缓冲溶液精品课件

1、缓冲溶液第1页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二1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。第2页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二2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.

2、35 7.45 酸中毒(糖尿病酮症酸中毒 )与碱中毒维持体液的pH值恒定非常重要第3页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二3纯水（1L）加1 molL-1 NaOH 10ml加1 molL-1 HCl 10mlpH=7pH=12pH=20.1molL-1 HAc 和0.1 molL-1 NaAc混合液（1L）加1 molL-1 HCl 10ml加1 molL-1 NaOH 10mlpH=4.65CpH=4.74CpH=4.79C?第4页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二4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、

3、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。 第5页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二53.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缓冲系(缓冲对)弱酸(抗碱成分)弱碱(抗酸成分) 缓冲溶液第6页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二6表1 常见的缓冲系 缓冲系 弱酸 共轭碱 pKa（25 ）HAc -NaA

4、c HAc Ac- 4.75H2CO3-NaHCO3 H2CO3 HCO3- 6.37H3PO4-NaH2PO4 H3PO4 H2PO4 2.12NaH2PO4-Na2HPO4 H2PO4 HPO42- 7.21H3BO3-NaH2BO3 H3BO3 H2BO3 9.14H2C8H4O4 H2C8H4O4 HC8H4O4- 2.92 -KHC8H4O4NH4Cl-NH3 NH4+ NH3 9.25Na2HPO4 -Na3PO4 HPO42- PO43- 12.67第7页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二7二、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

5、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:NaAc Na+ + Ac-HAc H+ + Ac-第8页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二8Ac-抗酸成分 外加酸 ，H+增大 HAc H3O+ Ac 平衡移动方向 NaAc Na+ + Ac-HAc抗碱成分 +OH- 外加碱 ，OH-增大 HAc H3O+ + Ac 平衡移动方向 NaAc Ac- + Na+ H2OH+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。第9页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二9 在缓冲体系中： 加水

6、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。外加少量强酸：外加少量强碱 ：实质：是共轭酸碱对之间质子转移平衡发生移动 的过程。第10页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二10练习，判断下列说法： 20ml 0.025 molL-1 HAc和10ml 0.025 molL-1NaOH的混合液是否具有缓冲作用；酸性缓冲溶液（H3PO4NaH2PO4）（pH=2.12）对外来酸有抵抗作用，对外来碱是否具有抵抗作用。 下列溶液是具有缓冲作用(1) 1 L水中加入0.01 molL-1HAc和0.01 molL-

7、1 NaAc各一滴。 (2)含0.1 molL-1 NaOH和0.1 molL-1NaCl溶液。(3)含0.02 molL-1 HCl和0.02 molL-1NH3等体积混合。第11页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二11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+ + BKa = H3O+B HBH3O+ = Ka HB B pH = pKa + lg BHB Henderson-Hasselbalch方程式第12页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二12pH = pKa + lg BHB BHB

8、式中 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pH = pKa + lg cBcHB = pKa + lg nB/VnHB/V第13页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二13pH = pKa + lg nB/VnHB/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 = pKa + lg nBnHB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Ka 。(pH值与温度有关。 )（2）缓冲系一定时， Ka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

9、比不变，故pH不变。第14页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二14例1 0.080 molL-1HAc和0.20 molL-1NaAc等体积混合成1L缓冲溶液 求此溶液的pH值？ 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： 加入HCl，缓冲溶液pH值的改变值第15页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二15 加入NaOH，1L溶液中其浓度为0.010molL-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？第16页，共40页，2022年，5月20日，20

10、点26分，星期二16二、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 = pKa + lg aBaHB= pKa + lg BBHBHB= pKa + lg + lg B HBBHB= 近似值 + 校正因数第17页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二17 表3 三种离子强度下的校正因数 z+1NH4+-NH30HAc-Ac-1H2PO4-HPO42-2HPO42-PO43- I0.010.050.10+0.04+0.08+0.11-0.04-0.08-0.11-0.13-0.25-0.32-0.22-0.

