药学专科自考-酸碱平衡的缓冲溶液

1、第四章 酸碱平衡第一节第一节 酸碱质子理论酸碱质子理论第二节第二节 溶液的酸碱性溶液的酸碱性第三节第三节 电解质溶液电解质溶液第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液一、一、 缓冲溶液的组成和作用原理缓冲溶液的组成和作用原理二、二、 缓冲溶液缓冲溶液pHpH的计算的计算三、三、 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 生物体液都有各自相对稳定的生物体液都有各自相对稳定的pHpH值。比值。比如如血液血液pH=7.35pH=7.357.457.45，超过此范围，就会，超过此范围，就会引起酸碱中毒。引起酸碱中毒。 而生物体自身代谢一些酸碱物质，如柠而生物体自身代谢一些酸碱物质，如柠檬酸、乳酸等，体外也要引入一些酸碱物质

2、，檬酸、乳酸等，体外也要引入一些酸碱物质，但体液但体液pHpH值并不以这些酸碱性物质的摄入而值并不以这些酸碱性物质的摄入而改变原因是体液中存在缓冲对，具有缓改变原因是体液中存在缓冲对，具有缓冲作用。冲作用。 滴加少量强酸、强碱后滴加少量强酸、强碱后pHpH变化很大变化很大滴加滴加1ml 1molL-1HCl滴加滴加1ml 1molL-1NaOH100mL 100mL 醋酸和醋酸钠溶液醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00pH=5.00滴加少量强酸、强碱滴加少量强酸、强碱pHpH几乎不变几乎不变滴加滴加1ml 1molL-1HCl滴加滴加1ml 1molL-1NaOH实实 验验 小小 结结100 mL

3、 HCl pH = 5.00滴加滴加1ml 1molL1ml 1molL-1-1HClHClpH=2.00滴加滴加1ml 1mol L1ml 1mol L-1-1NaOHNaOHpH=12.00100 mL HAc NaAc pH = 5.00 滴加滴加1ml 1molL1ml 1molL-1-1HClHClpH=5.02滴加滴加1ml 1mol L1ml 1mol L-1-1NaOHNaOHpH=4.98一、缓冲溶液的组成和作用原理一、缓冲溶液的组成和作用原理1.1.缓冲作用：缓冲作用：能抵御能抵御外加外加少量少量强酸、强碱或适当稀释强酸、强碱或适当稀释而保持而保持pHpH基本不变基本不变的

4、作用。的作用。2.2.缓冲溶液：缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。具有缓冲作用的溶液。“少量少量” “” “基基本不变本不变”说明缓说明缓冲作用有限度冲作用有限度（一）缓冲溶液的组成（一）缓冲溶液的组成 缓冲溶液中含有抗酸、抗碱两种成分，通常将这两缓冲溶液中含有抗酸、抗碱两种成分，通常将这两种成分称为种成分称为缓冲对或缓冲系。缓冲对或缓冲系。缓冲系为缓冲系为共轭酸碱对共轭酸碱对，缓，缓冲对一般分为三类：冲对一般分为三类：1. 1. 弱酸及其共轭碱组成的缓冲液弱酸及其共轭碱组成的缓冲液 HAc AcHAc Ac- -, HCN CN, HCN CN- -, H, H2 2COCO3 3HCOHCO3

5、 3- - 2. 2. 弱碱及其共轭酸组成的缓冲液弱碱及其共轭酸组成的缓冲液 NHNH3 3 NHNH4 4+ +, , 3. 3. 酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液 H H2 2POPO4 4- - HPOHPO4 42 2- - , HCO, HCO3 3- - COCO3 32 2- - 3.3.缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成一、缓冲溶液的组成及缓冲原理一、缓冲溶液的组成及缓冲原理HAc+H2OH3O+Ac-+NaAc Na Ac- 大量大量大量大量少量少量一、缓冲溶液的组成及缓冲原理一、缓冲溶液的组成及缓冲原理（二）缓冲溶液的作用原理（二）缓冲溶液的作用原理H+

