第四章缓冲溶液

1、Chapitre 4 SOLUTION TAMPON第四章第四章 缓冲溶液缓冲溶液孟凌华孟凌华LRsum 概要概要1.1.基本概念基本概念：定义、组成定义、组成、机制机制 (dfinition, composition, mcanisme)2.2.缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值值 (pH de la solution tampon)3.3.缓冲容量和缓冲容量和缓冲范围缓冲范围 (le pouvoir tampon et la zone tampon) 4. .缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制（有实际意义）（有实际意义） ( la prparation dune solution tampon)5.

2、5. 缓冲溶液的重要性缓冲溶液的重要性(Importance de la solution tampon)La plupart de raction chimique (surtout celle dans bio-organisme) se droule dans la solution tampon pH fixe. Tous les liquides biologiques sont des solutions tampons. 第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制(Solution tampon et Mcanisme daction de tampon)n缓冲溶液的定义

3、缓冲溶液的定义 (dfinition) n缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成 (composition)n缓冲机制缓冲机制 (mcanisme daction)实验实验 (Travaux Pratiques)10mL 0.10 molL-1NaCl solution aqueuse（pH=7.00） +2滴溴百里酚蓝 (bleu de bromthymol) 绿色绿色 (verte) +2滴 (0.08mL) 0.10 molL-1 HCl (jaune) (pH=3.1) +2滴 (0.08mL) 0.10 molL-1 NaOH 蓝色蓝色 (bleu) (pH=10.9) 10mL 0.10 m

4、olL-1NaH2PO4 (di-hydrognophosphate de sodium) + 0.10 molL-1Na2HPO4 (hydrognophosphate de sodium) solution aqueuse（pH=7.21） +2滴溴百里酚蓝 绿色绿色 (verte) +2滴(0.08mL)0.10 molL-1 HCl 绿色绿色 (verte) (pH=7.20) +2滴(0.08mL)0.10 molL-1 NaOH 绿色绿色 (verte) (pH=7.22) 定义定义 (Dfinition) 缓冲溶液缓冲溶液：抵抗外来：抵抗外来少量少量强酸、强碱或强酸、强碱或稍稍加

5、加稀释，而保持其稀释，而保持其pH值值基本不变基本不变的溶液的溶液 une solution tampon est une solution qui maintient approximativement le mme pH malgr laddition de petites quantits dun acide ou dune base, ou malgr une dilution lgre.缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成 (La composition)足够浓度的共轭酸碱对足够浓度的共轭酸碱对(couple acide base conjug) 足够浓度足够浓度：0.050.20 molL

6、-1，且浓度相差10倍内缓冲对缓冲对：H2PO4-+ H2O HPO42-+ H3O+1）弱酸及其对应盐：）弱酸及其对应盐：HAc Ac-1-soit dun acide faible AH et de son anion A12）弱碱及其对应盐：）弱碱及其对应盐：NH4Cl NH4OH-soit dune base faible BOH et de son cation B+13）酸式盐及其次级盐：）酸式盐及其次级盐：NaH2PO4 Na2HPO4-soit deux hydrognosels conjugs NaH2PO4和和Na2HPO4补充题Quel(s) couple(s) de s

7、olution peut tre un tampon?1. 0.20molL-1HAc 10mL + 0.20molL-1NaOH 5mL2. 0.20molL-1HAc 10mL + 0.20molL-1NaOH 10mL3. 0.20molL-1H2CO3 10mL + 0.20molL-1Na2CO3 10mL4. 0.20molL-1HAc 10mL + 0.02molL-1NaOH 5mL5. 0.20molL-1H3PO4 20mL + 0.20molL-1NaOH 30mL6. 0.20molL-1H3PO4 20mL + 0.20molL-1NaOH 40mL7. 10-4mo

8、lL-1HAc 20mL + 10-4molL-1NaAc 20mL 1. HAc et NaAc5. NaH2PO4 et Na2HPO4 思考题：思考题： 对对H3PO4+NaOH分六种情况讨论组成缓冲对分六种情况讨论组成缓冲对的情况；的情况；NaH2PO4+H2ONaOH+H3PO41n:n) 1 (43POHNaOH1:)2(43POHNaOHnnNaH2PO4NaH2PO4 H3PO42n:n1 )3(43POHNaOHNa2HPO4NaH2PO42n:n)4(43POHNaOHNa2HPO42NaOH+H3PO4Na2HPO4+2H2O3NaOH+2H3PO4NaH2PO4+Na2

