第3章 缓冲溶液

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1、 人体内的各种体液都具有一定的人体内的各种体液都具有一定的pH范围，范围，如血液的如血液的pH范围为范围为7.357.45，如果超出这如果超出这个范围，就会出现酸中毒和碱中毒。因此，个范围，就会出现酸中毒和碱中毒。因此，维持溶液和体液的维持溶液和体液的pH基本恒定，在化学和医基本恒定，在化学和医学上都同样具有重要的意义学上都同样具有重要的意义。 许多化学反应，需要在一定的酸度条件许多化学反应，需要在一定的酸度条件下才能正常进行。下才能正常进行。第三章 缓冲溶液Buffer Solution学习要求掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。掌握影响缓冲溶液pH的因素、应用Henderson-Hasse

2、lbalch方程式计算缓冲溶液pH值。掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。熟悉配制缓冲溶液的原则和方法。了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程中的作用。 2.0012.00 往往10ml pH=5.00的的HCl溶液中溶液中 加入加入: 0.10 ml(2滴滴) 1.0 M HCl 加入加入: 0.10 ml(2滴滴) 1.0 M NaOH 3 4.96 5.09 往上述混合溶液中往上述混合溶液中 加入加入: 0.10 ml(2滴滴) 1.0 M HCl 加入加入: 0.10 ml(2滴滴) 1.0 M NaOH 2 5.01 5.0 ml 0

3、.20 M HAc 9.0 ml 0.20 M NaAc 1 pH (实验实验) 溶溶 液液 实实 验验 可见，加入少量强酸可见，加入少量强酸( (或强碱或强碱) )溶液后，对溶液后，对No.1 溶液的溶液的pH影响很小。影响很小。No.1溶液有溶液有缓冲作用缓冲作用。 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结论 HAc NaAc 混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱而保持pH值基本不变的能力。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1.缓冲溶液（buffer solution）能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH基本不变的溶液。2.缓冲作用（buffer a

4、ction）缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。3.缓冲溶液的组成一般由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制一一缓冲溶液的缓冲作用和组成缓冲溶液的缓冲作用和组成常见的缓冲系常见的缓冲系 质子转移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+ H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+TrisH+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH4+H2O NH3+H3O+

5、CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO42-+H2O PO43-+H3O+缓冲系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4TrisHCl -TrisH2C8H4O4- KHC8H4O4NH4Cl - NH3CH3NH3+Cl - CH3NH2NaH2PO4- Na2HPO4Na2HPO4- Na3PO4质子转移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+ H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+TrisH+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O

6、+NH4+H2O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO42-+H2O PO43-+H3O+缓冲系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4TrisHCl -TrisH2C8H4O4- KHC8H4O4NH4Cl - NH3CH3NH3+Cl - CH3NH2NaH2PO4- Na2HPO4Na2HPO4- Na3PO4缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成1弱酸及其对应的盐弱酸及其对应的盐 例如例如，HAc-NaAc 2多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐。 3弱碱及其对应的盐弱

7、碱及其对应的盐 例如例如：NH3-NH4Cl例如例如：NaHCO3-Na2CO3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在实际应用中，还采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系。弱酸（过量）+ 强碱强酸 + 弱碱（过量）优点：HCl 和 NaOH 溶液常备试剂，容易获得。弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。通常缓冲溶液的pH需要在pH计监控下调整，滴加强碱/酸易于操作。第一节 缓冲溶液及缓冲机制二 缓冲机制以HAcAc-体系为例缓冲溶液存在大量HAc和Ac- ，质子转移平衡n当加入少量强酸时消耗掉外来的H+离子，而溶液的pH保持基本不变。H+ + Ac- HAcn当加入少量强碱时

8、质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+离子，而的pH值保持基本不变。OH- + H3O+ 2H2O共轭碱称为抗酸成分，共轭酸称为抗碱成分。HAc + H2OH3O+ + Ac-第一节 缓冲溶液及缓冲机制二缓冲机制结论结论 由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，消耗外来的少量强酸、强碱。 它们通过弱酸解离平衡的移动，使溶液H+离子或OH-离子浓度未有明显的变化，因此具有缓冲作用。 以以HAc-NaAc缓冲溶液为例（缓冲溶液为例（）HAc + H2OH3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- 少量少量H+平衡向左移动平衡向左移动共轭碱是抗酸成分共轭碱是抗酸成分以以HAc-NaA

9、c缓冲溶液为例（缓冲溶液为例（）：）：HAc + H2OH3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- 少量少量OH-平衡向右移动平衡向右移动共轭酸是抗碱成分共轭酸是抗碱成分第二节 缓冲溶液的pH值 一缓冲溶液pH值的计算公式：HendersonHasselbalch方程式 以HB代表弱酸，并与NaB组成缓冲溶液。 HB + H2OH3O+ + B-NaBNa+ + B-第二节 缓冲溶液的pH值 一缓冲溶液pH值的计算公式1.如何推求HendersonHasselbalch方程式 HB + H2OH3O+ + B-第二节 缓冲溶液的pH值 一缓冲溶液pH值的计算公式2.HendersonH

