基础化学第四章(缓冲溶液)8

1第四章缓冲溶液（buffersolution）所有的体液均是缓冲溶液。生化反应的背景溶液：血浆：pH7.35-7.45大肠液：pH8.3-8.4乳汁：pH6.0-6.92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H2OH2OpH=7.00指示剂：溴麝香酚蓝pH=2.00H2OpH=12.00+2滴1mol·L-1HCl+2滴1mol·L-1NaOH3NaH2PO4Na2HPO4pH=7.21H2PO4--HPO42-pH=7.20pH=7.22NaH2PO4Na2HPO4NaH2PO4Na2HPO4NaH2PO4Na2HPO4pH=7.21+2滴1mol·L-1HCl+2滴1mol·L-1NaOH溴麝香酚蓝4缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用（bufferaction）。1.缓冲溶液的概念能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而能保持其pH基本不变的溶液，称为缓冲溶液（buffersolution）。52、缓冲溶液的组成组成：一对足够浓度的共轭弱酸、弱碱对。其浓度差不能太大。HAc-Ac-NH4+-NH3共轭酸共轭碱H2PO4--HPO42-共轭弱酸、弱碱对间相差一个质子6抗碱成分抗酸成分HAc-Ac-NH4+-NH3共轭酸共轭碱H2PO4--HPO42-弱酸及其对应的盐弱碱及其对应的盐多元酸的酸式盐及其对应的次级盐7例.下列各组溶液，有缓冲作用的是A.0.2mol·L-1KClB.0.02mol·L-1NH3·H2OC.0.2mol·L-1NaH2PO4和0.2mol·L-1Na2HPO4D.0.01mol·L-1HAc和0.2mol·L-1HCl(C)例：下列各组溶液，是否有缓冲作用？A.0.1mol·L-1HAc20mLB.0.1mol·L-1HAc20mL+0.1mol·L-1NaOH20mLC.0.1mol·L-1HAc20mL+0.1mol·L-1NaOH10mLHAc+NaOHNaAc+H2O8二、缓冲溶液的缓冲机制缓冲溶液：HAc-NaAc加入H3O+，平衡Ac-抵消H3O+，Ac-：抗酸成分加入OH-，OH-+H3O+2H2O平衡HAc补充消耗的H3O+，HAc：抗碱成分HAc+H2O⇌H3O++Ac-NaAcNa++Ac-9第二节缓冲溶液的pH一、缓冲溶液pH值的计算公式pH=pKaθ+lg{[B-]/[HB]}HB--B-共轭酸共轭碱酸常数平衡浓度p代表-lgpKaθ=-lg(1.76×10-5)=4.75如Kaθ=1.76×10-5,10pH=pKaθ+lg[c(B-)/c(HB)]n=cVpH=pKaθ+lg[n(B-)/n(HB)][B-]=c(B-)，[HB]=c(HB)起始浓度在缓冲体系中解释：缓冲溶液稍加稀释而pH保持不变11注意：对多元酸酸式盐及其次级盐的缓冲系要注意公式的内容；例如：H3PO4—NaH2PO4NaH2PO4—Na2HPO4Na2HPO4—Na3PO4][][lg43421POHPOHpKpHa][][lg42242POHHPOpKpHa][][lg24343HPOPOpKpHaP58，例4-1，4-212[例]将0.10molL-1HAc溶液50mL和0.10molL-1NaAc溶液30mL混合，计算混合溶液的pH值，已知HAc的pKaθ=4.74。pH=pKaθ+lg[n(Ac-)/n(HAc)]=4.74+lg[0.10×30/0.10×50]=4.5213[例]将0.10molL-1HAc溶液50mL和0.10molL-1NaAc溶液30mL混合，计算混合溶液的pH值，已知HAc的pKaθ=4.74。pH=pKaθ+lg[c(Ac-)/c(HAc)]=4.74+lg=4.52c(HAc)=0.10×50/80molL-1c(Ac-)=0.10×30/80molL-10.10×30/800.10×50/8014[例]将0.10molL-1NH3溶液50mL和0.10molL-1NH4Cl溶液30mL混合，计算混合溶液的pH值，已知NH3的Kbθ=1.7910-5。pKaθ=14-pKbθ=14+lg（1.7910-5）=9.25pH=pKaθ+lg[n(NH3)/n(NH4+)]=9.25+lg[0.10×50/0.10×30]=9.4715例1.将100ml0.50mol/LNH3.H2O与60ml0.50mol/LHCl混合（1）求此溶液pH值。（2）加入0.1克NaOH，求pH值。（3）加入1.5ml1mol/LHCl，求pH值。16解：50mmol30mmolNH3·H2O+HClNH4Cl+H2O反应初反应终30mmol20mmol][][lg43NHNHpKpHa3020lgapKpH07.918.025.9pHpH例1.将100ml0.50mol/LNH3.H2O与60ml0.50mol/LHCl混合（1）求此溶液pH值。17（2）mmolmol5.20025.0401.0mmolnmmolnNHNH5.225.2205.275.2303416.95.275.22lg25.9pHmmolHCl5.1加入mmolnmmolnNHNH5.185.1205.315.1303416.95.315.18lg25.9pH（3）加入0.1克NaOH9.02加入1.5mmolHCl18例2.取0.1mol/L某一元弱酸50ml与20ml0.1mol/LKOH混合，将此溶液稀释至100ml，测得该溶液pH为5.30，求一元弱酸的Ka。