6、+ Ac- HAc 平衡向左移动平衡向左移动少量少量H H+ + 缓冲对中的缓冲对中的共轭碱共轭碱发挥抵抗外加的强酸的作用发挥抵抗外加的强酸的作用, ,故称为缓冲溶故称为缓冲溶液的液的抗酸成分抗酸成分。抗酸成分抗酸成分HAc H+ + Ac-大量大量一、缓冲溶液的组成及缓冲原理一、缓冲溶液的组成及缓冲原理（二）缓冲溶液的作用原理（二）缓冲溶液的作用原理H+ + OH- H2O HAc + OH- H2O + Ac-缓冲对中的缓冲对中的共轭酸共轭酸发挥抵抗外加的强碱的作用发挥抵抗外加的强碱的作用, ,故称为缓冲溶液的故称为缓冲溶液的抗碱成分。抗碱成分。抗碱成分抗碱成分少量少量OHOH- -平衡向

7、右移动平衡向右移动HAc H+ + Ac-大量大量一、缓冲溶液的组成及缓冲原理一、缓冲溶液的组成及缓冲原理（二）缓冲溶液的作用原理（二）缓冲溶液的作用原理结论：结论：（1 1）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用 的的物质基础物质基础。（2 2）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓 冲作用的冲作用的内在动力内在动力。下列各组溶液，有缓冲作用的是下列各组溶液，有缓冲作用的是A. 0.2 molLA. 0.2 molL-1-1KClKClB. 0.02 molLB. 0.02 molL-1-1 NH NH3 3HH2 2O OC.

8、 0.2 molLC. 0.2 molL-1-1 NaH NaH2 2POPO4 4和和0.2 molL0.2 molL-1-1 Na Na2 2HPOHPO4 4D. 0.01 molLD. 0.01 molL-1-1HAcHAc和和0.2 molL0.2 molL-1-1HClHCl下列各组溶液，是否有缓冲作用？下列各组溶液，是否有缓冲作用？0.1 molL0.1 molL-1-1HAc 20mLHAc 20mL0.1 molL0.1 molL-1-1HAc 20mL + 0.1 molLHAc 20mL + 0.1 molL-1-1NaOH 20mLNaOH 20mLC. 0.1 mol

9、LC. 0.1 molL-1-1HAc 20mL + 0.1 molLHAc 20mL + 0.1 molL-1-1NaOH 10mLNaOH 10mLHAc + NaOH NaAc + H2OCC练习HB+H2OH3O+B-+NaB Na B- BHBOHa3 KlgpHBBlgppHaa共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱 KK缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH计算式，或称亨德生公式计算式，或称亨德生公式缓冲比缓冲比（一）缓冲公式（一）缓冲公式HBBlgppHa K)HB()(BlgpHBBlgppH-aaccKK )HB()(BlgpHBBlgppH-aannKK )HB()(BlgpHBBlgppH-a

10、aVVKK 若用若用同样浓度同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，可用下列公式可用下列公式 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH取决于缓冲系中取决于缓冲系中弱酸的弱酸的p pK Ka a， 温度对其有影响温度对其有影响 同一缓冲系的缓冲溶液，同一缓冲系的缓冲溶液，pHpH随随缓冲比缓冲比的改变而改变的改变而改变 缓冲溶液在稍加缓冲溶液在稍加稀释稀释时，时，pHpH基本不变。基本不变。只有当稀释到一只有当稀释到一定程度（溶液电离度和离子强度发生较大变化），溶液定程度（溶液电离度和离子强度发生较大变化），溶液pH pH 会发生变化。会发生变化。缓冲比等于缓冲比等于1 1时

11、，时，pHpHp pK Ka aHBBlgppHa K 例例 用用200 ml 0.10 mol/L HAc200 ml 0.10 mol/L HAc溶液和溶液和300 ml 0.10 300 ml 0.10 mol/Lmol/L NaAcNaAc溶液混合配成溶液混合配成500 ml500 ml缓冲溶液，计算此溶液的缓冲溶液，计算此溶液的pHpH值。值。并计算此缓冲溶液分别加入并计算此缓冲溶液分别加入10ml 0.10 mol/L HCl10ml 0.10 mol/L HCl和和10ml 0.10 mol/L NaOH10ml 0.10 mol/L NaOH后，溶液后，溶液pHpH值的变化值。