10、asselbalch方程式的意义 缓冲溶液的pH首先取决于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第二节 缓冲溶液的pH值 一缓冲溶液pH值的计算公式3.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。所以第二节 缓冲溶液的pH值 一缓冲溶液pH值的计算公式由于 c = n/V，所以第二节 缓冲溶液的pH值 一缓冲溶液pH值的计算公式根据 n = cV，若取储备液 c(B-) = c(HB)(混合前的浓度) 例例: 1L缓冲溶液中含有缓冲溶液中含有0.10m

11、olHAc和和0.20mol NaAc, 求该缓冲溶液的求该缓冲溶液的pH值值。 Ka(HAc) =1.7610-5 解：该缓冲溶液中含有解：该缓冲溶液中含有HAc-NaAc缓冲对缓冲对 又又 Ka(HAc) =1.7610-5 Ca =0.10molL-1 Cb = 0.20 molL-1 pH =CbCa0.200.10pKa + lg = 4.75 + lg= 5.05 例：将例：将100ml0.10molL-1盐酸溶液加入到盐酸溶液加入到400ml0.10 molL-1氨水中，求混合后溶液氨水中，求混合后溶液的的pH值，已知值，已知Kb(NH3) =1.7610-5 解：加入的盐酸完全

12、与氨反应解：加入的盐酸完全与氨反应： NH3 + H+ = NH4+ 混合后，溶液中各组分的浓度为：混合后，溶液中各组分的浓度为：Ca = 1000.1400+100= 0.02(molL-1)Cb = 4000.101000.10400 +100= 0.06 (molL-1)pKa(NH4+ ) = 9.25pH = pKa + lgCbCa = 9.25 + lg0.060.02 =9.73第三节 缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量 缓冲溶液的缓冲能力有一定限度，当加入强酸或强碱过量，缓冲溶液的pH将发生较大的变化，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 缓冲容量缓冲容量（

13、）在数值上等于使在数值上等于使1L缓冲溶液缓冲溶液值改变值改变1个个pH单位时，所需加入一元强酸或一单位时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量元强碱的物质的量影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素v 总浓度总浓度当缓冲比一定，总浓度越大，缓冲容量越大。当缓冲比一定，总浓度越大，缓冲容量越大。v 缓冲比缓冲比a.a.最大缓冲容量最大缓冲容量 当总浓度一定时，缓冲比等于当总浓度一定时，缓冲比等于1 1时，缓冲容时，缓冲容量最大，此时溶液：量最大，此时溶液：第三节 缓冲容量和缓冲范围四、缓冲范围 把缓冲溶液pH=pKa1变化范围称为缓冲范围。第四节 缓冲溶液的配制一、配制方法1选择合适的缓冲系：（1

14、）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配制的缓冲溶液的总浓度要适当： 一般总浓度0.05molL-10.2molL-1。3计算所需缓冲系的量： 根据Henderson-Hasselbalch方程计算。4校正： 需在pH计监控下，对所配缓冲溶液的pH校正。1、已知、已知H3PO4的的pKa1=2.12，pKa2=7.21，pKa3=12.67，若配制，若配制pH=7.4的缓冲溶液，应的缓冲溶液，应选择的缓冲对为：选择的缓冲对为： （）（） A、H3PO4H2PO4-B、H2PO4-HPO42-C、HPO42-PO43- D、H3PO4HPO42-

15、B第四节 缓冲溶液的配制二、标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力，用来校准pH计。第五节 血液中的缓冲系 血浆中：H2CO3-HCO3-H2PO4-HPO42- HnP-Hn-1P-(血浆蛋白) 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 在这些缓冲系中，碳酸缓冲系H2CO3-HCO3-的浓度最高，在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。 碳酸缓冲系来源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，与其离解产生的碳酸氢根离子，以及血液中贮存的碳酸氢根离子达成平衡：第五节

16、血液中的缓冲系 若血液的pH小于7.35，则会发生酸中毒(acidosis)；若pH大于7.45，则发生碱中毒(alkalosis)。若血液的pH小于6.8或大于7.8，就会导致死亡。 正常情况下，HCO3-与CO2溶解的比率为24mmolL-1比1.2mmolL-1，即20/1。 pKa1 =6.10，pH6.10 + lgpH7.40思 考 混合混合 20 mL 0.10 molL-1 的的 H3PO4与与 30 mL 0.10 molL-1 的的 NaOH，所得缓冲溶液的，所得缓冲溶液的pH=？ 已知：已知：pKa1=2.16， pKa2=7.21， pKa3=12.32。解：H3PO4 + NaOHNaH2PO4 + H2O反应前 200.10mmol 300.10mmol反应后2.0mmol1.0mmolNaH2PO4 + NaOHNa2HPO4 + H2O反应前 2.0mmol1.0mmol反应后1.0mmol1.0mmol 1、一定温度下，加水稀释弱酸，数值将减小、一定温度下，加水稀释弱酸，数值将减小的是的是 （）（） A.H+ B. C.pH D. KaA2、在氨水中加入氯化铵后，则氨水的解离度、在氨水中加入氯化铵后，则氨水的解离度 （） A.增大增大 B.不变不变 C.减小减小 D.先增大后减小先增大后减小C