《基础化学》教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制

1、 基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制第一节 缓冲溶液及缓冲机制第三节 缓冲容量和缓冲范围第二节 缓冲溶液pH的计算*第四节 缓冲溶液的配制*第五节 血液中的缓冲系基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制缓冲溶液及缓冲机制第一节基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制实验一具有抗酸作用H2O0.01molpH7.00pH2.00HClpH-5HAc+NaAc(0.1molL-1)pH4.75pH4.66HCl0.01molpH-0.09一、缓冲溶液的缓冲作用基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制实验二具有抗碱作用HAc

2、+NaAc(0.1molL-1)pH4.75pH4.84NaOH0.01molpH0.09H2O0.01molpH7.00pH12.00NaOHpH51L基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制纯水(1L) molL-1HAc 0.1molL-1NaAc(1L)加入加入HClNaOH加入1L纯水基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制缓冲作用在加入少量的强酸、强碱或稍加稀释后仍能保持其pH值基本不变的作用。缓冲溶液具有缓冲作用的溶液。注意：较浓的强酸和强碱(如HCl和NaOH) 也具有缓冲作用，但不是缓冲溶液基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制组成条件： HB与B- 为共

3、轭酸碱对 二者有足够的浓度例：(1) 0.1 molL-1 HAc(2) 0.1 molL-1 NaAc(3) 0.1molL-1 HAc+ 0.1molL-1 NaAcHBB-缓冲溶液(缓冲系)由 HB B- 组成二、缓冲溶液的组成基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制 组成特点： 弱酸 + 共轭碱 HAcNaAc H2CO3NaHCO3 两性物质 +共轭碱 NaHCO3Na2CO3 NaH2PO4Na2HPO4 弱碱 + 共轭酸 NH3NH4Cl 均含共轭酸碱对缓冲溶液的类型基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制常见缓冲系（共轭酸碱对） 缓冲系 pKa H3PO4 NaH2

4、PO4 HAc NaAc H2CO3 NaHCO3 NaH2PO4 Na2HPO4 NH4Cl NH3CH3NH3+Cl CH3NH2 Na2HPO4 Na3PO4共轭弱酸共轭弱碱基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制 HAcNaAc的缓冲机制HAc + H2O H3O+ + Ac-NaAc Na+ + Ac-pHH+基本不变三、缓冲作用机制抗酸成分基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制 HAcNaAc的缓冲机制HAc + H2O H3O+ + Ac-NaAc Na+ + Ac-pHOH -基本不变+ H2O抗碱成分基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制第二节缓冲溶液的

5、pH值基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制 缓冲公式H3O+ KaHBB-lg-lgpH pKa + lg HB B-平衡浓度HB + H2O H3O+ + B-基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制pH pKa + lg HB B-（1）pH pKa + lg 共轭酸共轭碱此式为计算缓冲溶液pH的Henderson-Hasselbalch方程式，又称缓冲公式。基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制同离子效应：H3O+很小 即：HB离解很少cHBHB，cB-B-HB + H2O H3O+ + B-MB M+ + B- （2）pH pKa + lg CHBCB-基础化学

6、教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制 （3）pH pKa + lg nHBnB- （2）pH pKa + lgCHBCB-同一溶液中：VHB=VB-VB-VHB基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制小结：缓冲溶液是一定浓度的共轭酸和共轭碱的混合液(2) Ka为共轭酸的酸常数(3)HBB-cHBcB-nHB缓冲比或或称为nB-（4）缓冲溶液的pH主要取决于溶液的pKa基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例:已知H3PO4的pKa1、pKa2、pKa3 HPO42-H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43-H2PO4- HPO42-H3PO4-H2PO4-H2PO4-

7、HPO42- PO43-Ka1Ka2Ka3pH = pKa1 + lgH2PO4-H3PO4HPO42-pH = pKa2+ lgH2PO4-pH = pKa3 + lgPO43-HPO42-基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例：在1L混合液中，含有0.10molL-1HAc和0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75)(1) 计算混合液的pH值解: pH pKa + lg CHBCB- pH pKa + lg CHAcCAc-= 4.75基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制(2) 在此混合液中加入0.01molHCl, 溶液的pH值=?解:NaAc + H

8、Cl HAc + NaCl pH pKa + lg CHAcCAc-4.66 pKa + lg 0.090.11基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制(3) 在此混合液中加入0.01molNaOH, 溶液的pH值=?解:HAc + NaOH NaAc + H2O pH pKa + lg CHAcCAc-4.84 pKa + lg 0.110.09基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例：在1L混合液中，含有0.10molL-1HAc和0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75)(3) 此混合液稀释一倍,溶液的pH值=?解:HAc= Ac-= 0.05molL-1

9、pH pKa + lg CHAcCAc-4.75 pKa + lg 0.050.05基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例：将0.10 molL-1的 NaH2PO4 溶液 10.0 ml 和 0.20 molL-1的Na2HPO4 溶液 1.0 ml 混合，计算该混合液的 pH 值。解： H2PO4- H+ + HPO42-基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例：将 0.10 molL-1 盐酸 100 ml 与 400 ml 0.10 molL-1 氨水相混合，求混合后溶液的 pH 值（已知NH3 的 K b = 1.76 10-5）。解：NH3 + H+ NH4+基础

