第三章缓冲溶液课件.ppt

1、第三章第三章缓冲溶液缓冲溶液第一节第一节缓冲溶液和缓冲作用机理缓冲溶液和缓冲作用机理第二节第二节缓冲溶液的缓冲溶液的pH第三节第三节缓冲容量缓冲容量第四节第四节缓冲溶液在医学中的意义缓冲溶液在医学中的意义 下列情况均需下列情况均需pHpH一定的缓冲溶液：一定的缓冲溶液：大多数为酶所控制的生化反应大多数为酶所控制的生化反应微生物的培养微生物的培养组织切片组织切片细胞染色细胞染色药物调剂、研制等药物调剂、研制等第三章第三章缓冲溶液缓冲溶液 pH=3 pH=0.091 1L L纯水中纯水中 (pH=7)+ +1molL-1HCl0.1mlpH=4 pH=3+ +1molL-1NaOH0.1mlpH=

2、101L含含0.1molHAc和和NaAc的溶液的溶液 (pH=4.75)+1molL-1HCl10mlpH=4.66 pH=0.09+1molL-1NaOH10mlpH=4.84缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液：缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持持pH基本不变的溶液。基本不变的溶液。缓冲对缓冲对(系系):组成缓冲溶液的组成缓冲溶液的共轭酸碱对共轭酸碱对。组成：抗酸成分组成：抗酸成分+抗碱成分抗碱成分缓冲作用：缓冲作用：缓冲溶液对少量强酸、强碱或稀释的抵抗作用。缓冲溶液对少量强酸、强碱或稀释的抵抗作用。NaAcHAc3.1.缓冲溶液和缓冲作用机

3、理缓冲溶液和缓冲作用机理3.1.1缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成缓冲溶液的类型缓冲溶液的类型酸式盐酸式盐-次级盐次级盐弱酸弱酸-弱酸盐弱酸盐弱碱弱碱-弱碱盐弱碱盐NH3-NH4ClNaHCO3-Na2CO3NaH2PO4-Na2HPO4H2CO3-NaHCO3HAc-NaAc组成特点：组成特点：均含共轭酸碱对均含共轭酸碱对 缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成1.下列各组溶液中不是缓冲溶液的是下列各组溶液中不是缓冲溶液的是()A、0.2mol L-1NH4Cl与与0.1mol L-1NaOH等体积混合等体积混合B、0.1mol L-1NaOH与与0.1mol L-1HAc等体积混合等体积混合C、0.1m

4、ol L-1NaOH与与0.2mol L-1HAc等体积混合等体积混合D、0.1mol L-1NaOH与与0.2mol L-1Na2HPO4等体积混合等体积混合2.下列哪种溶液能与下列哪种溶液能与0.2mol L1NaHCO3等体积混合等体积混合配成缓冲溶液配成缓冲溶液（）A、0.2mol L1HAcB、0.2mol L1KOHC、0.1mol L1H2SO4D、0.1mol L1NaOHBD3.1.3缓冲溶液的作用原理缓冲溶液的作用原理HAcNaAc缓冲体系缓冲体系NaAcNa+Ac- HAc、Ac-足够大足够大Ac-+H+HAc加少量酸：加少量酸：(H+)HAc略略加少量碱：加少量碱：(O

5、H-)H+OH-H2O,HAc的质子传递平衡右移补充失去的的质子传递平衡右移补充失去的H+1.2.Ac-略略H+基本不变基本不变HAc略略Ac-略略H+基本不变基本不变HAcH+Ac-Ac-是抗酸组分是抗酸组分HAc是抗碱组分是抗碱组分3.加入大量的强酸或强碱，抗酸抗碱成分将耗尽，加入大量的强酸或强碱，抗酸抗碱成分将耗尽，缓冲溶液丧失缓冲能力。缓冲溶液丧失缓冲能力。4.浓度较大的强酸或强碱也具有缓冲作用，但缓冲浓度较大的强酸或强碱也具有缓冲作用，但缓冲机理不同。它们酸碱性太强，很少作为缓冲溶液机理不同。它们酸碱性太强，很少作为缓冲溶液用。用。通常说的缓冲溶液，指的是由共轭酸碱对组成通常说的缓冲

6、溶液，指的是由共轭酸碱对组成的缓冲溶液。的缓冲溶液。3.1.3缓冲溶液的作用原理缓冲溶液的作用原理3.1缓冲溶液缓冲溶液pH的计算公式的计算公式缓冲公式缓冲公式缓冲体系缓冲体系HBNaB：NaBNa+B-BHBHa KHB+H2OH3O+B-Ka=H3O+ B-HBpH= pKa+ lgB-=共轭酸共轭酸pKa+ lg共轭碱共轭碱Henderson-Hasselbach方程式方程式缓冲比缓冲比HBHBBalgppHnnK或HBpH= pKa+ lgB-B-=c NaB+c（HB）HB=c HB-c（HB）HBBalgppHccKHBBalgppHVVK或(配制前配制前B-、HB浓度相同浓度相同

