第四章 缓冲溶液-xie

第四章缓冲溶液缓冲溶液BUFFERSOLUTION第一节缓冲溶液及缓冲机制第二节缓冲溶液的pH第三节缓冲容量和缓冲范围第四节缓冲溶液的配制第五节血液中的缓冲系BufferSolution第三章缓冲溶液第一节缓冲溶液及缓冲机制pH=3↑pH=0.091L纯水中(pH=7)+1mol·L-1HCl0.1mlpH=4pH=-3↓+1mol·L-1NaOH

0.1mlpH=101L含0.1molHAc和NaAc的溶液(pH=4.75)+1mol·L-1HCl10mlpH=4.66pH=-0.09+1mol·L-1NaOH

10mlpH=4.84—缓冲溶液缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的溶液。一、缓冲溶液的缓冲作用和组成缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。(buffersolution)(bufferaction)0.1mol·L-1

NaAc—HAc常见缓冲溶液由足够浓度的共轭酸碱对组成一、缓冲溶液的缓冲作用和组成NH3-NH4ClNaHCO3-Na2CO3NaH2PO4-Na2HPO4H2CO3-NaHCO3HAc-NaAc思考：较浓的强酸（碱）是否为缓冲溶液？是否具有缓冲作用？

缓冲对(系)(bufferpair)组成缓冲溶液的共轭酸碱对浓度均为0.1mol·L-1的HAc—NaAc缓冲体系NaAc→Na++

Ac-

[HAc]、[Ac-]足够大Ac-+H+→HAc,平衡左移

HAc+H2OH3O++Ac-二、缓冲机制加少量酸：(H+)[HAc]略↑加少量碱：(OH-)HAc+OH-→Ac-+H2O,平衡右移1.2.HAc–抗碱成分NaAc–抗酸成分[Ac-]略↓[H+]基本不变[HAc]略↓[Ac-]略↑[H+]基本不变第二节缓冲溶液的pH一、缓冲溶液pH的计算公式—缓冲公式缓冲体系

HB–NaB：NaB

Na++B-HB+H2OH3O++B-Ka=[H+][B-][HB]pH=pKa+lg[B-]=[共轭酸]pKa+lg[共轭碱]Henderson-Hasselbalch

方程式缓冲比[HB]缓冲公式[HB]pH=pKa+lg[B-][B-]=c(NaB)+

c′(HB)[HB]=c(HB)-c′(HB)≈

c

B_≈cHB(配制前浓度相同VB-、VHB为混合前体积)HB+H2OH3O++B-NaB

Na++B-解离的浓度用c′(HB)表示(同一溶液V

相同)缓冲公式cHBpH=pKa+lgcB-说明：1.pH取决于缓冲系中弱酸的Ka值，受温度影响。

NH3-NH4+，H2PO4--HPO42-，2.pH与缓冲比有关。缓冲比=1时，pH

=pKa。3.稀释时cB-,cHB

同等降低,pH

基本不变。NH4+的pKaH3PO4

的pKa2例1:由0.20mol·L-1

HAc

(pKa=4.76)溶液和0.20mol·L-1NaAc溶液，等体积混合成1.0L缓冲溶液，求:（1）该溶液的pH值；（2）在该溶液中加入0.010molHCl或0.010molNaOH后，缓冲溶液的pH值改变多少单位（不考虑体积变化）？解：=4.76+lg1=4.76

+c(HAc)pH=pKalgc(Ac-)(2)加0.010molHCl

后：(1)c(HAc)=0.20/2=0.10mol·L-1

c(Ac-)=0.20/2=0.10mol·L-1c(HAc)=（0.10×1.0+0.010）/1.0=0.11mol·L-1c(Ac-)=（0.10×1.0-0.010）/1.0=0.09mol·L-1+0.11

pH=4.76lg0.09=4.67△pH=-0.09例1:由0.20mol·L-1

HAc

(pKa=4.76)溶液和0.20mol·L-1NaAc溶液，等体积混合成1.0L缓冲溶液，求:（1）该溶液的pH值；（2）在该溶液中加入0.010molHCl或0.010molNaOH后，缓冲溶液的pH值改变多少单位（不考虑体积变化）？解：(3)加0.010molNaOH