10、化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制缓冲溶液pH的校正pH=pKa+lg = pKa+lg pH=pKa+ lg +lg 要较精确计算缓冲溶液pH，必须考虑溶液中离子强度的影响，用共轭酸碱的活度来代替它们的平衡浓度，则缓冲溶液pH计算公式可改写为：式中 lg 为校正因数基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制缓冲容量和缓冲范围第三节基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制缓冲容量 单位体积的缓冲溶液pH改变1时,所需加入一元强酸或一元强碱的量( mol)定义： =dnB(b)VdpH单位： molL-1pH-1 def基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制1、 与缓冲

11、比的关系A点： HB 而B- 0B点： B- 而HB 0O点：B-=1HBpHOAB缓冲溶液：HBB-总浓度一定时,缓冲容量随缓冲比的变化而规律变化影响缓冲容量的因素基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制pKaOABAO：B-HB1pHpKa红线BO：B-HB1pHpKa绿线O点：B-HB=1pH = pKaO点：pH = pKa最大基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制pKaOABpKa1pKa+1当110B-HB110时缓冲溶液具缓冲作用pH = pKa1缓冲范围 该缓冲系可以配制从pH=pKa1到pH=pKa1的缓冲溶液基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例：缓

12、冲范围缓冲对pKaHAcNaAc4.75H2PO4-HPO42-7.21NH4+NH39.25基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制pH135791113bdeb线：0.1molL-1HAc + NaOHHAcNaAc缓冲系pKad线: 0.01molL-1 KH2PO4+ NaOHH2PO4-HPO42-e线：0.1molL-1NH3 + HClNH4+NH3基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制= 2.303HBB/C总HB 共轭酸的平衡浓度B 共轭碱的平衡浓度C总 = HB B 2、 与总浓度的关系总浓度越大，越大= 2.303(HB /C总)(B /C总) C总缓冲比一

13、定时,为常数基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制pH135791113bcb线：0.1 molL-1HAc + NaOHc 线：0.2 molL-1HAc + NaOH基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制pH135791113afa线：HClf线：NaOH具缓冲容量，但不是缓冲溶液基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制缓冲比为1时，缓冲容量最大极大=2.303C总C总= 2.303(HB /C总)(B /C总) C总HB /C总=HBHB B=11B-HB=12同样：B /C总=12基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制小结： 影响缓冲容量的因素1. 缓冲比

14、一定时，c总越大，缓冲能力越强。2. c总一定时，缓冲比= 1，缓冲能力最强。3. 缓冲范围： pKa 1 pH pKa 1基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制 缓 冲 溶 液 的 配制第四节基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制一、缓冲溶液的配制方法选择合适的 缓冲系：选择缓冲溶液的pH最接近pKa的缓冲系根据pH = pKa1和缓冲容量原理 总浓度不能太小或太大 (0.050.2molL-1) 计算 n B- 和 n HB 校正稳定、无毒基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例：要配制的缓冲 溶液应选择哪一种缓冲系? H2CO3NaHCO3NaH2PONa2HPO

15、4缓冲系pKa6.377.21可选用TrisHClTris8.08基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制例：如何配制1L总浓度为0.2 molL-1的缓冲溶液。解：查表可选用NaH2PO4Na2HPO4： pKnHPO42-pH = pKa2 + lgnH2PO4-已知7.00 = 7.21nHPO42- nH2PO4-= 0.2二元一次 方程nHPO42-nH2PO4-= 0.0862 mol= 0.114 mol(Na2HPO4 12.24克)(NaH2PO413.68克) 称量二者混合溶解稀释至1000ml基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制缓冲溶液的配制方式:(1)

16、共轭酸 + 共轭碱如：HAc + NaAc(4) 特殊两性物质如：邻苯二甲酸氢钾(2) 弱酸 + 强碱 如：HAc +NaOH(过量)(3) 弱碱 + 强酸 如：NH3 + HCl(过量)COOHCOOKCOOH一元弱酸COOK一元弱碱共轭(1:1)pH = 4.00基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制血液中的缓冲系第五节基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制一、 血液的主要缓冲体系是H2CO3-HCO3-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-

17、的排泄量H2O +CO2 H2CO3 H+ + HCO3-肺肾基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制血浆pH值的计算 pKa CO2溶解 = 1.210-3 molL-1 HCO3- = 2.410-2 molL-1 虽然缓冲比已经超过理论范围，但人体是一个开放系统基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制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。基础化学教学课件第三章缓冲溶液机制、计算和配制小结 溶液pH值的计算H3O+=KaC最简式一元弱酸H3O+=Ka1C多元弱酸OH-=KbCOH-=Kb1C一元弱碱多元弱碱先求H3O+先求OH-H3O+=KaKa两性物质缓冲溶液pH pKa + l