7、V B-、VHB为混合前体积为混合前体积)c（HB）为为HB已解离部分浓度已解离部分浓度由于同离子效应，由于同离子效应，c（HB）可以忽略可以忽略B- c (B_)HB c (HB)缓冲公式缓冲公式c HBpH= pKa+ lgc B-说明：说明：1.缓冲溶液的缓冲溶液的pH值决定于共轭酸的值决定于共轭酸的Ka和和缓冲比缓冲比3.缓冲比缓冲比=1时，时，pH=pKa。4.稀释时稀释时c B-,c HB同等降低同等降低,pH基本不变。基本不变。2.同一缓冲系统，同一缓冲系统，pKa一定，一定，pH就决定于缓冲比，改变就决定于缓冲比，改变缓冲比，就可以在一定范围内配制不同缓冲比，就可以在一定范围内

8、配制不同pH的缓冲溶液。的缓冲溶液。例例1、0.20mol L-1HAc溶液和溶液和0.20mol L-1NaAc溶液等体积混溶液等体积混合成合成1.0L缓冲溶液，求此溶液的缓冲溶液，求此溶液的pH值。在此溶液中分别加入值。在此溶液中分别加入0.010molHCl、0.010molNaOH、10mLH2O后，后，pH值改变值改变为多少？（不考虑体积变化，已知为多少？（不考虑体积变化，已知HAc的的pKa=4.75）解：（解：（1）cHAc=cAc-=0.20/2=0.10(mol L-1)lg4.750.100.10lg4.75AcaHAccpHpKc（等体积、（等体积、等初始浓度，等初始浓度

9、，pH=pKa）（2）加入）加入0.010molHCl（H+与与Ac-作用生成作用生成HAc）cAc-=0.100.010=0.090(mol L-1)cHAc=0.10+0.010=0.110(mol L-1)66. 4087. 075. 4110. 0090. 0lg75. 4lgHAcAcaccpKpH（3）加入）加入0.010molNaOH（NaOH与与HAc反应）反应）cAc-=0.10+0.010=0.110(mol L-1)cHAc=0.100.010=0.090(mol L-1)84. 4087. 075. 4090. 0110. 0lg75. 4lgHAcAcaccpKpH（

10、4）加入）加入10mL水水cHAc=cAc-=0.10 1.0/1.010=0.099(mol L-1)75. 4lgHAcAcaccpKpH本例很好地说明了加入本例很好地说明了加入少量少量强酸、强酸、少量少量强碱及强碱及少量少量水后，水后，溶液的溶液的pH值基本不变。值基本不变。例例将将0.10molL-1的的NaH2PO4溶液溶液10.0ml和和0.20molL-1的的Na2HPO4溶液溶液1.0ml混合，计算该混合液的混合，计算该混合液的pH值。值。解：解：H2PO4-H+HPO42-)Lmol(0909. 00 . 10 .100 .1010. 01POH42c)Lmol(0182.

11、00 . 10 .100 . 120. 0c1HPO2451. 60909. 00182. 0lg1023. 6lglgppH8a共轭酸共轭碱ccK例例50ml0.10molL-1HAc溶液与溶液与25ml0.10molL-1NaOH溶液相混合，是否具有缓冲作用？并计算该溶液的溶液相混合，是否具有缓冲作用？并计算该溶液的pH值。值。解：解：HAc+NaOHNaAc+H2O反应前反应前/mmol0.10500.10250反应后反应后/mmol0.10(50-25)0.1025 = 4.75+lg1=4.753.3缓冲容量缓冲容量3.3.1缓冲容量缓冲容量(buffercapacity)2.定义：

12、使单位体积缓冲溶液的定义：使单位体积缓冲溶液的pH值改变值改变1时（时（ pH=1) ，所需，所需加入一元强酸加入一元强酸(碱碱)的物质的量。的物质的量。1.意义：衡量缓冲能力大小的尺度。意义：衡量缓冲能力大小的尺度。|pHVnV表示缓冲溶液的体积，n表示加入的一元强酸或强碱的物质的量，pH表示缓冲溶液pH值的变化。 例例 用浓度均为用浓度均为0.20molL-1的的HAc和和NaAc溶液等体积比混合溶液等体积比混合成成10ml缓冲液，计算该缓冲液的缓冲液，计算该缓冲液的pH值。若在该溶液中加入值。若在该溶液中加入0.10molL-1NaOH0.30ml，再计算该缓冲液的缓冲容量，再计算该缓冲

