医用基础化学课件-第三章缓冲溶液.ppt

1、第三章 缓 冲 溶 液,第一节 缓冲溶液及缓冲机制 第二节 缓冲溶液的pH值 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,教 学 要 求,掌握缓冲溶液的组成和缓冲机制,熟练进行缓冲溶液pH值的计算,熟悉缓冲容量的概念及其影响因素,熟悉缓冲溶液的配制,熟悉缓冲溶液在医学上的意义,100mL HCl pH = 5.00,滴加少量强酸、强碱后pH变化很大,滴加1ml 1molL-1HCl,滴加1ml 1molL-1NaOH,100mL 醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00,滴加少量强酸、强碱pH几乎不变,滴加1ml 1molL-1HCl,滴加1ml 1molL-1NaOH

2、,实 验 小 结,100 mL HCl pH = 5.00,滴加1ml 1molL-1HCl,pH=2.00,滴加1ml 1mol L-1NaOH,pH=12.00,100 mL HAc NaAc pH = 5.00,滴加1ml 1molL-1HCl,pH=5.02,滴加1ml 1mol L-1NaOH,pH=4.98,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,一、缓冲溶液的缓冲作用和组成,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,缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用,一、缓冲溶液的组成,缓冲溶液的组成一般分为三类：,1. 弱酸及其共轭碱组成的缓冲液 HAc Ac-,

3、 HCN CN-, H2CO3HCO3-,2. 弱碱及其共轭酸组成的缓冲液 NH3 NH4+, CH3NH2 CH3NH3+ ,3. 酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液 H2PO4- HPO42- , HCO3- CO32- ,甲胺-甲胺盐酸盐,缓冲溶液由有足够浓度的一对共轭酸碱对的两种物质组成,组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。,二、缓冲机制,NaAc,Na Ac-,抗酸成分：缓冲对中的共轭碱,抗碱成分：缓冲对中的共轭酸,第二节 缓冲溶液的pH,NaB,Na B-,Henderson-Hasselbalch方程式,缓冲比,公式的几

4、种变形,若用同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，可用下列公式,结论：,缓冲溶液的pH取决于缓冲系中弱酸的pKa， 温度对其有影响,同一缓冲系的缓冲溶液，pH随缓冲比的改变而改变,缓冲溶液在稍加稀释时，pH基本不变。只有当稀释到一定程度（溶液电离度和离子强度发生较大变化），溶液pH 会发生变化。,缓冲比等于1时，pHpKa,例题,计算0.10molL-1NH3 50mL和0.20molL-1 NH4Cl 30mL混合溶液的pH。K(NH3)=1.7910-5,pH9.17,例 题,计算： 1. 0.50molL-1HAc和0.50molL-1 NaAc混合溶液的pH。 2. 在上述1.0L缓

5、冲溶液中加入0.020mol固体NaOH后， 溶液的pH。 3. 在上述1.0L缓冲溶液中加入0.020mol HCl后， 溶液的pH。 K(HAc)=1.7610-5,pH=4.74 pH=4.81 pH=4.67,例题：,“将NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶液中的OH- 减少到原来的1/2”，对吗？,答：错！,思考题：,判断正误： 0.1molL-1HAc 与0.1molL-1NaAc等体积混合配制的缓冲溶液pH = 4.75，是酸性溶液，所以只能抗碱不能抗酸。,第三节 缓冲容量和缓冲范围,一、缓冲容量,定义：单位体积缓冲溶液的pH改变1时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量,衡量

6、缓冲能力大小的尺度,def,dn和V一定，|dpH|愈小，愈大，缓冲能力越强,加入微小量的一元强酸或一元强碱的物质的量,pH的微小改变量,恒大于0,|dpH|和V一定，dn愈大，愈大，缓冲能力越强,molL-1pH-1,缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系,HB B-,缓冲容量随缓冲溶液pH改变而改变,c总HB+B-,缓冲容量随缓冲溶液HB、B-及c总的改变而改变,影响缓冲容量的因素,(1) 0.05 molL-1 HCl (4) 0.05 molL-1KH2PO4+NaOH (2) 0.1molL-1 HAc+NaOH (5) 0.05 molL-1 H3BO3+NaOH (3) 0.2molL-1

