1、 第四章第四章 缓冲溶液缓冲溶液化学教研室：涂化学教研室：涂 华华第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制 Buffer Solution and Buffer Process The introduction of Buffer Solution and Buffer Process The Components of a Buffer4.1.1The introduction of Buffer Solution and Buffer ProcesspH=7pH=3 pH=-4pH=4.74pH=4.73 pH=-0.010.100molL-1 HAc-0.100 molL-1
2、NaAc溶液（50ml）纯 水（50ml）pH=7pH=11 pH=4pH=4.74pH=4.75 pH=0.010.100molL-1 HAc-0.100molL-1 NaAc溶液（50ml）纯 水（50ml）4.1.1The introduction of Buffer Solution and Buffer Process缓冲溶液及其作用机制The introduction of Buffer Solution and Buffer Process缓冲溶液缓冲溶液 在加入少量强酸、强碱或适当稀释时，其在加入少量强酸、强碱或适当稀释时，其pH值值基基本保持不变本保持不变的溶液。的溶液。A
3、buffer solution is one type of solution characterized by the ability to resist changes in pH,when limited amounts of strong acid or strong base,water is added to it.缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成The Components of a Buffer HAcNaAc,H2CO3NaHCO3NH3NH4ClNaHCO3 Na2CO3，NaH2PO4Na2HPO4 一般是由具有足够浓度及适当比例的共轭酸碱一般是由具有足够浓度及适当比例的共轭
4、酸碱对的两种物质组成。对的两种物质组成。缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成The Components of a Buffer 一般是由具有一般是由具有足够浓度足够浓度及及适当比例适当比例的共轭酸碱的共轭酸碱对的两种物质组成。对的两种物质组成。组成缓冲溶液共轭酸碱对的两种物质称为缓冲系组成缓冲溶液共轭酸碱对的两种物质称为缓冲系（buffer system）或缓冲对（）或缓冲对（buffer pair）。）。Buffer systemConjugate acidConjugate basepKa(at 25)HAc-NaAcHAcAc-4.76H2CO3-NaHCO3H2CO3HCO3-6.35H3P
5、O4-NaH2PO4H3PO4H2PO4-2.16TrisHCl-TrisTrisH+Tris7.85H2C8H4O4-KHC8H4O4H2C8H4O4HC8H4O4-2.89NH4Cl-NH3NH4+NH39.25CH3NH3+Cl-CH3NH2CH3NH3+CH3NH210.63NaH2PO4-Na2HPO4H2PO4-HPO42-7.21Common Buffer Systems（常见缓冲系）（常见缓冲系）Tris:Tris(Hydroxymethy)methanaminCCH2OHCH2OHHOH2CNH2H+.Cl-CCH2OHCH2OHHOH2CNH2TrisHCl:缓冲机制缓冲机
6、制(Buffer process)n当加入少量强酸时消耗掉外来的H3O+，质子转移平衡左移，而溶液的pH保持基本不变。n当加入少量强碱时质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+，而溶液的pH值保持基本不变。共轭碱称为抗酸成分，共轭酸称为抗碱成分共轭碱称为抗酸成分，共轭酸称为抗碱成分。以以HAcAc-缓冲系为例：缓冲系为例：HAc+H2OH3O+Ac-1.The amounts of weak acid and weak base in the buffer must be significantly larger than the amounts of H3O+or OH-that will b