12、值的变化值。 na=0.10200103 =0.020（mol）nb=0.10300103 =0.030（mol）baa0.030 / 0.5pHplg4.75lg4.930.020 / 0.5cK c缓冲系为缓冲系为HAc-AcHAc-Ac，HAcHAc的的p pK Ka a=4.75=4.75解：解： (1) (1) 求原缓冲溶液的求原缓冲溶液的pHpH值值（二）缓冲溶液（二）缓冲溶液pHpH的计算的计算（2 2）求加入）求加入HClHCl后缓冲溶液后缓冲溶液pHpH值的变化值值的变化值baa./ .pHplg.lg./ .0 029 0 514 754 890 021 0 51cK c

13、加入加入HClHCl的量的量 n nHClHCl=0.10=0.10101010103 3=1.0=1.010103 3（molmol）加入加入HClHCl后，后， n na a=0.020 +1.0=0.020 +1.010103 3=0.021=0.021（molmol） n nb b=0.030=0.0301.01.010103 3=0.029=0.029（molmol）pH=4.894.93=-0.04加入加入NaOHNaOH的量的量 n nNaOHNaOH=0.10=0.10101010103 3=1.0=1.010103 3（molmol）（3 3）求加入）求加入NaOHNaOH后

14、缓冲溶液后缓冲溶液pHpH值的变化值值的变化值baa./ .pHplg.lg./ .0 031 0 514 754 960 019 0 51cK c pH=4.964.93=0.03加入加入NaOHNaOH后后 n na a=0.020=0.0201.01.010103 3=0.019=0.019（molmol） n nb b=0.030+1.0=0.030+1.010103 3=0.031=0.031（molmol） 计算计算0.10molL0.10molL-1-1NHNH3 3 50mL50mL和和0.20molL0.20molL-1 -1 NHNH4 4Cl Cl 30mL30mL混合溶

15、液的混合溶液的pHpH。K K(NH(NH3 3)=1.79)=1.791010-5-510bWa1058. 5 KKK)NH()(NHlgpNHNHlgppH43a43a nnKKpH9.17（二）缓冲溶液（二）缓冲溶液pHpH的计算的计算对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲比一定缓冲比一定时，时，缓冲溶液的缓冲溶液的总浓度越大总浓度越大，溶液中抗酸抗碱成分越多，溶液中抗酸抗碱成分越多，缓缓冲能力越大。冲能力越大。缓冲溶液总浓度缓冲溶液总浓度 ( (c c总总) ) c总总 = ca+cb对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲溶液的对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，

16、当缓冲溶液的总总浓度一定浓度一定时，缓冲比越接近时，缓冲比越接近1 1，缓冲容量越大；，缓冲容量越大；缓冲比等缓冲比等于于1 1时，时，缓冲能力最大。缓冲能力最大。 缓冲能力与总浓度的关系缓冲能力与总浓度的关系缓冲能力与缓冲比的关系缓冲能力与缓冲比的关系缓冲范围缓冲范围缓冲比大于缓冲比大于10:110:1或小于或小于1:101:10，缓冲溶液失去缓冲能力。，缓冲溶液失去缓冲能力。pHpKa1 pKa HAc Ac- 4.75H2CO3HCO3- 6.35NH3 NH4+ 9.25H2PO4- HPO42- 7.21 HCO3- CO32- 10.33 如如HAc-AcHAc-Ac的缓冲范围为的

