《缓冲溶液》ppt课件.ppt

1,第7章 缓冲溶液 buffer solution,2,学习要求,掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理 掌握影响缓冲溶液pH的因素、应用Henderson-Hasselbalch方程式计算缓冲溶液pH值 掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算 熟悉配制缓冲溶液的原则和方法了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液 熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程中的作用3,缓冲溶液的作用 人体内生物化学反应与 酶有关 酶的活性与pH有关 如胃蛋白酶具有活性的pH范围：1.5 ~ 2.0 当胃液pH4.0，胃蛋白酶失活 血液的pH值在7.35 ~7.45 酸中毒(糖尿病酮症酸中毒 )与碱中毒 维持体液的pH值恒定非常重要,4,?,?,5,第一节 缓冲溶液及其缓冲作用,一、缓冲溶液的缓冲作用 1.缓冲溶液,把当加入少量的强酸、强碱或稍加稀释，而能保持其pH值基本不变的溶液，称为缓冲溶液 2.缓冲作用 缓冲溶液对少量的强酸、强碱或稍加稀释的抵抗作用, 称为缓冲作用6,3.缓冲溶液的组成,缓冲溶液:由共轭酸碱对构成的溶液 (1)弱酸及其盐型:HAc - NaAc (2)弱碱及其盐型:NH3-NH4Cl (3)酸式盐与其次级盐型:NaH2PO4 - Na2HPO4,7,表1 常见的缓冲系,缓冲系 弱酸 共轭碱 pKaΘ（25℃ ） HAc -NaAc HAc Ac- 4.75 H2CO3-NaHCO3 H2CO3 HCO3- 6.37 H3PO4-NaH2PO4 H3PO4 H2PO4‾ 2.12 NaH2PO4-Na2HPO4 H2PO4‾ HPO42- 7.21 H3BO3-NaH2BO3 H3BO3 H2BO3 9.14 H2C8H4O4 H2C8H4O4 HC8H4O4- 2.92 -KHC8H4O4 NH4Cl-NH3 NH4+ NH3 9.25 Na2HPO4 -Na3PO4 HPO42- PO43- 12.67,8,二、缓冲溶液的缓冲作用机制,强酸和强碱溶液的缓冲作用机制:含有高浓度的H+或OH- ; 弱酸与其共轭碱溶液的缓冲作用机制:转化与补偿机制。

以HAc – NaAc为例:,9,,,Ac-抗酸成分,HAc抗碱成分,[H+]基本不增大，pH值基本保持不变；,[H+] 基本不减小， pH值基本保持不变10,在缓冲体系中：,加水稀释：比值基本不变，pH值基本保持不变[H+]基本不增大，pH值基本保持不变；,[H+] 基本不减小， pH值基本保持不变实质：是共轭酸碱对之间质子转移平衡发生移动 的过程11,练习，判断下列说法： ①20ml 0.025 mol·L-1 HAc和10ml 0.025 mol·L-1NaOH的混合液是否具有缓冲作用； ②酸性缓冲溶液（H3PO4—NaH2PO4）（pH=2.12）对外来酸有抵抗作用，对外来碱是否具有抵抗作用 ③下列溶液是具有缓冲作用 (1) 1 L水中加入0.01 mol·L-1HAc和0.01 mol·L-1 NaAc各一滴 (2)含0.1 mol·L-1 NaOH和0.1 mol·L-1NaCl溶液 (3)含0.02 mol·L-1 HCl和0.02 mol·L-1NH3等体积混合12,第二节 缓冲溶液pH值计算,一、缓冲溶液pH值的计算公式 以HB-B-为例：,HB + H2O H3O+ + B‾,— Henderson-Hasselbalch方程式,13,— 缓冲溶液的缓冲比 ；,[B‾]+[HB] — 缓冲溶液的总浓度,由于B‾的同离子效应， HB的解离很少，故可用 浓度代替平衡浓度，即,14,pH = pKaΘ + lg ———,nB‾/V nHB/V,∵共轭酸碱共处于一个溶液中，体积相同，故浓度之比即为摩尔数之比,∴ pH = pKaΘ + lg ——,nB‾ nHB,由以上各式可知： （1）缓冲溶液的pH值首先取决于弱酸的酸常数KaΘ 。