13、液的缓冲容量。(HAc的的pKa=4.75)解解:75. 40 . 520. 00 . 520. 0lg75. 4lgppHHAcAca1nnK加入强碱后：加入强碱后：)mmol(03. 110. 030. 020. 00 . 5Acn)mmol(97. 010. 030. 020. 00 . 5HAcn78. 497. 003. 1lg75. 4pH2)pHLmol(1 . 0)pHmlmmol(1 . 003. 010100 . 311112pH=4.784.75=0.03)mmol(100 . 310. 030. 0n23.3.2影响影响的因素的因素缓冲比一定时，缓冲比一定时，c总总越大

14、，越大，越大；越大；1、总浓度总浓度稀释时，稀释时，c总总， 。c总总=B-+HBc(B-)+c(HB)2、缓冲比缓冲比缓冲比缓冲比=1，pH=pKa,缓冲能力最强缓冲能力最强c总总一定时，缓冲比一定时，缓冲比1，pHpKa,缓冲比缓冲比1通常把缓冲比为通常把缓冲比为1时的缓冲容量称为时的缓冲容量称为最大缓冲容量最大缓冲容量缓冲范围缓冲范围 当缓冲比大于当缓冲比大于10或小于或小于1/10时，时， 很小，缓冲很小，缓冲能力显著下降甚至消失。能力显著下降甚至消失。 当缓冲比等于当缓冲比等于1时，时， 最大，缓冲最大，缓冲能力最强。能力最强。1apKpHapKpH 175. 41apKpH（3.7

15、55.75） 缓冲溶液的缓冲作用有一定的范围，缓冲作用的有效缓冲溶液的缓冲作用有一定的范围，缓冲作用的有效pH范围叫做范围叫做缓冲范围。缓冲范围。缓冲溶液的缓冲范围：缓冲溶液的缓冲范围：例如HAc-NaAc缓冲体系的缓冲范围：3.3.3缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制配制缓冲溶液可按下列原则和步骤进行：配制缓冲溶液可按下列原则和步骤进行：1.选择缓冲对选择缓冲对5.pH值校正。值校正。4.计算所需缓冲对的量。计算所需缓冲对的量。2.控制缓冲对的总浓度。控制缓冲对的总浓度。使所配缓冲溶液使所配缓冲溶液pH(pKa1)，且且pKa。3.缓冲系物质稳定、无毒，不能与溶液发生反应。缓冲系物质稳定、无毒，不

16、能与溶液发生反应。pH=5.00c总总=0.050.2molL-1HAc-NaAc(pKa=4.75)（用（用pH计矫正）计矫正）例例 配制配制pH=5.00的缓冲溶液的缓冲溶液100ml，应选择哪，应选择哪种缓冲？种缓冲？如何配制？如何配制？解：选用解：选用0.10molL-1HAc-0.10molL-1NaAc设需设需HAcxml，则，则NaAc为（为（100-x）mlVHAc=x36(ml)VNaAc=100-x64(ml)HACAHAClgppHVVKCxx100lg75. 45一、人体血液一、人体血液pH值的正常范围：值的正常范围：7.357.451、当pH 7.45时，出现碱中毒碱

17、中毒。 超过7.07.8这一范围，生命就不能继续维持。 人体血液中存在多种缓冲对多种缓冲对： 血浆中有H2CO3-HCO3-、蛋白质、蛋白质、H2PO4-HPO42-等； 红细胞中有血红蛋白、含氧血红蛋白、血红蛋白、含氧血红蛋白、H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-等。 其中H2CO3-HCO3-缓冲对因其浓度最高、缓冲能浓度最高、缓冲能力最强力最强，对维持血液正常pH值起主要作用主要作用。 CO2 + H2OHCO3- + H+溶解lg23COHCOpKpHa4 . 7120lg1 . 60012. 0024. 0lg1 . 6pH12023溶解COHCO超过超过1/1010/1

18、的缓冲的缓冲范围，为什么仍能很好地范围，为什么仍能很好地维持血液的维持血液的pH值值? 因为血液为敞开系统因为血液为敞开系统，抗酸、抗碱成分的消耗与补充可由肺、肾的生理功能得到及时的调节。 H2CO3HCO3-+ OH-+ H+CO2 + H2O肾肺：第二章课后习题； 第三章1、2、3、4、5、8（第4题改为“欲配制pH=9.2的缓冲溶液。”）.缓冲溶液稀释后，溶液的缓冲溶液稀释后，溶液的pH值基本不变，缓冲能力值基本不变，缓冲能力也不变。也不变。（）2.能对抗外界加入的少量强酸、强碱或水稀释的影响，能对抗外界加入的少量强酸、强碱或水稀释的影响，保持溶液的保持溶液的pH值几乎不变的溶液称为缓冲