17、缓冲范围为3.753.755.755.75。HBBlgppHa K下列溶液缓冲能力最大的是：下列溶液缓冲能力最大的是：A. 1LA. 1L中含中含0.06molHAc 0.06molHAc 与与0.03molNaAc0.03molNaAcB. 1LB. 1L中含中含0.05molHAc 0.05molHAc 与与0.04molNaAc0.04molNaAcC. 1LC. 1L中含中含0.02molHAc 0.02molHAc 与与0.07molNaAc0.07molNaAcD. 1LD. 1L中含中含0.01molHAc 0.01molHAc 与与0.08molNaAc0.08molNaAc

18、c c总总都为都为0 .09mol L0 .09mol L-1-1， 再看缓再看缓冲比，哪个接近冲比，哪个接近1:11:1，所以选，所以选 B B（一）缓冲溶液的配制方法（一）缓冲溶液的配制方法1. 1. 选择合适的缓冲系选择合适的缓冲系pHpH在在p pK Ka a1 1范围内，范围内，pHpH接近接近p pK Ka a2. 2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜0.050.2molL13. 3. 计算所需的共轭酸，共轭碱的量计算所需的共轭酸，共轭碱的量4. 4. 校正校正 已知已知: H: H3 3POPO4 4的各级酸常数是的各级酸常数是p pK

19、Ka a1 1=2.12, =2.12, p pK Ka a2 2=7.21, p=7.21, pK Ka a3 3=12.67=12.67。 问：欲配制问：欲配制pH = pH = 7.407.40的缓冲溶液，应选择什么作缓冲对？的缓冲溶液，应选择什么作缓冲对？ 而而K Ka a 2 2是是H H2 2POPO4 4- -的酸常数，的酸常数， H H2 2POPO4 4- -作共轭酸，作共轭酸， 则共轭碱就是则共轭碱就是HPOHPO4 42 2- - 解解: p: pK Ka a2 2=7.21=7.21最接近最接近7.407.40应该选择应该选择H H2 2POPO4 4- -HPOHPO

20、4 42 2- -作缓冲系作缓冲系三、缓冲溶液的配制三、缓冲溶液的配制已知已知:p:pK Ka a(HAc)=4.75, p(HAc)=4.75, pK Kb b(NH(NH3 3)=4.75, p)=4.75, pK Ka a(H(H2 2POPO4 4- -)=7.21)=7.21若配制若配制pH= 9 pH= 9 的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？ A. HAc-NaAc A. HAc-NaAc B. NH B. NH3 3- -NHNH4 4Cl Cl C. NaH C. NaH2 2POPO4 4 -Na -Na2 2HPOHPO4 4 B B

21、最好最好三、缓冲溶液的配制三、缓冲溶液的配制 如何配制如何配制100ml pH100ml pH为为4.954.95的缓冲液？的缓冲液？HAcHAc的的p pK Ka=4.75 a=4.75 与与pHpH值值4.954.95接近接近选用选用HAcNaAcHAcNaAc缓冲系。缓冲系。解：解：设需设需HAc HAc V Va a mlml，则需，则需NaAc NaAc V Vb b=100=100V Va a ml ml将将38.7ml 0.10mol/L/ HAc38.7ml 0.10mol/L/ HAc和和61.3ml 0.10mol/L61.3ml 0.10mol/L NaAc NaAc 混

22、合就可配成混合就可配成100ml pH100ml pH值为值为4.954.95的缓冲液。的缓冲液。V Va a = 38.7ml= 38.7mlV Vb b = 100= 100V Va= 61.3 mla= 61.3 mlaa.lg.V V 1004 754 95选用选用0.10 mol/L HAc0.10 mol/L HAc和和0.10 mol/L0.10 mol/L NaAcNaAc溶液来配制。溶液来配制。三、缓冲溶液的配制三、缓冲溶液的配制配制缓冲溶液时，除直接选用共轭酸碱溶液配制缓冲溶液时，除直接选用共轭酸碱溶液配制外，还可选用配制外，还可选用弱酸与强碱弱酸与强碱或或弱碱与强酸弱碱与

