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PAGE1贵阳医学院教案首页教学内容：教材名称（版次）《基础化学》第五版起止章节页54页~66页讲授题目缓冲溶液计划用学时3学时教学要求：掌握内容1.缓冲溶液的缓冲作用2．缓冲溶液pH值的计算3．缓冲溶液的配制熟悉内容1.缓冲溶液的组成2.缓冲容量及缓冲范围了解内容1.标准缓冲溶液2.血液中的缓冲系教学要点：重点:：缓冲溶液pH值的计算，缓冲溶液的配制。难点：缓冲溶液pH值的计算和缓冲溶液配制的计算。教学进程：第一节缓冲溶液及缓冲机制（步骤）一.缓冲溶液及其组成二.缓冲机制第二节缓冲溶液pH值的计算一.缓冲溶液pH值的近似计算公式第三节缓冲容量及缓冲范围一.缓冲容量二.影响缓冲容量的因素三.缓冲范围第四节缓冲溶液的配制一.缓冲溶液的配制方法二.标准缓冲溶液第五节血液中和缓冲系教学方法课件讲授参考资料1.高鸿《分析化学》福建科学出版社1988年2．《人体体液是怎样维持其pH和物种浓度的》大学化学1987（1）3．董元彦等《无机及分析化学》科学出版社2000年作业67页4、5、6、7、968页12、13、15教案续页辅助手段和时间分配基本内容第四章缓冲溶液第一节缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液及其组成在1L含HAc和NaAc均为0.10mol的溶液中,分别加入0.010molHCl或0.010molNaOH，pH从4.75下降到4.66或上升到4.84，pH的改变仅为0.09个单位。在一定范围内加水稀释时，HAc和NaAc混合溶液的pH改变幅度也很小。以上事实说明，由HAc和NaAc组成的溶液，具有抵抗少量外加强酸、强碱，或有限量稀释时可保持pH基本不变的能力能抵抗少量外来强酸、强碱而保持其pH基本不变的溶液称为缓冲溶液（buffersolution）。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用（bufferaction）。缓冲溶液一般是由具有足够浓度、适当比例的共轭酸碱对的两种物质组成。例如：HAc-NaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等还可用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲溶液，如：HAc（过量）+NaOHHCl+NaAc（过量）组成共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系或缓冲对。缓冲溶液中具有抗碱作用的是弱酸称抗碱成分，缓冲溶液中具有抗酸作用的是弱酸称抗酸成分。常见的缓冲系列于表4-1中。辅助手段和时间分配基本内容二、缓冲机制现以HAc-NaAc组成的缓冲溶液为例HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq)（大量）（大量，包括NaAc提供的1当向该溶液中加入少量强酸（H3O+）时，H3O+将质子传递给溶液中大量的Ac-，H3O+(aq、外来)+Ac-(aq)HAc(aq)+H2O(l)由于Ac-浓度较大，故达到平衡时HAc略有增加，pH值不变；2．当加入少量强碱（OH-）时，溶液中的HAc与OH-结合，OH-(aq、外来)+H3O+(aq)2H2O平衡右移，由于HAc是大量的，足以中和OH-，HAc略有增加，pH值不变。由此HAc是抗碱成分，Ac-是抗酸成分。缓冲作用是在有足量的抗酸成分和抗碱成分共存的缓冲体系中，通过共轭酸碱对之间的质子转移平衡移动来实现的。第二节缓冲溶液pH的计算一．缓冲溶液pH的近似计算公式(HB)-(B-)组成的缓冲溶液中，HB-B-之间的质子转移平衡为：HB+H2OH3O++B-平衡时：[H3O+]＝Ka×pH＝pKa+lg＝pKa+lg上式为Henderson—Hasselbalch方程式，式中pKa为弱酸的解离常数的负对数，[HB]和[B-]均为平衡浓度。