医用基础化学课件-第三章缓冲溶液.ppt

1、 第三章第三章 缓缓 冲冲 溶溶 液液第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制第二节第二节 缓冲溶液的缓冲溶液的pH值值第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系 教教 学学 要要 求求 掌握缓冲溶液的组成和缓冲机制掌握缓冲溶液的组成和缓冲机制 熟练进行缓冲溶液熟练进行缓冲溶液pH值的计算值的计算 熟悉缓冲容量的概念及其影响因素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的配制 熟悉缓冲溶液在医学上的意义熟悉缓冲溶液在医学上的意义 滴加少量强酸、强碱后滴加少量强酸、强碱后p

2、H变化很大变化很大滴加滴加1ml 1molL-1HCl滴加滴加1ml 1molL-1NaOH100mL 醋酸和醋酸钠溶液醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00滴加滴加1ml 1molL-1HCl滴加滴加1ml 1molL-1NaOH实实 验验 小小 结结100 mL HCl pH = 5.00滴加滴加1ml 1molL-1HClpH=2.00滴加滴加1ml 1mol L-1NaOHpH=12.00100 mL HAc NaAc pH = 5.00 滴加滴加1ml 1molL-1HClpH=5.02滴加滴加1ml 1mol L-1NaOHpH=4.98第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制

3、一、缓冲溶液的缓冲作用和组成一、缓冲溶液的缓冲作用和组成 缓冲溶液：能够抵抗缓冲溶液：能够抵抗外来外来少量少量强酸、强碱或强酸、强碱或稍加稀释稍加稀释而保持而保持pH基本不变基本不变的溶液的溶液 缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用抗作用一、缓冲溶液的组成一、缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成一般分为三类：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弱酸及其共轭碱组成的缓冲液 HAc Ac-, HCN CN-, H2CO3HCO3- 2. 弱碱及其共轭酸组成的缓冲液弱碱及其共轭酸组成的缓冲液 NH3 NH4+, CH3NH2 CH3N

4、H3+ 3. 酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液 H2PO4- HPO42- , HCO3- CO32- 甲胺甲胺-甲胺盐酸盐甲胺盐酸盐 缓冲溶液由有缓冲溶液由有足够浓度足够浓度的一对共轭酸碱对的一对共轭酸碱对的两种物质组成的两种物质组成组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系缓冲系(buffer system)或或缓冲对缓冲对(buffer pair)。 二、缓冲机制二、缓冲机制HAc+ H2OH3O+Ac-+NaAc Na Ac- 抗酸成分：缓冲对中的抗酸成分：缓冲对中的共轭碱共轭碱抗碱成分：缓冲对中的抗碱成分：缓冲对中的共轭酸共轭酸第二节第

5、二节 缓冲溶液的缓冲溶液的pHHB+ H2OH3O+B-+NaB Na B- BHBOHa3 KlgpHBBlgppHaa共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱 KKHenderson-Hasselbalch方程式方程式缓冲比缓冲比公式的几种变形公式的几种变形HBBlgppHa K)HB()(BlgpHBBlgppH-aaccKK )HB()(BlgpHBBlgppH-aannKK )HB()(BlgpHBBlgppH-aaVVKK 若用若用同样浓度同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，可用下列公式可用下列公式结论：结论： 缓冲溶液的缓冲溶液的pH取决于缓冲系中弱酸的取决于

6、缓冲系中弱酸的pKa， 温度对其有影响温度对其有影响 同一缓冲系的缓冲溶液，同一缓冲系的缓冲溶液，pH随缓冲比的改随缓冲比的改变而改变变而改变 缓冲溶液在稍加稀释时，缓冲溶液在稍加稀释时，pH基本不变。基本不变。只只有当稀释到一定程度（溶液电离度和离子强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），溶液度发生较大变化），溶液pH 会发生变化。会发生变化。缓冲比等于缓冲比等于1时，时，pHpKaHBBlgppHa K例题例题 计算计算0.10molL-1NH3 50mL和和0.20molL-1 NH4Cl 30mL混合溶液的混合溶液的pH。K(NH3)=1.7910-510bWa105

7、8. 5 KKK)NH()(NHlgpNHNHlgppH43a43a nnKKpH9.17例例 题题 计算：计算： 1. 0.50molL-1HAc和和0.50molL-1 NaAc混合溶液的混合溶液的pH。 2. 在上述在上述1.0L缓冲溶液中加入缓冲溶液中加入0.020mol固体固体NaOH后，后， 溶液的溶液的pH。 3. 在上述在上述1.0L缓冲溶液中加入缓冲溶液中加入0.020mol HCl后，后， 溶液的溶液的pH。 K(HAc)=1.7610-51. pH=4.742. pH=4.813. pH=4.67例题：例题： “将将NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶液中的缓冲溶液稀释