23、强酸进行进行配制。弱酸或弱碱的物质的量一定要大于强碱或配制。弱酸或弱碱的物质的量一定要大于强碱或强酸的物质的量，根据二者之间的化学反应，计强酸的物质的量，根据二者之间的化学反应，计算出剩余的弱酸或弱碱的物质的量及生成的共轭算出剩余的弱酸或弱碱的物质的量及生成的共轭碱或共轭酸的物质的量。碱或共轭酸的物质的量。 三、缓冲溶液的配制三、缓冲溶液的配制解： 0.20V 1000.20 00.20V-20 0 20 设需加入设需加入HAcHAc的体积为的体积为V mlV mlV = 150ml 将将150 ml 0.20 mol/L HAc150 ml 0.20 mol/L HAc溶液与溶液与100ml

24、0.20mol/L NaOH100ml0.20mol/L NaOH溶液溶液混合均匀，再用水稀释至混合均匀，再用水稀释至500ml500ml，即得所需配制的缓冲溶液。，即得所需配制的缓冲溶液。反应前反应前 n n (mmol)(mmol)反应后反应后 n n (mmol)(mmol).lg.V 204 755 050 2020HAc + NaOH NaAc + H2O例例 欲配制欲配制pHpH为为 5.055.05的缓冲溶液的缓冲溶液500 ml500 ml，计算应向，计算应向100ml 100ml 0.20 mol/L NaOH0.20 mol/L NaOH溶液中加入溶液中加入0.20 mol

25、/L HAc0.20 mol/L HAc溶液的体积，已溶液的体积，已知知HAcHAc的的p pK Ka a = 4.75 = 4.75。 三、缓冲溶液的配制三、缓冲溶液的配制 在人体内各种体液都要保持一定的较稳定在人体内各种体液都要保持一定的较稳定pHpH值，组织、值，组织、细胞才能进行正常的物质代谢和维持正常的生理活动。人细胞才能进行正常的物质代谢和维持正常的生理活动。人体血液体血液正常正常pHpH值值在在7.357.357.457.45之间，血液的之间，血液的pHpH7.357.35时发时发生酸中毒生酸中毒; ;当血液的当血液的pHpH7.457.45时发生碱中毒时发生碱中毒 。 血液中存

26、在多种缓冲对，其中血液中存在多种缓冲对，其中H H2 2COCO3 3HCOHCO3 3缓冲系在血缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最强，维持血液正常液中浓度最高，缓冲能力最强，维持血液正常pHpH值也最重值也最重要。要。肾肺CO2 + H2OH2CO3 + H2O H3O+ + HCO3抗酸成分：缓冲对中的抗酸成分：缓冲对中的共轭碱，共轭碱，HCO3抗碱成分：缓冲对中的抗碱成分：缓冲对中的共轭酸，共轭酸， H2CO3 三、缓冲溶液的配制三、缓冲溶液的配制正常人血浆的正常人血浆的pHpH值约为值约为7.35 7.35 7.45, 7.45,临床上常用临床上常用 ： NHNH4 4Cl Cl 纠正

27、碱中毒纠正碱中毒; ;乳酸钠、乳酸钠、NaHCONaHCO3 3纠正酸中毒纠正酸中毒)(aqCOHCOlgppH23a1 K6.1040. 7L0.0012molL0.024mollg10. 6pH-1-1 正常人血浆中正常人血浆中 HH2 2COCO3 3 = 0.0012mol/L= 0.0012mol/L，HCOHCO3 3 = 0.024 mol/L = 0.024 mol/L案例案例 临床检验测得甲、乙两人血浆中临床检验测得甲、乙两人血浆中HCOHCO3 3和和H H2 2COCO3 3的浓度分别为：的浓度分别为：甲：甲：HCOHCO3 3=21.0 mmol/L=21.0 mmol

