基础化学第四章 缓冲溶液ppt课件

第四章 缓冲溶液 第一节 缓冲溶液的组成及缓冲机制 第二节 缓冲溶液 的计算 第三节 缓冲容量和缓冲范围 第四节 缓冲溶液配制 第五节 缓冲体系在医学上的意义 1LHAc（0.1mol) NaAc(0.1mol) system （甲基 橙） 1LH2O solution（甲基橙 ） 1LHAc（0.1mol) NaAc(0.1mol) system （酚酞） 1LH2O solution（酚酞） 第一节 缓冲溶液的组成及缓冲机制 加0.001mol的HCl溶液加0.001mol的NaOH溶液 1 1L纯水 pH从7.0变为3.0， 改变4个单位 pH从7.0变为11， 改变4个单位 2 1L溶液中含有 0.10mol HAc和 0.10mol NaAc pH从4.76变为4.75， 改变0.01个单位 pH从4.76变为4.77， 改变0.01个单位 3 1L溶液中含有 0.10mol NH3和 0.10mol NH4Cl pH从9.26变为9.25， 改变0.01个单位 pH从9.26变为9.27， 改变0.01个单位 象2、3这种能抵御外加少量的强酸或 强碱，保持溶液pH相对稳定。这种溶 液称为缓冲溶液(Buffer solution )(Buffer solution ) 。 缓冲溶液具有的抵抗外加少量强酸或 强碱的作用称为缓冲作用。 (Buffer action)(Buffer action) 一 缓冲溶液的组成 缓冲溶液一般是由两种物质组成的： 弱酸及其盐：HAc-NaAc 弱碱及其盐：NH3NH4Cl 两性物质盐：NaH2PO4Na2HPO4 习惯上把组成缓冲溶液的共轭酸碱 对称为缓冲对(Buffer pair)或缓冲系 （Buffer system) 。 本质上是一对共轭酸碱对 缓冲溶液是由足够浓度、适当比 例的缓冲对组成的混合溶液。 如果两物质能反应，要看反应结果，不能 光看表面。如： HAc(过量）+ NaOH NH3 (过量） + HCL H3PO4 + NaOH等 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 缓冲对中的共轭碱发挥抵抗外来强酸 的作用，故称之为缓冲溶液的抗酸成 分。 如：溶液中Ac-的成为抗酸成分 缓冲对中的共轭酸发挥抵抗外来强碱 的作用，故称之为缓冲溶液的抗碱成 分。 如：溶液中HAc的成为抗碱成分 第二节 缓冲溶液pH的计算 在 缓冲溶液中，存在下列质子转移平衡 ： HAcc(HAc), Ac-c(Ac-) 上式简化为： 两边取负对数： 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：公式的其它形式 1 2 例 时，1.0 L HAc-NaAc 缓冲溶液中含有 0.10 mol HAc 和 0.20 mol NaAc。 （1）计算此缓冲溶液的 pH； （2）向100mL该缓冲溶液中加入10mL0.10molL-1 HCl 溶液后，计算缓冲溶液的 pH； （3）向100mL该缓冲溶液中加入10mL0.10molL-1 NaOH 溶液后，计算缓冲溶液的 pH； （4）向100mL该缓冲溶液中加入 1L水稀释后，计 算缓冲溶液的 pH。 解： 时，Ka (HAc)1.810-5。 （1）HAc 和 Ac- 的浓度都较大，缓冲溶液的 pH 为： （2）加入 10 mL 0.10 molL-1 HCl 溶液后，HAc 和 Ac- 的浓度分别为： HAc 和 Ac- 的浓浓度都较较大，缓缓冲溶液的 pH 为为 ： 加入10 mL 0.10 molL-1 HCl 溶液后，溶液的 pH 由5.05降为4.98，仅减小了 0.07，表明缓冲溶液具有 抵抗少量强酸的能力。 （3）加入10 mL 0.10 molL-1 NaOH 溶液后， HAc和 Ac- 的浓度分别为： HAc 和 Ac- 的浓度都比较大，缓冲溶液的pH为： 加入 10 mL 0.10 molL-1 NaOH 溶液后， 溶液的 pH由5.05升高到5.11，仅增大了0.06，表明缓冲溶液 具有抵抗少量强碱的能力。 （4）加入 1L水稀释后，HAc和Ac-的浓度分别为： HAc 和 Ac- 的浓度都较大，缓冲溶液的 pH 为 ： 加入 1 L 水稀释后，溶液的 pH 未发生变化， 表明缓冲溶液具有抗稀释的作用。 一、缓冲容量的概念 1.定义： 单位体积缓冲溶液的pH值改变1个单位 时，所需加入一元强酸或一元强碱的物 质的量。 符号： 第三节 缓冲容量和缓冲范围 2、公式： V： 是缓冲溶液的体积 ，单位为L。 na(b)：缓冲溶液中加入微小量的一元强酸 (dna) 或一元强碱(dnb)， 单位是mol或mmol。 pH：为缓冲溶液pH值的改变量。 讨论： 不可能是负值 在同样的na(b)和V的条件下，pH改 值|pH|愈小，则值愈大，缓冲溶液 的缓冲能力愈强。 利用上式可以推导出缓冲容量的计算公式 ： （1）影响的因素：c总和缓冲比。 （2）由于缓冲比影响缓冲溶液的pH值，所以缓 冲容量随缓冲溶液pH值的变化而变化。 二、影响缓冲容量的因素 1. 缓冲容量与总浓度的关系 同一共轭酸碱对组成的缓冲溶液，当缓冲比相 同时，总浓度越大,缓冲容量就越大。 2. 缓冲容量和缓冲比的关系 同一共轭酸碱对组成的缓冲溶液，当总浓度相 同时，缓冲比越接近1，其缓冲容量就越大。 3、影响缓冲容量的因素： （1）总浓度（CACHA） 同一缓冲对组成的缓冲溶液，当 缓冲比相同时，总浓度越大，其就 越大。 （2）缓冲比 (CA-/CHA ) 同一缓冲对组成的总浓度相同的 缓冲溶液，缓冲比接近1， 越大， 反之。而当缓冲比等于1时， 最大 。 