第四章-缓冲溶液课件.ppt

1、第四章第四章 缓冲溶液缓冲溶液Liaoning Medical University第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制实验 样品1，0.10 molL-1 NaCl溶液 样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 molL-1的 混合溶液操作：滴加强酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL-1观察现象：pH的变化第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制0.10 molL-1 NaCl溶液pH7 2，改变了5个pH单位0.010 molL-1 HCl第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液pH4.754.74，改变了0.01个pH单位

2、0.010 molL-1 HCl第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制结论：HAc NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量强 酸、强碱而保持pH基本不变的能力第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制一缓冲溶液及其作用机制和组成1.缓冲溶液（buffer solution）能够抵抗外来少量强酸、强碱，或稍加稀释时可保持其pH基本不变的溶液2.缓冲作用（buffer action）缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制以HAcAc-体系为例 (大量)(大量)当加入少量强酸时，外来H+将质子传给Ac-，质子转移平衡左移，溶液的pH保持基本不变当加入少量强碱时，OH-接受H3O+传递的质子

3、，质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+离子，而溶液的pH保持基本不变HAc+H2OH3O+Ac-第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的组成缓冲溶液缓冲溶液碱性物质碱性物质酸性物质酸性物质抗酸成分抗酸成分抗碱成分抗碱成分缓冲系或缓冲对缓冲系或缓冲对第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱HAcNH4ClH2PO4-NaAcNH3H2OHPO42-抗抗酸酸成分成分缓冲系缓冲系抗抗碱碱成分成分第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的组成:1弱酸及其对应的共轭碱 例如，HAc-NaAc 2弱碱及其对应的共轭酸 例如：NH3-NH4Cl第二节第二节 缓冲溶液pH的计算一缓冲溶液p

4、H值的近似计算公式 以HB代表弱酸，并与B-组成缓冲溶液 HB+H2OH3O+B-HBBlg p pH-a+=K共轭酸共轭碱 lg p a+=K-33-aaH OBHBKH OKHBB+=第二节第二节 缓冲溶液pH的计算HendersonHasselbalch方程式的应用HB在溶液中只少部分解离，且因B-的同离子效应，使HB几乎完全以分子状态存在HBBlg p pH-a+=KHB)()B(lg p pH-accK+解离平衡后的浓度初始浓度 练习 例1 0.30 mol/L HAc 10ml 与0.10 mol/L NaAc 20 ml 混合成缓冲溶液。cA、cB分别为多少？0.10mol/L=

5、30100.30=Ac0.067mol/L=30200.10=Bc 练习 例2 将0.30molL-1吡啶(pKb=8.77)和0.10molL-1 HCl溶液等体积混合，混合液是否为缓冲溶液？求混合溶液pH。解：吡啶和盐酸反应生成吡啶盐酸盐，混合溶液为弱碱及其对应的共轭酸。为缓冲溶液。混合溶液为0.10molL 吡啶和0.05molL 吡啶盐酸盐缓冲溶液，pKa=14-8.77=5.23 练习 解：(lg0.105.23lg0.055.33acpHpKc=+=+=吡啶）(吡啶盐酸盐)练习 例 3 求pH=3.90，总浓度为0.40molL HCOOH(甲酸)-HCOONa(甲酸钠）缓冲溶液中

6、，甲酸和甲酸钠的物质的量浓度（甲酸pKa=3.75）解：设c(甲酸纳）=x molL，c(甲酸）=0.40-x molL(lg3.75lg3.900.400.2340.166acxpHpKcxcxmol Lcmol L=+=+=甲酸钠）(甲酸)甲酸钠）甲酸）练习 例 4 向100ml某缓冲溶液中加入0.20g NaOH固体，所得溶液pH=5.60，已知原缓冲溶液共轭酸HB pKa=5.30;c(HB)=0.25 molL，求原缓冲溶液的pH。练习 解：-11()()1(0.20400.0500.1aOH0.055.30lg5.600.250.050.350.355.30lg5.450.25Na

7、OHBBgg molcmol LLNcpHcmol LpH =+=+=+=)加入后原缓冲溶液第二节第二节 缓冲溶液pH的计算 由于 c=n/V，所以HB)()B(lg p pH )(HB)/()()/B(lg p HB)()B(lg p pH-a-a-annKVnVnKccK+=+溶液溶液练习练习解:(1)lg0.204.75lg0.105.05ACaHACnpHpKn=+=+=例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和0.20mol NaAc(pKa=4.75)(1)计算该溶液的pH值?练习练习(2)加入10ml 0.10mol/L HCl后:nAC-=1000.20

8、-100.10=19mmol nHAC=1000.10+100.10=11mmol4.991119lg4.75pH=+=例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和0.20mol NaAc(pKa=4.75)(2)向100ml该缓冲溶液中加入10ml0.10mol/L HCl后,溶液的pH值?练习练习(3)nAC-=1000.2+100.1=21mol nHAC=1000.10-100.10=9mmol21pH=4.75+lg=5.129例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和0.20mol NaAc(pKa=4.75)(3)向100ml该缓冲溶