11、42-0.53第18页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二18例2： 已知25时，H2CO3的pKa= 6.38，现将CO2加压后达到饱和的H2CO3溶液(0.30molL-1)，与0.10 molL-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第19页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二19 (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

12、度根据表3，当z = 0，I = 0.050 时，第20页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二20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 = nBV pH加酸 = - nAV pH第21页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二21例3 0.080 molL-1HAc和0. 20 molL-1NaAc

13、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： nA=0.010（mol） pH = 5.00 5.14= -0.14 在1L缓冲溶液加0.010mol NaOH，则 nB =0.010（mol） pH = 5.305.14 = 0.16第22页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二22二、影响缓冲容量的因素由 = nV pH计算得出的为某pH变化范围内的平均值 ,而某一pH时的瞬时值为 = dnV d pH由此可见，

14、 是随pH的变化而变化的.第23页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二23（1）缓冲溶液总浓度的影响溶液 HB/B- c总bpH1230.25/0.250.10/ 0.100.025/0.0250.50 0.200.0500.010.010.010.034 0.0860.340.290.120.029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，越大，缓 冲能力越大。 一般c总在0.050.2 molL-1范围内最好。 c缓总太小，太小；c缓总过大，离子强度大；第24页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二24溶液12345AC

15、molL-1HAc molL-1Ac/HAc总浓度未加碱前pH加碱后pHpH0.020.181/90.203.803.870.070.0420.050.151/40.204.154.190.040.080.100.101/10.204.744.780.03（最小）0.10（最大）0.150.054/10.205.355.890.040.080.180.029/10.205.705.770.070.042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第25页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二25结论 1. 强

16、酸、强碱缓冲能力强，单向变化。 2.缓冲系不同，pKa不同，缓冲范围不同。 3.缓冲比一定时，总浓度越大，其max越大 ； 缓冲比一定时，总浓度相同， max相同。 HCl NaOH 0.1molL-1HAc+NaOH 0.2molL-1HAc+NaOH 0.05molL-1KH2PO4+NaOH 0.05molL-1H3BO3+NaOH第26页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二264.总浓度一定时，当B/HB =1时， 缓冲容量值最大： max = 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

17、 10，具有缓冲作用。缓冲范围：pH = pKa 1第27页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二27第28页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二28一、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pKa值尽量接近pH值 ，以使缓冲容量接近极大值。 2. 配制的缓冲溶液要有适当的总浓度。一般以0.050.20 mol L-1为宜。第四节 缓冲溶液的配制第29页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二29 3.选定缓冲系及总浓度后，根据Henderson公式计算所需弱酸

18、及其共轭碱的量。 pH = pKa + lg nBnHB= pKa + lg cBVB cHBVHB第30页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二30一般配c（B-）= c（HB），则而V总 = VB + VHB ， pH = pKa + lg VBVHB pH = pKa + lg VBV-VB-4.将求得的VB和VHB相混合。第31页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二31例4 如何配制100mLpH约为5.00的缓冲溶液？解 HAc 的pKa= 4.75, 与5.00最为接近，故选HAc-NaAc缓冲系.然后配制浓度在0.050.20 mol L-1

19、范围内(如0.10 mol L-1)相同浓度的HAc和NaAc溶液。 pH = pKa + lg VBV-VB- 5.00 = 4.75 + lg VAc100-VAc- VNaAc = 64mL , VHAc = 36mL .故将64mL浓度在0.050.20 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.第32页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二32二、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 ）50mL0.1 mol L-1 KH2PO4 + x

20、 mL0.1 mol L-1 NaOH稀释至100mL pH x 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 34.7 0.025 第33页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二332.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。表5 标准缓冲溶液 溶液 浓度/ mol L-1 pH （25 ） 温度系数 酒石酸氢钾 饱和,25 3.557 - 0.001 邻苯二甲酸氢钾

21、0.05 4.008 +0.001 KH2PO4-Na2HPO4 0.025,0.025 6.865 -0.003 Na2B4O710H2O 0.01 9.180 -0.008 第34页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二34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 H3PO

22、4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pKa1 =2.12, pKa2 =7. 21, pKa3 =12. 36,其pKa2与所配缓冲溶液的pH值最为接近，故缓冲系应为H2PO4- - HPO42-,第35页，共40页，2022年，5月20日，20点26分，星期二35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 (y - x) = 0.050 x - 0.025 y mmol pH = pKa2 + lg n(HPO42- ) n(H2P