pH值与温度有关 ) （2）缓冲系一定时， KaΘ一定，则pH随缓冲比的变化而变化 （3）缓冲溶液加少量水稀释时，缓冲比不变，故pH不变15,例1 0.080 mol·L-1HAc和0.20 mol·L-1NaAc等体积混 合成1L缓冲溶液 ①求此溶液的pH值？ ②分别计算加 入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，缓冲溶液 pH值的改变值(体积视为不变)解：①,② 加入HCl，缓冲溶液pH值的改变值,16,③ 加入NaOH，1L溶液中其浓度为0.010mol·L-1,问题:如果把同样多的HCl或NaOH加入同样量纯水 中， pH会改变多少？,17,二、缓冲溶液pH值的计算公式的校正,前面用浓度计算出的缓冲溶液pH只是近似值. 以下用活度计算缓冲溶液pH准确值:,pH = pKaΘ + lg ——,aB‾ aHB,= pKaΘ + lg ————,[B‾]·γB‾ [HB]·γHB,= pKaΘ + lg —— + lg ——,[B‾] [HB],γB‾ γHB,= 近似值 + 校正因数,18,19,例2： 已知25℃时，H2CO3的pKaΘ= 6.38，现将CO2加压后达到饱和的H2CO3溶液(0.30mol·L-1)，与0.10 mol·L-1 NaOH各10mL混合配成缓冲溶液（假定混合后溶液体积为20mL），试计算其pH值:（1）不考虑活度因子的影响；（2）考虑活度因子的影响。

解 缓冲对H2CO3 -HCO3- V(总)=20mL,(1)不考虑活度因子的影响,20,(2) 考虑活度因子的影响 H2CO3是弱电解质， NaHCO3是强电解质，因此离子强度,根据表3，当z = 0，I = 0.050 时，,21,第三节 缓冲容量（buffer capacity） 一、缓冲容量 1. 缓冲容量的概念 缓冲溶液的缓冲容量是有限的: 当其抗酸成分或抗碱成分被消耗到一定程度时， 便失去缓冲功效 van Slyke提出 2. 定义 使单位体积的缓冲溶液的pH值改变1个单位时，所需外加一元强酸或一元强碱的物质的量加碱 β = ————,ΔnB V Δ pH,加酸 β = - ————,ΔnA V Δ pH,22,例3 0.080 mol·L-1HAc和0. 20 mol·L-1NaAc等体积混合成1L缓冲溶液 (1)求此溶液的pH值2)分别计算加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，该缓冲溶液的缓冲容量2) 在1L溶液中加入0.010mol HCl，则： ΔnA=0.010（mol） ΔpH = 5.00 － 5.14= -0.14,在1L缓冲溶液加0.010mol NaOH，则 ΔnB =0.010（mol） ΔpH = 5.30－5.14 = 0.16,23,二、影响缓冲容量的因素,由 β = —————,Δn V∣Δ pH∣,计算得出的β为某pH变化范围内的平均值 , 而某一pH时β的瞬时值为,β = —————,dn V ∣d pH∣,由此可见， β是随pH的变化而变化的.,24,,（1）缓冲溶液总浓度的影响,缓冲比一定 ，总浓度对缓冲容量的影响,结论： 当缓冲比一定时，c缓总越大，β越大，缓 冲能力越大。