9、HPO4+3H2O3n:n2)5(43POHNaOH3n:n)6(43POHNaOHNa2HPO4 Na3PO4Na3PO43NaOH+H3PO4Na3PO4+3H2O5NaOH+2H3PO4Na2HPO4+Na3PO4+5H2O二、缓冲机制二、缓冲机制 (Mcanisme)以以HAcNaAc为例：为例：HAc + H2OH3O+ + Ac-NaAcNa+ Ac-加少量加少量H+，平衡，平衡，使，使H+ ，pH值几乎不变。值几乎不变。加少量加少量OH-，平衡，平衡，补充减少的，补充减少的H+， pH值几值几乎不变。乎不变。加少量水，加少量水，H+ 、Ac- ，同离子效应，同离子效应 ，平衡，平

10、衡 ，pH值几乎不变。值几乎不变。 第二节第二节 缓冲溶液的缓冲溶液的pH值值 Henderson-Hasselbach方程式方程式HB+H2OB-+H3O+NaBNa+B -HBB- 缓冲溶液缓冲溶液HBBlg+p=pH-aKHBBalgp=nnK 近似计算公式近似计算公式计算说明缓冲溶液的计算说明缓冲溶液的pH变化变化 10mL 0.10 molL-1NaH2PO4+ 0.10 molL-1Na2HPO4 solution aqueuse（pH=7.21） +2 gouttes (0.08mL)0.10 molL-1HCl +2 gouttes (0.08mL)0.10 molL-1NaO

11、H 22. 708. 010. 01010. 008. 010. 01010. 0lg21. 7lgppH20. 708. 010. 01010. 008. 010. 01010. 0lg21. 7lgppH21. 71010. 01010. 0lg21. 7lgppHHBBHBBHBBnnKnnKnnKaaapH值的决定因素(les facteurs qui influencent le pH)npKancB/cHB 缓冲比 (le rapport de concentration tampon)n温度 (temprature) （影响Ka）n稀释 (dilution) （影响活度因子coe

12、fficient dactivit）v 对不同缓冲对，会正确使用对不同缓冲对，会正确使用Ka。如：如：NaH2PO4 Na2HPO4，Ka 是是H3PO4的的K a2 。 NH3 NH4Cl，Ka是是NH4+的离解常数。的离解常数。P53 4-1 4-2v 缓冲溶液的缓冲溶液的pH值取决于值取决于Ka及缓冲比及缓冲比 （B-/HB） 加水稀释，缓冲比不变，加水稀释，缓冲比不变，pH也不变也不变。补充题 (exercices complmentaires) 求求100 mL 0.50 molL-1NH3H2O与与60 mL 0.50 molL-1HCl混混合后的合后的pH，在此溶液中加入，在此溶

13、液中加入100 mL 0.10 molL-1MgCl2，问，问有否有否Mg(OH)2沉淀生产？沉淀生产？ pK NH3 =4.75 Ksp Mg(OH)2 =1.8 10-11 混合后Mg2+=0.038molL-1 IP= Mg2+ OH-2=5.5 10-1210 1或1 10时， 0缓冲范围: 0.1B-/HB 10根据缓冲范围：pKa-1 pKa+1 HAc pKa=4.75 缓冲范围：HBBlgppH-aK3.755.75NaHNaH2 2POPO4 4-Na-Na2 2HPOHPO4 4组成的缓冲溶液，组成的缓冲溶液，pKpKa2 a2 =7.21=7.21理论缓冲范围：理论缓冲范

14、围：6.21-8.216.21-8.21NHNH3 3-NH-NH4 4ClCl组成的缓冲溶液，组成的缓冲溶液，p pK Kb b =4.75=4.75理论缓冲范围：理论缓冲范围：3.75-5.753.75-5.75（错误）（错误）(p(pK Ka a =14.00-4.75=9.25)=14.00-4.75=9.25) 应该：应该：8.25-10.258.25-10.25！实际缓冲范围与理论缓冲范围有误差！实际缓冲范围与理论缓冲范围有误差实例：第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 (La prparation)、缓冲溶液的配制方法 ：1.自行配制 (prparer soi-mme)2.