9、液中加入10ml 0.10mol/L NaOH后,溶液的pH值?练习(4)加入100ml水后:nAC-=0.20mol nHAC=0.10mol 0.20pH=4.75+lg=5.050.10例5 1L HAc-NaAc缓冲溶液中含有0.10mol HAc和0.20mol NaAc(pKa=4.75)(4)向100ml该缓冲溶液中加入100ml水后,溶液的pH值?练习NH3-NH4Cl缓冲溶液)Cl(NH)(NHlg+)(NHp-14=pH433bccK3b34(NH)pH14-p(NH)lg(NH Cl)nKn=+练习NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液23a23(Na CO)pH=p+lg(

10、NaHCO)cKc23a23(Na CO)pH=p+lg(NaHCO)nKn练习33b(NH)4(NH)14-plg(NH Cl)0.20 2014-4.75lg0.40 10=9.25npHKn=+=+例6 计算将 c(NH3)=0.20mol/L的氨水20 ml与10ml 0.40 mol/L的NH4Cl混合所得缓冲溶液的pH值。解:查表pKb(NH3)=4.75abp14-pKK=练习-32-32-3-3-1(HCO)-1(CO)(CO)a2(HCO)10.0g0.119mol 84.0g mol10.0g0.094mol106g mol0.094molplg10.33lg=10.230

11、.119molnnnpHKn=+=+例7 将 10.0g Na2CO3 和10.0g NaHCO3 溶于水制备250ml缓冲溶液，求溶液的pH。解:查表 pKa2(NaHCO3)=10.33第二节第二节 缓冲溶液pH的计算 根据 n=cV，若取储备液 c(B-)=c(HB)HB)()B(lg p pH HB)(HB)()B()B(lg p HB)()B(lg p pH-a-a-aVVKVcVcKnnK+=+练习例8 将0.10mol/L的HAc溶液与 0.10mol/L的NaAc溶液以1:4体积混合,求缓冲溶液的pH值?-a(HAc)ACaHACp4.75pHplg44.75lg5.351KV

12、KV=+=+=解：查表第二节第二节 缓冲溶液pH的计算HendersonHasselbalch方程式的意义缓冲溶液的pH首先取决pKa pKa值一定，其pH值随着缓冲比B-/HB的改变而改变。当缓冲比等于1时，pH等于pKa 适当稀释缓冲溶液，缓冲比不变，pH值亦不变，但加入大量的水稀释后，使pH值略有升高HBBlg p pH-a+=K第二节第二节 缓冲溶液pH的计算因稀释而引起缓冲溶液pH值的变化用稀释值表示，当缓冲溶液的浓度为c时，加入等体积纯水稀释，稀释后与稀释前的pH值之差定义为稀释值，符号为pH1/2 pH1/2 0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加；pH1/2 0，则表明缓冲溶液的

13、pH值随稀释而减少1/2c/2c/1pH pH pH=第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量当加入过量的强酸或强碱，缓冲溶液的pH将发生较大变化，失去缓冲能力。用缓冲容量作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为pH dpH d)b(a)b(a=VnVn越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围pH dpH d)b(a)b(a=VnVnV为缓冲溶液的体积（不是加入酸碱后总体积）n为加入的一元强酸na或一元强碱nbpH为缓冲溶液pH的改变量为正值，单位为浓度单位练习例9 0.1mol/L HAc和0.1mol/L NaAc各20ml混合,向此缓冲溶液中加入2ml 0.01mo

14、l/L HCl。求此缓冲溶液的?(pKa=4.75)NaAcaHAcNaAcaHAc10.05pHplg4.75lg4.750.050.1 200.01 2pHplg4.75lg4.740.1 200.01 2pH=4.75-4.74=0.01 0.01 20.05pH40 0.01acKcnKnnmol LV=+=+=+=+=+=练习例10 分别向下列两种溶液中加入0.001mol HCl。求?设V不变,pKa=4.75(1)1升(0.1mol/L HAc0.1mol/L NaAc)的缓冲液。(2)1升(0.01mol/L HAc 0.01mol/L NaAc)缓冲液.练习aNaAcaHAc

15、 1a0.1:(1)pHp+lg4.750.10.1-0.001 pHplg 4.75lg0.1 0.0014.74pH4.754.740.01 0.0010.1pH1 0.01KnKnnmol LV=+=+=解练习aNaAcaHAc 1a0.01:(2)pHp+lg4.750.010.01-0.001 pHplg 4.75lg0.01 0.0014.67pH4.754.670.08 0.0010.0125pH1 0.08KnKnnmol LV=+=+=解练习例11 在500ml 0.20mol/L的丙酸溶液中，加入1.8克NaOH，求溶液的pH值。若在此溶液中再加入1.0ml 2.0mol/

16、L NaOH溶液,求溶液的pH及?(pKa=4.87)解:生成丙酸钠n丙酸钠=nNaOH=1.8/40=0.045mol剩余丙酸n丙酸=0.200.50-0.045=0.055mol练习CH3CH2COOH+NaOHCH3CH2COO-Na+H2O0.045 lg4.87lg4.780.055anpHpKn=+=+=丙酸钠丙酸练习10.045 lg4.87lg4.780.0550.0450.001 2.0 lg4.87lg0.0550.001 2.04.824.824.780.04 0.001 20.100.5 0.04aabnpHpKnnpHpKnpHnmol LVpH=+=+=+=+=+=