19、溶液。（值几乎不变的溶液称为缓冲溶液。（）3.总浓度一定时，缓冲溶液的缓冲比愈大，其缓冲容量总浓度一定时，缓冲溶液的缓冲比愈大，其缓冲容量愈大。愈大。（）4.缓冲能力愈大的缓冲溶液，缓冲范围愈大。缓冲能力愈大的缓冲溶液，缓冲范围愈大。（）5.pH=5.00的缓冲溶液，其缓冲范围为的缓冲溶液，其缓冲范围为6.007.00。（）判断：判断：错错错错对1.C总总一定时一定时,缓冲溶液在下列哪种情况时缓冲能力最大缓冲溶液在下列哪种情况时缓冲能力最大A.A-/HA=1B.A-/HA=10C.HA/A-=10D.HA/A-=202.某缓冲溶液的缓冲范围为某缓冲溶液的缓冲范围为5.307.30，则该缓冲溶液

20、的共轭酸，则该缓冲溶液的共轭酸的酸常数的酸常数Ka为为A. .10-5.30B. .10-6.30C. .10-7.30D. .10-7.703.用初始浓度为用初始浓度为0.05molL-1HAc和和0.05molL-1NaAc等体积混合等体积混合后配制而成的缓冲溶液后配制而成的缓冲溶液pH值是值是(HAc:pKa=4.75)A.9.25B.4.75C.5.00D.5.104.人体血浆中最重要的抗碱成分是人体血浆中最重要的抗碱成分是A.H2PO4-B.HPO42-C.HCO3-D.H2CO3选择：选择：5.配制配制pH=5.00的缓冲溶液，应选择下列哪一对缓冲对最合适的缓冲溶液，应选择下列哪一

21、对缓冲对最合适A.HAc-Ac-，HAc:pKa=4.75B.HCO3-CO32-，HCO3-:pKa=10.25C.NH4+-NH3，NH3:pKb=4.75D.H2PO4-HPO42-，H2PO4-:pKa=12.676.以下说法不正确的是以下说法不正确的是A.缓冲作用原理是因为溶液中含有足够浓度的共轭酸与共轭碱，通过质子缓冲作用原理是因为溶液中含有足够浓度的共轭酸与共轭碱，通过质子转移平衡的移动，调节溶液的转移平衡的移动，调节溶液的pH值不发生显著的变化。值不发生显著的变化。B.缓冲溶液的缓冲溶液的pH值取决于共轭酸的解离常数与缓冲比。值取决于共轭酸的解离常数与缓冲比。C.当总浓度一定时

22、，在缓冲比等于当总浓度一定时，在缓冲比等于1时，缓冲溶液具有最大的缓冲容量。时，缓冲溶液具有最大的缓冲容量。D.缓冲容量的大小与缓冲对的性质有关。缓冲容量的大小与缓冲对的性质有关。习题习题填空填空1.已知已知NH3的的pKb=4.75，则，则NH3NH4Cl缓冲溶液的缓冲范缓冲溶液的缓冲范围为围为。2.正常人血液的正常人血液的pH值为值为，其中最重要抗酸成分，其中最重要抗酸成分为为、抗碱成分为、抗碱成分为。3.缓冲容量与缓冲容量与和和有关。有关。8.2510.25HCO3-H2CO37.357.45总浓度总浓度缓冲比缓冲比7、以下各组溶液中，哪组不是缓冲溶液、以下各组溶液中，哪组不是缓冲溶液A

23、、0.1mol/LHCl与与0.2mol/LNH3等体积混合等体积混合B、0.2mol/LNH4Cl与与0.1mol/LNaOH等体积混合等体积混合C、0.1mol/LNaOH与与0.1mol/LHAC等体积混合等体积混合D、0.1mol/LNaOH与与0.2mol/LHAC等体积混合等体积混合解解（1）混合液为）混合液为0.05molL-1NH4Cl溶液溶液H+=105.62 100.050=5.3010-6(molL-1)pH=-lg5.3010-6=5.27/Ka=500cK a=100.105.62 10一元弱酸一元弱酸1、将0.10 molL-1 盐酸溶液 30.0 ml与不同体积0.10 molL-1 氨水下列溶液相混合，求混合后溶液的 pH 值（已知NH3 的 pK b = 4.75）。 （1） 30.0 ml （2） 60.0 ml1、将0.10 molL-1 盐酸溶液 30.0 ml与不同体积0.10 molL-1 氨水下列溶液相混合，求混合后溶液的 pH 值（已知NH3 的 pK b = 4.75）。 （1） 30.0 ml （2） 60.0 ml=14-pKb+n(NH4+)pH= pKalgn(NH3)+3lg6-3=14-4.75=9.25解解（2）混合液由生成的）混合液由生成的NH4Cl和剩余的和剩余的NH3组成组成