后：c(HAc)=

（0.10×1.0-0.010）/1.0=0.09mol·L-1c(Ac-)=（0.10×1.0+0.010）/1.0=0.11mol·L-1+0.09

pH=4.76lg0.11=4.85△pH=0.09第三节缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量(buffercapacity)βdna(b):缓冲溶液中加入微小量的一元强酸(碱)

物质的量；

|dpH|:为缓冲溶液pH值的微小改变量。

意义：衡量缓冲能力大小的尺度。定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变1(pH=1)时，所需加入一元强酸(碱)的物质的量。

β

常用缓冲溶液的β的范围一般在0.01-0.30mol·L-1·pH-1β越大，缓冲能力越强（不作要求）缓冲容量影响β的因素缓冲比一定时,c总越大,β越大；二、缓冲范围：1.总浓度2.缓冲比

[B-][HB](pKa－1

＜pH＜pKa＋1)pH＝pKa±1缓冲比1缓冲作用的有效区间稀释时，c总↓，β↓。c总=[B-]+[HB]≈

c(B-)+c(HB)

c总一定时，缓冲比=1，pH=pKa,缓冲能力最强

缓冲比1，pHpKa,β↑

135791113abcdefbpH0.080.020.040.060.10a.HClb.0.2mol-1

HAc+NaOHc.0.1molL-1

HAc+NaOHd.0.05molL-1KH2PO4+NaOHe.0.05molL-1H3BO3+NaOHf.NaOH....L影响β的因素第四节缓冲溶液的配制一、配制方法⒈选择缓冲系4.pH值校正。⒊计算所需缓冲对物质的量。⒉控制缓冲对的总浓度。使所配缓冲溶液pH∈(pKa±1)，且pKa。

缓冲系物质稳定、无毒，不能与溶液发生反应。

pH=5.00

c总=0.05～0.2mol·L-1HAc-NaAc例2

配制pH=5.00的缓冲溶液100ml,总浓度为0.1mol·L-1，应选择哪种缓冲对？如何配制？解：选用0.10mol·L-1HAc-0.10mol·L-1NaAc

设需HAcχml，则NaAc为（100-χ）ml

∴VHAc=χ≈36ml

pH=4.76

+xlg100-x

VNaAc=100-χ≈64(ml)例3

在浓度为0.05mol·L-1的Tris（三羟甲基氨基甲烷）溶液50ml中，加入浓度为0.05mol·L-1

的HCl

溶液多少ml，用水稀释到100ml后溶液的pH值为7.40？已知Tris·H+

的pKa=8.08解：设需加入HCl

溶液xml平衡n(mmol)0.05(50-x)0.05x∴x=42.7mlTris+H+→Tris·H+起始n(mmol)0.05×500.05x用0.10mol·L-1HAc

和固体NaOH配制缓冲溶液,其总浓度是多少?(不考虑体积V变化)HAc+OH-→Ac-+H2O反应后n(mol)0.1V

-x

x起始n(mol)0.1Vx设NaOH的物质的量为xmol=0.1(mol·L-1)V0.1V

-x+xVc总=第五节血液中的缓冲系一、血液的主要缓冲体系是H2CO3-HCO3-正常人血浆的pH值约为7.35~7.45

H2O+CO2H2CO3H++HCO3-pKa

=6.10其中抗酸成分为HCO3-(碱储

)、抗碱成分为H2CO3。

(18/1―22/1)酸中毒碱中毒练习：用0.025mol·L-1的H3PO4溶液配成pH为7.4的缓冲溶液100ml，需加入0.025mol·L-1的NaOH溶液与之中和，试计算所需H3PO4溶液与NaOH溶液的体积。解:设需H3PO4

xml；与H3PO4反应的NaOH为

xml，与H2PO4-反应的NaOH为yml，需NaOH总体积(x+y)ml。

H3PO4+OH-=H2PO4-

+H2O∵x+x+y=100∴y=100-2x

解得：x=38.34(ml)，即需要H3PO438.34ml。NaOH需要：100-38.34=61.66(ml)