17、丙酸钠丙酸丙酸钠丙酸第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围二、影响缓冲容量的因素缓冲比的影响 当缓冲比一定时，c总越大，越大总浓度c总HB+B-的影响 当c总一定时，缓冲比越接近1，越大；缓冲比等于1时，有最大max 总c 576.0BHB2121303.2max=+=第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围三、缓冲范围vpH=pKa1变化范围称为缓冲范围1ppH ppH 1-ppH :pH110 11 101 aaamax+=KKK缓冲比：减小减小第四节第四节 缓冲容量的配制一、配制方法1选择合适的缓冲系 1)pH在pKa1缓冲范围内并尽量接近弱酸pKa 2)缓冲系的物质必须对主反应无干扰2配制的缓冲溶液

18、的总浓度要适当 一般总浓度0.05molL-10.2molL-13计算所需缓冲系的量 根据Henderson-Hasselbalch方程计算。4校正练习例12 怎样配制100ml pH为10.0 的缓冲溶液?解：选缓冲对 NaHCO3Na2CO3 pKa2=10.25设浓度均为0.1mol/L，取NaHCO3 的体积为VA，则Na2CO3的体积VB=100VApHplgBaAVKV=+练习2323pHplg(Na CO)pHplg(NaHCO)100-10.010.25lg64.1(ml)100-35.9(ml)BaAaAAABAVKVVKVVVVVV=+=+=+=即：练习例13 欲配制pH=

19、9.25的缓冲溶液，求需在500 ml,0.10mol/L NH3水中加入NH4Cl的质量。已知 pKb(NH3)=4.75解：设需加入x克NH4Cl 则：nA(NH4Cl)=x/53.5 mol nB(NH3)=0.50.10=0.050molpHplgBaAnKn=+根据练习334(NH)pH14-p(NH)lg(NH Cl)0.0509.2514-4.75lg53.50.050 53.52.68(g)BbAnKnxx=+=+=则：练习例14 配制1L pH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液,已用去350mL 15molL-1氨水，问需氯化铵多少克？已知Kb(NH3)=1.810-5，M(

20、NH4Cl)=53.5g mol-1解 1410451141.0 10(NH)5.6 101.8 109.2515mol L0.35L10.0plg(NH Cl)/53.5g molaaaKpKKm+=+m(NH4Cl)=50g第五节 血液中的缓冲系 体液中存在多种生理缓冲系，使体液的pH保持基本稳定v血浆中 H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-v红细胞中 H2b-Hb-(血红蛋白)、H2bO2-HbO2-(氧合血红蛋白)H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-第五节 血液中的缓冲系碳酸缓冲系怎样维持血液的正常pH范围CO2H2OH2CO3HCO3OH

21、-H+肾尿排出第五节 血液中的缓冲系CO2H2OHCO3-CO2 HbH2bHCO3-碳酸缓冲系怎样维持血液的正常pH范围HCO3-H2OHbO2H2bO2CO2CO2练习1.在500ml含有0.20mol/LHAc和0.20mol/LNaAc溶液中,须加入0.10mol/LNaOH多少毫升,才能使溶液的pH值等于5.00?(pKa=4.75)Ac-aHAc:pHplg0.25000.1 5.004.75lg0.2500-0.1 =280.5(ml)nKnxxx=+=+解练习2.要得到pH=5.75的缓冲溶液,向11ml 0.1mol/L NaAc溶液中加入多少毫升0.1mol/L HCl?(

22、pKa=4.75):lg11 0.1-0.15.754.75lg0.11.0NaAcaHAcnpHpKnxxxml=+=+=解练习3.在120ml 0.1mol/L HAc中加入60ml 0.1mol/L NaOH后,溶液的pH值为多少？向其中再加入20ml 0.1mol/L NaOH后,pH=？，=?NaACaHAc1b0.1 60:pHplg4.75lg0.1 120-0.1 604.750.1 600.1 20pH4.75lg5.050.1 60-0.1 20 0.1 200.037180 0.30nKnnmol LVpH=+=+=+=+=解练习4.欲配制pH=4.70的缓冲溶液 500

23、ml,问应用50ml 0.5mol/L NaOH和多少毫升0.5mol/L HAc溶液混合再稀释至500ml?(Ka=1.7610-5)解：nNaAc=0.550=25mmol nHAc=0.5V-25NaAcaHAcpHplg254.704.75lg0.5-25=79(ml)nKnVV=+=+练习5.取 50ml 0.10mol/L的某一元弱酸与20ml 0.10mol/L NaOH溶液混合,所得混合溶液稀释至100ml,测得其pH=5.25,求该一元弱酸的pKa值?解:混合后nB-=200.10=2mmol nHB=500.10-200.10=3mmol-lg2 5.25lg5.433BHBanpHpKanpKapK=+=+=人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。