[B-]与[HB]的比值称为缓冲比，[B-]+[HB]为缓冲溶液的总浓度。辅助手段和时间分配例1例2基本内容由缓冲公式可知：(1)缓冲溶液的pH主要取决于弱酸的pKa，其次是缓冲比。当pKa一定，缓冲溶液的pH只取决于缓冲比。当缓冲比等于l时，pH=pKa。弱酸的解离常数Ka只与温度有关。(2)在一定范围内加水稀释时，缓冲比不变，则由公式计算的pH也不变，即缓冲溶液有一定的抗稀释能力。(3)若以n(HB)和n(B-)分别表示V体积共轭酸碱的物质的量，则pH＝pKa+lg＝pKa+lg若使用相同浓度的弱酸及共轭碱，即c(HB)=c(B-)，则有pH=在500ml0.200mol·L-1NH3·H2O中，加入4.78gNH4Cl固体，配制1升缓冲溶液，求此缓冲溶液的pH。NH3的pKb＝4.75，则NH4+的pKa=14.00-4.75=9.2c(NH3)=0.200/2mol·L-1=0.100mol·L-1pH=pKapH接近于7.0的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某种酶仅能存在于pH为6.90~7.15的培养液中。求含有0.225mol·L-1HPO42-和0.330mol·L-1H2PO4-的溶液的pH。若在250ml该溶液中分别加入0.20g及0.40gNaOH固体，酶会分解吗？解:可知H3PO4的pKa2＝7.21，pH=pKa27.21+lg＝7.21-0.17＝7.04辅助手段和时间分配基本内容这是一个适合于酶存在的缓冲溶液。=2\*GB2⑵加入的NaOH为:0.20g/(40.0g·mol-1)=0.005mol[OH-]=0.005mol/0.25L=0.020mol·L-1[HPO42-]=(0.225mol·L-1+0.020mol·L-1)=0.245mol·L-1[H2PO4-]=(0.330mol·L-1－0.020mol·L-1)=0.310mol·L-1pH=pKa2⑶加入的NaOH为:0.40g/(40.0g·mol-1)=0.010mol[HPO42-]=(0.225mol·L-10.040mol·L-1)=0.265mol·L-1[H2PO4-]=(0.330mol·L-1－0.040mol·L-1)=0.290mol·L-1pH=pKa2结果显示，0.20gNaOH加到缓冲溶液中，该酶能稳定存在；而0.40gNaOH加到缓冲溶液中，将使溶液pH有较大的改变，超过了酶能稳定存在的限度，酶会分解。第三节缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量(buffercapacity)缓冲容量β作为衡量缓冲能力大小的尺度。通常用使单位体积缓冲溶液的pH改变1个单位时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量表示缓冲容量，用微分式定义为defβdefdna(b)是缓冲溶液中加入的微小量一元强酸(dna)或一元强碱辅助手段和时间分配基本内容(dnb)的物质的量，单位是mol或mmol；|dpH|为缓冲溶液pH的改变量。V是缓冲溶液的体积，单位为L或ml。β恒为正值。在dna(b)和V一定的条件下，pH改变值|dpH|愈小，β愈大，缓冲溶液的缓冲能力愈强。缓冲容量与缓冲溶液的总浓度(c总＝[HB]+[B-])、以及[HB]和[B-]的关系：β＝＝2.303×[HB][B-]/c二、影响缓冲容量的因素1．总浓度对β的影响对同一缓冲系，当缓冲比一定时，总浓度愈大，缓冲容量愈大。书图4-1例出了总浓度与缓冲容量的关系。一般当总浓度为0.02~0.05mol·L-1,β约为0.02~0.012．缓冲比对β的影响总浓度一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大；缓冲比愈远离1(即pH愈远离pKa)，缓冲容量愈小。