一般c总在0.05～0.2 mol·L-1范围内最好 c缓总太小，β太小；c缓总过大，离子强度大；,25,缓冲容量与缓冲比的关系,,缓冲溶液总浓度一定，缓冲比等于1时,缓冲比等于1时，缓冲容量最大,2.缓冲比对缓冲容量的影响,26,结论 1. 强酸、强碱缓冲能力强，单向变化 2.缓冲系不同，pKaΘ不同，缓冲范围不同 3.缓冲比一定时，总浓度越大，其βmax越大 ； 缓冲比一定时，总浓度相同， βmax相同① HCl ⑥NaOH ② 0.1mol·L-1HAc+NaOH ③ 0.2mol·L-1HAc+NaOH ④ 0.05mol·L-1KH2PO4+NaOH ⑤ 0.05mol·L-1H3BO3+NaOH,27,4.总浓度一定时，当[B‾]/[HB] =1时， 缓冲容量β值最大： βmax = 0.576c总 5. 缓冲比越偏离1时，缓冲容量越小 当[B‾]/[HB] 10，或1/10， 失去缓冲作用； 当1/10 [B‾]/[HB] 10，具有缓冲作用 缓冲范围：pH = pKaΘ ±1,28,29,一、缓冲溶液的粗略配制方法 1. 选择适当的缓冲系： （1）使所选缓冲系的缓冲范围包括所配缓冲溶液的pH值； （2）弱酸的pKaΘ值尽量接近pH值 ，以使缓冲容量β接近极大值。

2. 配制的缓冲溶液要有适当的总浓度一般以0.05～0.20 mol· L-1为宜第四节 缓冲溶液的配制,30,3.选定缓冲系及总浓度后，根据Henderson公式计算所需弱酸及其共轭碱的量31,一般配c（B-）= c（HB），则,而V总 = VB‾ + VHB ，,∵ pH = pKaΘ + lg ——,VB‾ VHB,∴ pH = pKaΘ + lg ———,VB‾ V-VB-,4.将求得的VB‾和VHB相混合32,例4 如何配制100mLpH约为5.00的缓冲溶液？,解 ∵HAc 的pKaΘ= 4.75, 与5.00最为接近，故选HAc-NaAc缓冲系.然后配制浓度在0.05～0.20 mol· L-1范围内(如0.10 mol· L-1)相同浓度的HAc和NaAc溶液∵ pH = pKaΘ + lg ——,VB‾ V-VB-,∴ 5.00 = 4.75 + lg ———,VAc‾ 100-VAc-,∴ VNaAc = 64mL , VHAc = 36mL .,故将64mL浓度在0.05～0.20 mol· L-1的NaAc溶液和36mL相同浓度的HAc溶液混合均匀，即得所需缓冲溶液.,33,二、缓冲溶液的准确配制方法 1.应用配方进行配制 文献资料，准确方便 表4 H2PO4‾ 和 HPO42- 组成的缓冲溶液（25℃ ）,,34,2.用pH计校准,将所配的粗略pH值缓冲溶液在pH计监控下用稀的强酸或强碱调至准确的pH值。

应用pH计时，必须用标准缓冲溶液校准35,练习,1.下列各溶液有无缓冲性? (1)20mL0.1 mol· L-1 HAc + 20mL0.1 mol· L-1 NaOH; (2) 20mL0.1 mol· L-1 HAc + 1mL0.1 mol· L-1 NaOH; (3)20mL0.1 mol· L-1 HAc + 10mL0.1 mol· L-1 NaOH. 2.用0.025 mol· L-1 H3PO4溶液和0.025 mol· L-1 NaOH溶液配制pH值为7.40的缓冲溶液100mL,计算所需H3PO4和NaOH溶液各为多少mL? 解 首先应选择合适的缓冲系 ∵ H3PO4的pKa1Θ =2.12, pKa2Θ =7. 21, pKa3Θ =12. 36, 其pKa2Θ与所配缓冲溶液的pH值最为接近， 故缓冲系应为H2PO4- - HPO42-,,36,缓冲系为H2PO4- - HPO42-,需加NaOH包括两部分: 一部分NaOH将H3PO4全部转化成了H2PO4- ; 另一部分NaOH将一部分H2PO4-再转化成了HPO42- 设需加H3PO4 x mL , NaOH y mL , 则 n(HPO42- )= 0.025 (y - x) mmol n(H2PO4- )= 0.025 x - 0.025。