Ac- molL-1 HAc molL-1 缓冲比 c总 molL-1 molL-1pH-1 0.0950.0051910.10.010 9 0.090.01910.10.020 7 0.050.05110.10.057 6 0.010.09190.10.020 7 V0.0050.0951190.10.010 9 缓冲容量与缓冲比的关系 C总一定,缓冲比=1,极大； 缓冲比10:1或缓冲比1:10,较小，缓冲能力显 著下降 三 缓冲范围 只有当缓冲比在0.110 范围内，缓 冲溶液才能发挥缓冲作用。通常把缓 冲溶液能发挥缓冲作用（缓冲比为 0.110）的pH范围称为缓冲范围。 HA-A- 缓冲溶液的缓冲范围为： 第四节 缓冲溶液的选择与配制 （1） 选择合适的缓冲对。 所配制的缓冲溶液的pH尽量接近弱酸的 。 （2）所选择的缓冲对不能与反应物或生成物 发生作用，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， 0.05 0.2 molL-1 之间。 （4）选定缓冲对后，计算出所需共轭 酸、碱的量。 （5）配制缓冲溶液。 用pH计或精密pH试纸对所配制缓 冲溶液的pH进行校正。 例： 欲配制pH=3.50的缓冲溶液，有以下 缓冲对：应选用哪一缓冲对？ HCOOH-HCOONa HAc-NaAc NaH2PO4- Na2HPO4 NH3-NH4Cl 已知 pKa(HCOOH)=3.75， pKa(HAc)=4.75， pKa2( H3PO4)=7.21， pKb(NH3)=4.75) 例 用浓度均为 0.10 molL-1的弱酸和其共轭碱 溶液配制 100 mL pH 为 5.00 的缓冲溶液。 解：所选择的缓冲对中弱酸的 应在 4 6 之 间，HAc 的 ，因此可选择 HAc-NaAc 缓 冲对。若需0.10molL-1 HAc 溶液的体积为V(HAc), 则需0.10molL-1NaAc溶液的体积为100mL-V(HAc)。 代入数据得： 所需 NaAc 溶液的体积为： 将35.5 mL 0.10molL-1HAc溶液与64.5 mL 0.10 molL-1 NaAc 溶液混合，即可配制成 100 mL pH 为 5.00 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 0.011 6.10 6.8 0.012 6.20 8.1 0.015 6.30 9.7 0.017 6.40 11.6 0.021 6.50 13.9 0.024 6.60 16.4 0.027 6.70 19.3 0.030 6.80 22.4 0.033 6.90 25.9 0.033 7.00 29.1 0.031 7.10 32.1 0.028 7.20 35.7 0.025 7.30 37.0 0.022 7.40 39.1 0.020 7.50 41.1 0.018 7.60 42.8 0.015 7.70 44.2 0.012 7.80 45.3 0.010 7.90 46.1 0.007 8.00 46.7 pH V(NaOH)/mL /molL-1pH V(NaOH)/mL /molL-1 二、标准缓冲溶液 用pH计测定溶液的pH时，需要用 标准缓冲溶液进行校正。标准缓冲 溶液是由规定浓度的某些标准解离 常数较小的单一两性物质或由共轭 酸碱对组成，其pH是在一定温度下 通过实验准确测定的。 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。 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 酶的催化作用，也需要在一定pH值 的缓冲溶液中进行。许多药物也常需 要在一定pH值的介质才能稳定。 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。 人体的血液或其它体液中的化学 反应都必须在一定的pH值条件下进 行，所以要依靠存在于体液中的各 种缓冲系来使它们的pH值保持恒定 。 例如：血液的pH值总是维持在7.35 7.45之间的狭小范围内。 若血液的pH值改变0.1单位以上，pH 值低于7.35，就发生酸中毒；若高于 7.45就会发生碱中毒。 血液的pH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 中存在着多种缓冲对。 血液中的主要缓冲对有： 血浆中：H2CO3HCO3， H2PO4HPO42 Na-蛋白质H-蛋白质 红细胞中：H2CO3HCO3 H2bHb-1 (H2b-血红蛋白) H2bO2HbO2 (H2bO2-氧合血红蛋白） 在这些缓冲系中， H2CO3HCO3 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pH 值越着主要作用。 H2CO3在溶液中主要以溶解状态的 CO2形式存在,因而将缓冲系HCO3 /H2CO3形式写成HCO3 /CO2。 血液中缓冲系统的作用机理 先看H2CO3HCO3缓冲系。 由于是H2CO3弱酸，它存在电离平 衡： H2CO3 HCO3 H 肺 CO2H2O 肾 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H2CO3 ， H2CO3 不稳定分解为 CO2和H2O，生成的CO2经血液循环 ，通过肺部呼出，从而维持H的 稳定。降低的HCO3可通过肾脏 调节而使其增高。 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 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， 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H排泄的减少 等。 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H 反应生成H2O，从而降低H，但 这时平衡向右移动，H的消耗由 H2CO3的电离来补充，从而维持H 的稳定。