缓冲比等于1(即pH＝pKa)时，缓冲系有最大缓冲容量。缓冲比等于1时，缓冲系的β值最大：当缓冲比大于10∶1或小于1∶10时，可认为缓冲溶液已基本丧失了缓冲能力。因此，一般认为缓冲比在1/10~10/1范围内，缓冲溶液才能有效发挥缓冲作用。通常把pH＝pKa±1作为缓冲辅助手段和时间分配基本内容作用的有效区间，称为缓冲溶液的有效缓冲范围第四节缓冲溶液的配制—、缓冲溶液的配制方法配制缓冲溶液的原则和步骤如下：1．选择合适的缓冲系：使所需配制的缓冲溶液的pH在所选的缓冲系的缓冲范围(pKa±1)之内，并尽量接近于弱酸的pKa，以使所配缓冲溶液有较大的缓冲容量。例如配制pH为3.9的缓冲溶液，可选择HCOOH－HCOO-缓冲系，因为HCOOHpKa=3.74，与3.9接近。2．配制的缓冲溶液的总浓度要适当：总浓度太低，缓冲容量。过小；总浓度太高，一方面离子强度太大适用，因此，在实际工作中，一般使总浓度在0.05mol·L-1～0.2mol·L-1范围内为宜3．计算所需缓冲系的量：选择好缓冲系之后，就可根据或体Henderson－Hasselbalch方程式计算所需弱酸及其共轭碱的量积。为配制方便，常常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。4．校正例如何配制pH=4.50的缓冲溶液1000m1?解：（1）选择缓冲系：查表4-1，HAc的pKa＝4.75，接近于所配缓冲溶液的pH，选用HAc-Ac-缓冲溶系（2）确定总浓度：选用0.10mol·L-1的HAc和0.10mol·L-1NaAc溶液，设需的体积为V(Ac-)，辅助手段和时间分配温度系数＞0时表示缓冲溶液的pH随温度的升高而增大；温度系数＜0，则表示缓冲溶液的pH随温度的升高而减小基本内容pH＝pKa+lg4.50＝4.75+lglg＝4.50-4.75＝-0.25＝0.562V(Ac-)＝360ml，所需醋酸的体积为1000ml－360ml＝640ml将360ml0.10mol·L-1NaAc溶液与640ml0.10mol·L-1HAc溶液混合，就可配制1000mlpH为4.50的缓冲溶液。例用某二元弱酸H2B配制pH=6.00的缓冲溶液，问应在450mlc(H2B)=H2B0.100mol·L-1的溶液中，加入0.100mol·L-1的NaOH溶液多少毫升?已知的pKa1=1.52、pKa2=6.30.(忽略溶液体积加合引起的体积变化)。解:根据配制原则，应选HB-–B2-缓冲系，质子转移反应分两步进行：(1)H2B+NaOH=NaHB+H2O将H2B完全中和生成NaHB，需00mol·L-1NaOH450ml，并生成NaHB450×0.100=45.0mmol（2）0.1NaHB+NaOH=Na2B+H2O设中和部分NaHB需NaOH溶液的体积V(NaOH)=xml，则生成Na2B0.100xmmol，剩余NaHB(45.0-0.100x)mmol解得x=150即V(NaOH)=xml=150ml共需NaOH溶液的体积为：450ml+150ml=600ml二、标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力。标准溶液是用来校准pH计的，即应用pH计测定溶液pH时，必须用标准缓冲溶液辅助手段和时间分配校正仪器。些常用标准缓冲溶液的pH及温度系数列于表4-6辅助手段和时间分配基本内容第五节血液中的缓冲系血液中存在的缓冲系主要有：血浆中：H2CO3-HCO3-、H2PO4--HPO42-、HnP-Hn-1P-(HnP代表蛋白质)红细胞中：H2b-Hb-(H2b代表血红蛋白)、H2bO2-HbO2-(H2bO2代表氧合血红蛋白)、H2CO3-HCO3-、H2PO4--HPO42-碳酸缓冲系的浓度最高，在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。二氧化碳是人体