15、查表配制 (rfrer aux tables dj tablies)二、标准缓冲溶液 (solution tampon talon)应用于pH计校正。 1.1.选择适当的缓冲系选择适当的缓冲系 无毒，稳定，不反应范围内在接近，并且与1pKpHpHpKaa例例: :欲配欲配pH=4.5pH=4.5缓冲溶液缓冲溶液, ,可选择可选择)20. 7pK(HPONaPONaH.D)75. 3pK(HCOONaHCOOH.C)76. 4pK(NaAcHAc.B)75. 4pK(ClNHNH.A2a4242)HCOOH(a)HAc(a)NH(b433(B)NH(b)NH(a34pK14pK自行配制自行配制

16、(prparer soi-mme) 2.2.配制的缓冲溶液的总浓度要适当配制的缓冲溶液的总浓度要适当太太低低，缓缓冲冲容容量量太太小小适适用用 太太高高，渗渗透透浓浓度度大大，不不0.050.2mol/L3.3.计算各缓冲成分所需要的量计算各缓冲成分所需要的量4.4.校正校正（pH计 ）(ajuster par le pH mtre)酸碱nnlgapKpH为使操作方便，常用相同浓度的共轭酸碱对。实例：p57 4-4 4-5练习练习：若配制若配制pH为为5.00缓冲液缓冲液500 ml，现有，现有6 molL-1的的HAc 34.0 ml，问需加入，问需加入NaAc3H2O晶体多少克？如何配？如

17、加入晶体多少克？如何配？如加入2 molL-1 NaOH溶液，需多少溶液，需多少ml? （需（需NaAc3H2O晶体晶体49.4 g。需需NaOH溶液溶液65.3 ml。）。）查表配制查表配制 (rfrer aux tables dj tablies)无特殊要求可按: p58 表4-3 表4-4（医学、生物学）Tris的结构 TrisHCl的结构 tri(hydroxymthyl)-aminomthane chlorure de tri(hydroxymthyl)-aminomthane 三(羟甲基)甲胺NaCl：维持一定的渗透压和离子强度CCH2H2CCH2NH2OHOHHOCCH2H2CC

18、H2NH3+Cl-OHOHHO标准缓冲溶液标准缓冲溶液 (solution tampon talon)购买pH计时配置，用作校正 25酒石酸氢钾酒石酸氢钾 (bitartrate de potassium) (KHC4H4O6) pH=3.557邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾 (phtalate dhydrogne de potassium) pH=4.008硼砂硼砂 (borate de sodium) (Na2B4O710H2O) pH=9.1801.硼砂（硼砂（Na2B4O710H2O）B4O72-+H2O2HBO2+2BO2-酒石酸氢钾、邻苯二钾酸氢钾酒石酸氢钾、邻苯二钾酸氢钾和和硼砂硼

19、砂标准标准缓冲溶液，都是缓冲溶液，都是由一种化合物由一种化合物配制而成配制而成所列物质，为什么可单独配置缓冲溶液？所列物质，为什么可单独配置缓冲溶液？共轭碱）共轭碱）sodium sodium dede e e（mtaborat（mtaboratNaBONaBO弱酸）弱酸） e emtaboriqumtaboriqu （acide（acideHBOHBO缓冲溶液缓冲溶液2 22 22.酒石酸氢钾酒石酸氢钾 （KHX）KHXpH=1/2（ pKa1 + pKa2 ）=3.64+H+-H+C4O4O62-HC4O4O6-H2C4O4O6 pKa1=2.98 pKa2=4.30第五节第五节 血液中的

20、缓冲系血液中的缓冲系 (Le systme tampon dans le sang)人体血液pH (le pH du sang humain) : 7.357.45 pH7.45 碱中毒 (Alcalose)血浆 (plasma)主要缓冲对：(acide carbonique-bicarbonate); H2PO4- - HPO42- ; HnP - Hn-1 P- (protine)红细胞 (globule rouge)中：H2b-Hb- (hmoglobine)、H2bO2-HbO2- (oxyhmoglobine) ; H2CO3-HCO3- ; H2PO4- - HPO42- 血浆的缓

21、冲机制血浆的缓冲机制 (le mcanisme de tampon dans le plasma)CO2(溶解)+H2O H2CO3 H+ HCO3-CO2(溶解)+H2O H+ HCO3-缓冲比缓冲比：20：1 缓冲能力仍很强原因原因：敞开体系，缓冲比保持恒定 体内代谢酸性物质较多40.70012.0024.0lg10.6COHCOlg)(ppH2321溶解KKK1K2K1K2肺、肾的调节肺、肾的调节 (rgulation par le poumon et les reins) CO2(溶解)+H2O H2CO3 H+ HCO3- 肺 (poumon) 肾 (reins) （呼吸作用） （排泄作用）红细胞的缓冲机制红细胞的缓冲机制 (le mcanisme de tampon dans les globules rouges )血红蛋白的作用：CO2和O2的转运 (l