H2PO4-

+OH-=HPO42-

+H2O0.025x-0.025y0.025y

0.025y反应量mmol0.025x

0.025x

0.025x1、混合物一定是缓冲溶液。2、由于在HAc溶液中存在HAc与Ac-的质子转移平衡，所以HAc溶液是缓冲溶液。3、将NH3－NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶液中的[OH-]将减少到原来的1/2。4、缓冲溶液用少量水稀释时，虽然溶液的体积改变，共轭酸浓度与共轭碱浓度的比值不改变，所以其pH值基本不会有改变。5、NH4Cl-NH3·H20缓冲溶液的pH值大于7，所以不能抵抗少量强碱。6、同一缓冲系的缓冲溶液，总浓度相同时，只有pH=pKa的溶液，缓冲容量最大。7、将等体积的0.2mol·L-1HCl与0.2mol·L-1NH3·H2O混合，所得的溶液缓冲能力很强。8、缓冲溶液就是能抵抗外来酸碱影响，保持pH绝对不变的溶液。9、0.1mol·L-1KH2PO4与0.05mol·L-1

NaOH以等体积混合，可以配制成缓冲溶液。10、由HB和NaB组成的缓冲溶液，HB和B-的平衡浓度近似等于c(HB)和c(NaB)。一、判断题×××√×√××√√二、选择题

1.将下列各组溶液等体积混合后，无缓冲作用的是A.相同浓度的HCl和KClB.相同浓度的HCl和NH3·H2OC.0.20mol·L-1KH2PO4和0.10mol·L-1HClD.0.20mol·L-1HAc和0.10mol·L-1NaOH2.欲配制pH=9.0的缓冲溶液，最好选用下列缓冲系中的A.Tris-Tris·H+(pKa=8.08)B.甲酸（pKa=3.745）C.碳酸（pKa=6.35）D.NH3-NH4Cl（pKb=4.75）

3.向0.30mol·L-1HAc(pKa=4.76)溶液中加入NaAc

晶体，使NaAc的浓度为0.1mol·L-1，则溶液的pH接近于A.5.72B.5.29C.4.28D.4.76

4.下列各缓冲溶液中缓冲容量最大的是A.800mL中含有0.10molHAc和0.10molNaAcB.1000mL中含有0.10molHAc和0.10molNaAcC.600mL中含有0.10molHAc和0.10molNaAcD.500mL中含有0.05molHAc和0.06molNaAc计算题：将0.1mol·L-1H3PO4200ml和0.1mol·L-1NaOH溶液300ml混合配制成缓冲溶液，求此缓冲溶液的pH值pKa1=2.12Na2HPO4+H2ONa3PO4+H2O解题分析：首先需确定组成此缓冲溶液的缓冲对，H3PO4与NaOH反应分三步进行其中200ml0.1mol·L-1NaOH溶液和给定的H3PO4反应，生成0.10×200mmol的NaH2PO4，剩余的100mlNaOH溶液和NaH2PO4反应生成0.10×100mmol的Na2HPO4，反应进行到第二步。此时缓冲对为H2PO4-

—HPO42-，需按H3PO4的二级解离常数Ka2进行计算。H3PO4+NaOHNaH2PO4+NaOHNa2HPO4+NaOHNaH2PO4+H2O

pKa2=7.21pKa3=12.67解：H3PO4与NaOH溶液混合后总体积为500ml，反应后[H2PO4-]==0.02mol·L-1[HPO42-]=