7.4的缓冲溶液100ml，需加入0.025 mol·L-1的NaOH溶液与之中和，试计算所需H3PO4溶液与NaOH溶液的体积。

解:,,,,,,,设需H3PO4 x ml；与H3PO4反应的NaOH为 x ml，与H2PO4-反应的NaOH为yml，需NaOH总体积(x+y)mlH3PO4 + OH- = H2PO4- + H2O,∵x+x+y=100,∴y=100-2x,解得：x=38.34(ml)，即需要H3PO438.34mlNaOH需要：100-38.34=61.66(ml),H2PO4- + OH- = HPO42- + H2O 0.025x-0.025y 0.025y 0.025y,反应量mmol 0.025x 0.025x 0.025x,。