7、e added,otherwise the pH cant remain approximately constant.2.No solution can keep the pH approximately constant if you add larger amounts of either acid or base to the original buffer.Notice:第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算Calculating the pH value of a Buffer Solution4.2.1 缓冲溶液缓冲溶液pH的近似计算公式的近似计算公式-Henderson
8、-Hasselbalch EquationHB+H2OH3O+BNaB Na+BKa=H3O+BHBH3O+=KaHBBthe acid-ionization constant is For HB-NaB buffer system-aaB conjugate-basepH=p+log=p+logHBconjugate-acidKKKKHenderson-Hasselbalch Equation3a-HB-logH O-log(*)B Ka-HB-log-log B K-aB pHplogHBKpKa：the log of Ka of the conjugate acidB、HB：equili
9、brium concentration（平衡浓度）（平衡浓度）B/HB：buffer-component ratio（缓冲比）（缓冲比）B+HB：total concentration（总浓度）（总浓度）Henderson-Hasselbalch Equation-aaB conjugate-basepH=p+log=p+logHBconjugate-acidKKKKSo,HB c(HB),B-c(B-).In HB-B-buffer solution,because of common ion effectpH pKa+lg(B)(HB)ccHBBpHpKa+lg 同离子效应同离子效应Exa
10、mpleExample 用用0.10mol/L的的HAc和和0.20mol/L的的NaAc溶液等体积混合，配制成溶液等体积混合，配制成1L缓冲溶液，求此缓冲溶液的缓冲溶液，求此缓冲溶液的pH值。并分别计算在此缓冲溶液中加入值。并分别计算在此缓冲溶液中加入0.005molHCl，0.005mol NaOH后，该缓冲溶液的后，该缓冲溶液的pH变化值。变化值。Solution：1、原缓冲溶液的、原缓冲溶液的pH值值 由于由于HAC溶液和溶液和NaOH溶液等体积混合，所以在缓冲溶液中，溶液等体积混合，所以在缓冲溶液中，HAC和和NaAc的浓度分别为它们原来浓度的浓度分别为它们原来浓度1/2，即：，即：
11、HAc=0.10/2=0.05mol/L，Ac-=0.20/2=0.10mol/L 因此，此缓冲溶液的因此，此缓冲溶液的pH=Pka+lg(CAc-/CHAc)=4.75+lg(0.10/0.05)=5.052、加入、加入HCl后缓冲溶液的后缓冲溶液的pH变化值变化值 加入加入HCl后，加入的后，加入的H3O+与溶液中的与溶液中的Ac-结合生成结合生成HAC，故，故HAC的量增多的量增多，同时，同时Ac-的量减少，所以的量减少，所以 HAc=(0.05+0.005)/1=0.055 mol/L，Ac-=(0.10-0.005)/1=0.095 mol/L 因此，此时缓冲溶液的因此，此时缓冲溶液
12、的PH=Pka+lg(CAc-/CHAc)=4.75+lg(0.095/0.055)=4.99 缓冲溶液的变化值缓冲溶液的变化值pH=4.99-5.05=-0.063、加入、加入NaOH后缓冲溶液的后缓冲溶液的PH变化值变化值 加入加入NaOH后，缓冲溶液中的后，缓冲溶液中的Ac-增多，增多，HAC减少，所以减少，所以 HAc=(0.05-0.005)/1=0.045 mol/L，Ac-=(0.10+0.005)/1=0.105 mol/L 因此，此时缓冲溶液的因此，此时缓冲溶液的pH=Pka+lg(CAc-/CHAc)=4.75+lg(0.105/0.045)=5.12 缓冲溶液的变化值缓冲
13、溶液的变化值pH=5.12-5.05=0.07二、影响缓冲溶液二、影响缓冲溶液pH的因素的因素缓冲溶液的缓冲溶液的PH值表达式为：值表达式为：pH=pKa+lg(B-/HB)pKa+lg(CB-/CHB)1、Ka;2、缓冲比；、缓冲比；3、温度；、温度；4、加水稀释、加水稀释一、缓冲容量（一、缓冲容量（Buffer Capacity）1、概念、概念 使单位体积缓冲溶液的使单位体积缓冲溶液的pH值改变值改变1个单位时，所个单位时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量来表示：需加入一元强酸或一元强碱的物质的量来表示：-1 dna=V1dnbd(pH)d(pH)V第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲
14、容量和缓冲范围 Buffer Capacity and Buffer Range2、影响缓冲容量的主要因素、影响缓冲容量的主要因素C总。总。对同一缓冲系，当缓冲比不变时，总浓度越大，缓冲容对同一缓冲系，当缓冲比不变时，总浓度越大，缓冲容量也越大。量也越大。缓冲比缓冲比 对同一缓冲系，总浓度相同时，缓冲比越接近对同一缓冲系，总浓度相同时，缓冲比越接近1，缓，缓冲容量越大。冲容量越大。max0.576C总总 C总总=HB+B-二、缓冲范围二、缓冲范围Buffer effective range pH=(pKa-1)(pKa+1)pH=pKa1HAc-NaAc,pKa=4.756.its effec
15、tive buffer range is 3.756 5.756.Buffer systemConjugate acidConjugate basepKa(at 25)HAc-NaAcHAcAc-4.76H2CO3-NaHCO3H2CO3HCO3-6.35H3PO4-NaH2PO4H3PO4H2PO4-2.16TrisHCl-TrisTrisH+Tris7.85H2C8H4O4-KHC8H4O4H2C8H4O4HC8H4O4-2.89NH4Cl-NH3NH4+NH39.25CH3NH3+Cl-CH3NH2CH3NH3+CH3NH210.63NaH2PO4-Na2HPO4H2PO4-HPO42-
16、7.21Common Buffer Systems（常见缓冲系）（常见缓冲系）Preparation of a Buffer Solution一、缓冲溶液定额配制方法一、缓冲溶液定额配制方法选择合适的缓冲系选择合适的缓冲系总浓度要适当总浓度要适当计算所需缓冲系的量计算所需缓冲系的量所选缓冲系的所选缓冲系的pKa尽量接近所尽量接近所需配制的缓冲溶需配制的缓冲溶液的液的pH值值0.05mol.L-10.2mol.L-1Buffer systemConjugate acidConjugate basepKa(at 25)HAc-NaAcHAcAc-4.76H2CO3-NaHCO3H2CO3HCO3-
17、6.35H3PO4-NaH2PO4H3PO4H2PO4-2.16TrisHCl-TrisTrisH+Tris7.85H2C8H4O4-KHC8H4O4H2C8H4O4HC8H4O4-2.89NH4Cl-NH3NH4+NH39.25CH3NH3+Cl-CH3NH2CH3NH3+CH3NH210.63NaH2PO4-Na2HPO4H2PO4-HPO42-7.21Common Buffer Systems（常见缓冲系）（常见缓冲系）二、标准缓冲溶液二、标准缓冲溶液Standard Buffer Solutions 第四节第四节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系 Buffer Systems in Blo
18、od血浆中：血浆中：H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-红细胞中：红细胞中：H2b-Hb-(血红蛋白血红蛋白)、H2bO2-HbO2-(氧合血红蛋白氧合血红蛋白)H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-In the blood of a healthy invidual,HCO3-=0.024molL-1,H2CO3=CO2(aq)=0.0012molL-117.解：（1）反应前，溶液中，n(H3PO4)=0.10mol.L-1 1.0L=0.10moln(NaOH)=6.0g/40.0g.mol-1=0.15mol反应：H3PO4 +NaOH =Na
19、H2PO4 +H2O初始时/mol 0.10mol 0.15mol平衡时/mol 0.15-0.10=0.05mol 0.10mol继续反应：NaH2PO4 +NaOH =Na2HPO4+H2O 初始时/mol 0.10mol 0.05mol平衡时/mol 0.10-0.05=0.05mol 0.05mol 因此，该溶液为缓冲溶液，缓冲对为NaH2PO4Na2HPO4其pH=pKa2+lg n(Na2HPO4)/n(NaH2PO4)=7.21+lg(0.5/0.5)=7.21 (2)C总=n(HPO42-)+n(H2PO4-)+n(Na+)/V =(0.05mol+0.05mol+0.05mol3)/1L=0.25mol.L-1 =C总RT =0.258.314（273+37）=644kPa (3)溶液的渗透浓度 Cos=(18g/180g.mol-1)/1L+0.25mol.L-1 =0.35mol.L-1，与血液相比为高渗溶液。