7、 HAc+NaOH (6) 0.02molL-1 NaOH,4.75,影响缓冲容量的因素,3. 缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量越大,2. 总浓度一定时，缓冲比为1:1时，缓冲容量极大,1. 强酸、强碱溶液，浓度越大，缓冲容量越大,4. 不同的缓冲系，c总相同，极大相同,例题：,下列溶液最大的是： A. 1L中含0.06molHAc 与0.03molNaAc B. 1L中含0.05molHAc 与0.04molNaAc C. 1L中含0.02molHAc 与0.07molNaAc D. 1L中含0.01molHAc 与0.08molNaAc,c总都为0 .09mol L-1， 再看缓冲比，哪个

8、接近1:1，所以选 B,思考题：,判断正误： 0.1molL-1 HAc 与0.1molL-1 NaOH等体积混合后，该溶液缓冲容量最大。,二、缓冲范围,缓冲比大于10:1或小于1:10，缓冲溶液失去缓冲能力,缓冲范围：,pHpKa1,第四节 缓冲溶液的配制,一、缓冲溶液的配制方法,1. 选择合适的缓冲系,pH在pKa1范围内 pH接近pKa,2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜,0.050.2molL1,3. 计算所需缓冲系各物质的量,4. 校正,例题：,已知: H3PO4的各级酸常数是pKa1=2.12, pKa2=7.21, pKa3=12.67。 问：欲配制pH = 7.40的缓

9、冲溶液，应选择什么作缓冲对？,而Ka 2是H2PO4-的酸常数， H2PO4-作共轭酸， 则共轭碱就是HPO42-,解: pKa2=7.21最接近7.40,应该选择H2PO4-HPO42-作缓冲系,例题：,已知:pKa(HAc)=4.75, pKb(NH3)=4.75, pKa(H2PO4-)=7.21 若配制pH= 9 的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？ A. HAc-NaAc B. NH3-NH4Cl C. NaH2PO4 -Na2HPO4,B 最好, pKNH4+ =14.004.75 = 9. 25,例题：柠檬酸（H3Cit）及盐是一种多质子酸缓冲体系，常用于培养基中。如在 0.20

10、0 molL-1 柠檬酸 500 ml 中，需加入 0.400 molL-1 的NaOH溶液多少毫升，才能配成 pH5.00 的缓冲溶液？（已知H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40）,解: 选择缓冲系为：H2Cit-HCit2,溶液中 n(H3Cit) = 0.2000.500 = 0.100mol = n (H2Cit) + n (HCit2),反应耗去NaOH的物质的量： n(NaOH)10.0365 + 20.0635 0.1635 mol,n(NaOH)=c(NaOH) V(NaOH),V(NaOH) = 0.1635/0.400 = 0.4088 L

11、 = 408.8mL,思考题：,缓冲溶液既可以用共轭酸碱对混合配制而成，也可用在某种弱酸中加入 NaOH 或在某种弱碱中加入 HCl 配制而成。 在1L 0.1 molL-1 的 HAc 中加入少量固体NaOH，若溶液体积不变，问总浓度为多少？随着NaOH的不断加入，该缓冲溶液的总浓度将如何变化？,二、标准缓冲溶液,pKa1=2.98，缓冲范围为1.983.98,pKa2=4.30，缓冲范围为3.305.30,体系中有足够浓度的抗酸、抗碱成分，且两个缓冲范围有重合，增强缓冲能力。,第五节 血液中的缓冲系,正常人血浆的pH值约为7.35 7.45,6.10,正常人血浆pH：,讨论：,人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是 HCO3- CO2(aq),正常血浆中HCO3- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为 20:1,HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，称为碱储,由肺的呼吸作