28、/L，HH2 2COCO3 3=1.40 mmol/L=1.40 mmol/L乙：乙：HCOHCO3 3=54.0 mmol/L=54.0 mmol/L，HH2 2COCO3 3=1.35 mmol/L=1.35 mmol/L两人血浆的两人血浆的pHpH正常吗？若不正常，是酸中毒还是碱中毒？正常吗？若不正常，是酸中毒还是碱中毒？甲的甲的pH= = 7.28pH= = 7.28，低于，低于7.35 7.35 属于酸中毒属于酸中毒.lg. 216 101 4分析：分析：乙的乙的pH= = 7.70pH= = 7.70，高于，高于7.45 7.45 属于碱中毒属于碱中毒.lg. 546 101 35

29、 人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是 HCOHCO3 3- - CO- CO2 2(aq)(aq) 正常血浆中正常血浆中HCOHCO3 3- - CO- CO2 2(aq)(aq)缓冲系的缓冲比为缓冲系的缓冲比为 20:120:1 HCOHCO3 3- -是血浆中含量最多的抗酸成分，称为是血浆中含量最多的抗酸成分，称为碱储量碱储量 由由肺的呼吸作用肺的呼吸作用和和肾的生理功能肾的生理功能补偿或调节使血液中的补偿或调节使血液中的HCOHCO3 3和和COCO2 2(aq)(aq)的浓度保持相对稳定。的浓度保持相对稳定。 1. 0.10 molL1. 0.

30、10 molL-1-1 NaH NaH2 2POPO4 4 与与 0.10 molL0.10 molL-1-1 Na Na2 2HPOHPO4 4 等体积等体积混合，溶液的混合，溶液的 pH pH 值为值为 A. 2.12 B. 7.21 C. 12.00 D.7.00 A. 2.12 B. 7.21 C. 12.00 D.7.00 2 . 2 . 已知已知 HAc HAc 的的 p pK Ka a = 4.75 = 4.75，用，用 HAc HAc 和和 NaAc NaAc 配制配制 pH = pH = 5.00 5.00 的缓冲溶液，缓冲比应为的缓冲溶液，缓冲比应为 A. 1/1.8 B.

31、 1.8/1 C. 1/9 D. 9/1 A. 1/1.8 B. 1.8/1 C. 1/9 D. 9/1 3.3.某缓冲溶液含有等浓度的某缓冲溶液含有等浓度的HBHB和和B B- -，已知，已知B B- - 的的K Kb b = 1.0 = 1.01010-10-10，则此溶液的则此溶液的pHpH值是值是 A.4.00 A.4.00 B.7.00 B.7.00 C.10.00 C.10.00 D.14.00 D.14.00 4. pH7.04. pH7.0的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某种酶仅能存在的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某种酶仅能存在于于pHpH为为6.906.907.157.15的培

32、养液中。已知磷酸的的培养液中。已知磷酸的p pK Ka1a1 = 2.16 = 2.16，p pK Ka2a2 = 7.21= 7.21，p pK Ka2a2 = 12.32 = 12.32，现有，现有NaHNaH2 2POPO4 4溶液，若要配制上述酶的溶液，若要配制上述酶的培养液，应加入下列哪种物质培养液，应加入下列哪种物质 A.NaOH A.NaOH B.HCl B.HCl C.NaCl C.NaCl D.HD.H2 2O O 答案答案:B:B答案答案:B:B答案答案:A:A答案答案:A:A 缓冲溶液的一些基本概念缓冲溶液的一些基本概念 缓冲溶液、缓冲比、抗酸成分、抗碱成分缓冲溶液、缓冲比、抗酸成分、抗碱成分 缓冲溶液缓冲溶液pHpH计算计算 缓冲能力与缓冲溶液总浓度及缓冲比的关系缓冲能力与缓冲溶液总浓度及缓冲比的关系 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 如何选择合适的缓冲系和总浓度如何选择合适的缓冲系和总浓度 血液中重要的缓冲系血液中重要的缓冲系 正常人血浆的正常人血浆的pHpH范围、缓冲能力最强的缓冲系及范围、缓冲能力最强的缓冲系及其缓冲比、人体如何进行调节其缓冲比、人体如何进行调节活度和活度系数活度和活度系数离子强度：离子强度：反映离子间相互作用力的强弱反映离子间相互作用力的强弱强电解质溶液强电解质溶液(