8、一倍，溶液中的OH- 减少到原来的减少到原来的1/2”，对吗？，对吗？答：错！答：错！思考题：思考题：判断正误：判断正误： 0.1molL-1HAc 与与0.1molL-1NaAc等体积等体积混合配制的缓冲溶液混合配制的缓冲溶液pH = 4.75，是酸性溶，是酸性溶液，所以只能抗碱不能抗酸。液，所以只能抗碱不能抗酸。第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量一、缓冲容量 定义：定义：单位体积单位体积缓冲溶液的缓冲溶液的pH改变改变1时，所需加时，所需加入一元强酸或一元强碱的入一元强酸或一元强碱的物质的量物质的量衡量缓冲能力大小的尺度衡量缓冲能力大小的尺度dpHd)b(aVn

9、 defdn和和V一定，一定，|dpH|愈小，愈小，愈大，缓冲能力越强愈大，缓冲能力越强加入微小量的一元强酸加入微小量的一元强酸或一元强碱的物质的量或一元强碱的物质的量pH的微小改变量的微小改变量恒大于恒大于0|dpH|和和V一定，一定，dn愈大，愈大，愈大，缓冲能力越强愈大，缓冲能力越强molL-1pH-1缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系HBBlgppHa KHB B-a(b)d2.303HBB dpHnVc 总总 缓冲容量随缓冲溶液缓冲容量随缓冲溶液pH改变而改变改变而改变c总总HB+B- 缓冲容量随缓冲溶液缓冲容量随缓冲溶液HB、B-及及c总总的改变而改变的改变而

10、改变22=2.303=0.576cccc 总总总总极极大大总总总总影响缓冲容量的因素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 HAc+NaOH (6) 0.02molL-1 NaOH4.75影响缓冲容量的因素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，缓冲比为总浓度一定时，缓冲比为1:1时，缓冲容量极大时，缓冲容量极大1. 强酸、强

11、碱溶液，浓度越大，缓冲容量越大强酸、强碱溶液，浓度越大，缓冲容量越大4. 不同的缓冲系，不同的缓冲系，c总相同，总相同，极大相同极大相同例题：例题：下列溶液下列溶液最大的是：最大的是：A. 1L中含中含0.06molHAc 与与0.03molNaAcB. 1L中含中含0.05molHAc 与与0.04molNaAcC. 1L中含中含0.02molHAc 与与0.07molNaAcD. 1L中含中含0.01molHAc 与与0.08molNaAc c总总都为都为0 .09mol L-1， 再看缓冲比，再看缓冲比，哪个接近哪个接近1:1，所以选，所以选 B思考题：思考题：判断正误：判断正误： 0.

12、1molL-1 HAc 与与0.1molL-1 NaOH等等体积混合后，该溶液缓冲容量最大。体积混合后，该溶液缓冲容量最大。二、缓冲范围二、缓冲范围缓冲比大于缓冲比大于10:1或小于或小于1:10，缓冲溶液失去缓冲能力，缓冲溶液失去缓冲能力缓冲范围：缓冲范围：pHpKa1第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法一、缓冲溶液的配制方法1. 选择合适的缓冲系选择合适的缓冲系pH在在pKa1范围内范围内pH接近接近pKa2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜0.050.2molL13. 计算所需缓冲系各物质的量计算所需缓冲系各物质的量4

13、. 校正校正例题：例题： 已知已知: H3PO4的各级酸常数是的各级酸常数是pKa1=2.12, pKa2=7.21, pKa3=12.67。 问：欲配制问：欲配制pH = 7.40的缓冲溶液，应选择什么作的缓冲溶液，应选择什么作缓冲对？缓冲对？ 而而Ka 2是是H2PO4-的酸常数，的酸常数， H2PO4-作共轭酸，作共轭酸， 则共轭碱就是则共轭碱就是HPO42- 解解: pKa2=7.21最接近最接近7.40应该选择应该选择H2PO4-HPO42-作缓冲系作缓冲系例题：例题：已知已知:pKa(HAc)=4.75, pKb(NH3)=4.75, pKa(H2PO4-)=7.21若配制若配制p