解：KOH+HBKB+H2OmmolnmmolnHBKB32526103.348.518.030.532lgaaaaKpKpKpKpH19二、影响缓冲溶液pH值的因素1.pKaθ(酸常数)2.c(B-)/c(HB)缓冲比pH=pKaθ+lg[c(B-)/c(HB)]20第三节缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量（buffercapacity）缓冲溶液的体积相等|dpH|为加入等量酸、碱后pH的变化值缓冲容量()：衡量缓冲能力AB|dpH|A小于|dpH|B缓冲能力强211mmolNaOH0.1mol/LHAc0.1mol/LNaAc1mmolNaOH0.01mol/LHAc0.01mol/LNaAc01.076.410111.010111.0lg75.423321pHpHpKpHpKpHaa09.084.4101101.0101101.0lg75.423321pHpHpKpHpKpHaa221、缓冲容量()定义使单位体积缓冲溶液的pH改变1个单位时,所需加入的强酸、强碱的物质的量。单位：mol/L·pH或mmol/L·pH2、影响缓冲容量的因素总浓度c总c总=[共轭酸]+[共轭碱]，c总β缓冲比，[共轭碱]/[共轭酸]=b/aa=b时β最大baseacid23二、缓冲范围缓冲比1:1，β最大；缓冲比离1:1愈远，β愈小，甚至没有缓冲作用∴缓冲比10/1～1/10，pH：pKaθ+1～pKaθ-1（缓冲范围）NaH2PO4-Na2HPO4组成的缓冲溶液pKa2θ=7.21理论缓冲范围：6.21-8.2124NH3-NH4Cl组成的缓冲溶液pKbθ=4.75理论缓冲范围：3.75-5.75（错误）(pKaθ=14.00-4.75=9.25)应该：8.25-10.25实际缓冲范围与理论缓冲范围有误差25例.下列各缓冲溶液，缓冲容量最大的是A.500ml中含有0.15molHAc和0.05molNaAcB.500ml中含有0.05molHAc和0.15molNaAcC.500ml中含有0.10molHAc和0.1molNaAcD.1000ml中含有0.15molHAc和0.05molNaAcE.1000ml中含有0.10molHAc和0.1molNaAc26第四节缓冲溶液的配制一.缓冲溶液配制方法实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步：1.选择合适的缓冲对无毒，稳定，不反应范围内在接近，并且与1pKpHpHpKaa27例：欲配pH=4.5缓冲溶液，可选择)20.7pK(HPONaPONaH.D)75.3pK(HCOONaHCOOH.C)76.4pK(NaAcHAc.B)75.4pK(ClNHNH.A2a4242)HCOOH(a)HAc(a)NH(b433(B))NH(b)NH(a34pK14pK第四节缓冲溶液的配制一.缓冲溶液配制方法实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步：1.选择合适的缓冲对283、计算缓冲比酸碱cclgpKpHa4、校正2、确定总浓度0.05～0.2mol/L太低，缓冲容量太小适用太高，离子强度大，不29例1：如何配制pH=5.00的缓冲溶液100m1?(1)选择缓冲系pH=5.00HAc的pKa=4.75选HAc—NaAc缓冲系(2)确定总浓度NaBHBCCHBBaVVlgpKpH30设取Vml0.1mol/L的NaAc则HAc为(100-V)ml根据HBBaVVlgpKpHml64V74.1V100VV100Vlg75.4pH将64ml0.10mol/LNaAc与36ml0.1mol/LHAc混合，就可配pH=5.00的缓冲溶液31例2.如要配置pH=5.10缓冲液100ml需在6mol/LHAc10ml中加入2mol/LNaOH多少ml？HAcAcpKpHalgmlxxx7.202602lg75.410.5HAc+NaOHNaAc+H2O6060-2x2x2x初始平衡32例3.在浓度为0.05mol/L的Tris(三—羟甲基—甲氨)溶液50ml中，加入浓度为0.05mol/L的HCl溶液多少毫升，用水稀释到100ml后溶液的pH值为7.40?(已知Tris·HCl的pKa=8.17)TrisTris·HClCCH2OHNH2CH2OHHOH2CCCH2OHNH2CH2OHHOH2C.HCl33解:设需加入HCl溶液xmlTris+HClTris.HCl初始平衡0.05x50-x0.052.50.05xHBBannlgpKpH7.4250lg17.8xxxpH例3.在浓度为0.05mol/L的Tris(三—羟甲基—甲氨)溶液50ml中，加入浓度为0.05mol/L的HCl溶液多少毫升，用水稀释到100ml后溶液的pH值为7.40?(已知Tris·HCl的pKa=8.17)34P63表4-3，表4-4HClTrisTris甲胺—（羟甲基）—三医学上广泛使用缓冲溶液配方表常用缓冲系：PBS(H2PO4--HPO42-)NaCl：调节至等渗35细胞培养的缓冲系统•pH在7.2-7.4•缓冲体系：NaHCO3-CO2•培养箱：5%CO2，培养液：1.97g/LNaHCO3•指示剂：酚红，酸性培养液呈橙黄色，碱性培养液呈深红色。36分子克隆常用缓冲液TE：10mmol/LTris.Cl+1mmol/LEDTA•STE(或称TEN)：10mmol/LTris.Cl(pH8.0)1mmol/LEDTA(pH8.0)0.1mol/LNaCl•STET：10mmol/LTris.Cl(pH8.0)1mmol/LEDTA(pH8.0)0.1mol/LNaCl5%TritonX-100•TNT：10mmol/LTris.Cl(pH8.0)150mmol/LNaCl0.05%Tween2037常用的电泳缓冲液•Tris-乙酸（TAE）：0.04mol/LTris-乙酸+0.001mol/LEDTA•Tris-磷酸（TPE）：0.09mol/LTris-磷酸+0.002mol/LEDTA•Tris-硼酸（TBE）：0.045mol/LTris-硼酸+0.001mol/LEDTA•碱性缓冲液：50mmol/LNaOH