14、H= 9 的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？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 最好最好 例题：柠檬酸（例题：柠檬酸（H3Cit）及盐是一种多质子酸缓冲）及盐是一种多质子酸缓冲体系，常用于培养基中。如在体系，常用于培养基中。如在 0.200 molL-1 柠檬酸柠檬酸 500 ml 中，需加入中，需加入 0.400 molL-1 的的NaOH溶液多少毫溶液多少毫升，才能配成升，才能配成 pH5.00 的缓冲溶液？的缓冲溶液？（已知（已知H3Cit的的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3

15、=6.40） 解解: 选择缓冲系为：选择缓冲系为：H2Cit-HCit2溶液中溶液中 n(H3Cit) = 0.2000.500 = 0.100mol = n (H2Cit) + n (HCit2)2a22(HCit)pHplg(H Cit )nKn 22(HCit)5.004.76lg0.1(HCit)nn mol0365. 0)CitH(mol0635. 0)HCit(2-2 nn反应耗去反应耗去NaOH的物质的量：的物质的量： n(NaOH)10.0365 + 20.0635 0.1635 moln(NaOH)=c(NaOH) V(NaOH)V(NaOH) = 0.1635/0.400

16、= 0.4088 L = 408.8mL思考题：思考题： 缓冲溶液既可以用共轭酸碱对混合配制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而成，也可用在某种弱酸中加入 NaOH 或或在某种弱碱中加入在某种弱碱中加入 HCl 配制而成。配制而成。 在在1L 0.1 molL-1 的的 HAc 中加入少量固中加入少量固体体NaOH，若溶液体积不变，问总浓度为多，若溶液体积不变，问总浓度为多少？随着少？随着NaOH的不断加入，该缓冲溶液的的不断加入，该缓冲溶液的总浓度将如何变化？总浓度将如何变化？二、标准缓冲溶液二、标准缓冲溶液溶溶 液液 浓度浓度(mol L-1)pH(25)pH(

17、30)pH(35)酒石酸氢钾酒石酸氢钾(KHC4H4O6) 饱和饱和 3.563.553.55邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4) 0.054.014.014.02磷酸盐磷酸盐(KH2PO4- Na2HPO4) 0.025 0.0256.866.856.84硼砂硼砂(Na2B4O710H2O) 0.019.189.149.10H2C4H4O6(18.8%)HC4H4O6-(69.8%)HC4H4O6-(69.8%)C4H4O62-(11.4%)pKa1=2.98，缓冲范围为，缓冲范围为1.983.98pKa2=4.30，缓冲范围为，缓冲范围为3.305.30 体系中有足够浓度的抗酸

18、、抗碱成分，且两个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。缓冲范围有重合，增强缓冲能力。 缓缓 冲冲 溶溶 液液 缓缓 冲冲 对对酒石酸氢钾酒石酸氢钾(KHC4H4O6) 邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4) 磷酸盐磷酸盐(KH2PO4- Na2HPO4) H2PO4HPO42硼砂硼砂(Na2B4O710H2O) 第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系正常人血浆的正常人血浆的pH值约为值约为7.35 7.45CO2(g)CO2(g) + H2OH2CO3H+ + HCO3-Ka1(H2CO3)(aqCOHCOlgppH23a1 K6.1040. 7

19、L0.0012molL0.024mollg10. 6pH-1-1 正常人血浆正常人血浆pH：讨论：讨论： 人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是 HCO3- CO2(aq) 正常血浆中正常血浆中HCO3- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为缓冲系的缓冲比为 20:1 HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，称为是血浆中含量最多的抗酸成分，称为碱储碱储 由由肺的呼吸作用肺的呼吸作用和和肾的生理功能肾的生理功能补偿或调节使血补偿或调节使血液中的液中的HCO3和和CO2(aq)的浓度保持相对稳定。的浓度保持相对稳定。本本 章章 小小 结结 缓冲溶液的一些基本概念缓冲溶液的一些基本概念 缓冲溶液、缓冲比、抗酸成分、抗碱成分缓冲溶液、缓冲比、抗酸成分、抗碱成分 缓冲溶液缓冲溶液pH计算计算 缓冲容量与缓冲溶液总浓度及缓冲比的关系缓冲容量与缓冲溶液总浓度及缓冲比的关系 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 如何选择合适的缓冲系和总浓度如何选择合适的缓冲系和总浓度 血液中重要的缓冲系血液中重要的缓冲系 正常人血浆的正常人血浆的pH范围、缓冲能力最强的缓范围、缓冲能力最强的缓冲系及其缓冲比、人体如何进行调节冲系及其缓冲比、人体如何进行调节