第五章-缓冲溶液

第五章缓冲溶液第一节同离子效应第二节缓冲溶液思考与练习第一节同离子效应举例：NH3　.．H2OOH-+NH4+NH4ClCl-+NH4+HAcH++Ac－NaAc==Na++Ac－第一节同离子效应定义：在弱电解质溶液中，当加入一种与弱电解质具有相同离子的强电解质时，使弱电解质的电离度降低的现象。几点说明：1．使电离平衡向左移动；2．结果总是α↓；3．Ki不变；第一节同离子效应应用：1．控制溶液[H+]（pH）；2．控制溶液中某种离子的浓度如控制H2S中的[S2-]不同pH时0.1mol/LH2S溶液中的[S2－]pH1479[S2－]1×10-181×10-121×10-61×10-2(mol/L)3．配置一定pH的缓冲溶液；第二节缓冲溶液一、缓冲溶液的概念二、缓冲溶液的组成三、缓冲作用的原理四、缓冲溶液pH的计算五、缓冲溶液的配制六、缓冲溶液在医药上的意义一、缓冲溶液的概念实验一：取试管二支，各加入蒸馏水10ml，在第一支试管中滴入甲基橙指示剂2滴，则溶液呈黄色，再滴入0.5mol/L盐酸溶液1滴，溶液立即呈红色；在第二支试管中滴入酚酞指示剂2滴，则溶液呈无色，再滴入0.5mol/L氢氧化钠溶液1滴，溶液立即呈红色。实验二：取试管二支，各加入氯化钠溶液10ml，重复实验一内容，溶液颜色的变化与实验一相同。一、缓冲溶液的概念实验三：取试管三支，各加入0.5mol/L醋酸和0.5mol/L醋酸钠的混和溶液10m1，再各加入甲基橙指示剂2滴、摇匀，三支试管溶液均呈橙色。第一支试管留作对照，在第二支试管中逐滴加入0.5mo1/L盐酸共约10滴左右，摇匀，与第一支试管溶液的颜色进行比较在第三支试管中逐滴加入0.5mo1/L氢氧化钠溶液共约10滴左右，摇匀，与第一支试管溶液的颜色进行比较观察到这三支试管中溶液的颜色没有什么大的差别，即溶液的pH没有发生显著变化。一、缓冲溶液的概念实验证明：在水中或氯化钠溶液中，当加入少量的强酸或强碱时，水或氯化钠溶液的pH会发生很大的变化。由醋酸和醋酸钠组成的混和溶液具有抵抗酸和碱的能力，加入少量的强酸或强碱时，溶液的pH基本不变。一、缓冲溶液的概念缓冲作用(bufferaction)：能抵抗外来少量酸或碱而保持溶液的pH几乎不变的作用。缓冲溶液(buffersolution)：具有缓冲作用的溶液。缓冲对或缓冲系：具有缓冲作用的两种物质。二、缓冲溶液的组成1．弱酸及其对应的盐；HAc-NaAc、H2CO3－NaHCO3、H2CO3－KHCO3、H3PO4－NaH2PO4、H3PO4－KH2PO4、有机酸－有机酸盐等。2．弱碱及其对应的盐；NH3·H2O－NH4Cl3．多元弱酸的酸式盐及其次级盐NaHCO3－Na2CO3、KHCO3－K2CO3、NaH2PO4－Na2HPO4一个共轭酸碱体系三、缓冲作用的原理1．弱酸及其对应盐的缓冲作用原理（HAc—NaAc）抗酸成分：Ac-（主要来自NaAc）抗碱成分：HAc抗碱作用：HAc+OH-Ac-+H2O抗酸作用：Ac-+H+HAc三、缓冲作用的原理2．弱碱及其对应盐的缓冲作用原理：(NH3·H2O-NH4Cl)抗酸成分：NH3抗碱成分：NH4+（主要来自NH4Cl）抗碱作用：NH4++OH-NH3·H2O抗酸作用：NH3+H+NH4+三、缓冲作用的原理3．多元酸的酸式盐及其对应的次级盐的缓冲作用原理NaHCO3-Na2CO3抗酸成分：CO32-（Na2CO3）抗碱成分：HCO3-（NaHCO3）抗碱：HCO3-+OH-CO32-+H2O抗酸：CO32-+H+HCO3-三、缓冲作用的原理3．多元酸的酸式盐及其对应的次级盐的缓冲作用原理NaH2PO4-Na2HPO4抗酸成分：HPO42-（Na2HPO4）抗碱成分：H2PO4-（NaH2PO4）抗酸：HPO42-+H+H2PO4-抗碱：H2PO4-+OH-HPO42-+H2O四、缓冲溶液pH的计算1、弱酸及其对应的盐组成的缓冲溶液实际工作中，配制时以等浓度的酸、盐溶液以不同体积混合，则公式可转变为：][][lg酸盐pKapH][][lg酸盐VVpKapH推导公式：HAH++A-HA:[酸]MA=M++A-MA:[盐]，四、缓冲溶液pH的计算温度对缓冲溶液pH的影响：T↑,Kw↑,pKw↓,从而使pH↓][][lg14盐碱bpKpH][][lg盐碱bpKpOH][][lg盐碱pKbKwpH25℃时，2、弱碱及其对应盐组成的缓冲溶液四、缓冲溶液pH的计算［例１］若在50ml0.1mol/LHAc和NaAc缓冲溶液中，加入1mol/LHCl0.05mL，计算pH如何改变？已知K(HAc)=1.76×10－5。解：（1）在加HC1之前，缓冲溶液pH的计算：[HAc]=[NaAc]=0.1mol/L4.75[0.1][0.1]lg510lg1.76＝]酸[]盐[lgHAcpKpH四、缓冲溶液pH的计算（2）在加入HCI溶液后缓冲溶液pH的计算：由于加入HCl，它所电离出来的H+与缓冲溶液中的Ac－结合生成了HAc分子，溶液中的[Ac－]降低，［HAc］增加。即：[HAc]=0.1+0.001=0.101（mol／L）[Ac－]=0.1-0.001=0.099（mol／L）4.740.014.750.1010.099lg4.75pH四、缓冲溶液pH的计算［例2］若在50mL0.1mol/LHAc和0.1mol/LNaAc缓冲溶液中，加入0.05mL1mol/LNaOH溶液，计算pH如何改变？由于加入NaOH溶液，它所电离出来的OH－与缓冲溶液中的H+结合生成了水，溶液中［HAc］降低，［Ac－］增加。即：［HAc］=0.1-0.001=0.099（mol／L）［Ac－］=0.1+0.001=0.101（mol／L）pH=4.75+lg099.0101.0=4.75＋0.01=4.76四、缓冲溶液pH的计算［例3］在25℃时取0.08mol/LHAc溶液与0.2mol/LNaAc溶液以等体积混和，计算该缓冲溶液的pH。已知：HAc的K(HAc)=1.76X10－5解：混和后，溶液中：0.1mol/L20.2[NaAc]0.04mol/L,20.08[HAc]15.54.075.404.01.0lg)1076.1lg(pH5四、缓冲溶液pH的计算［例4］求在90ml含NH3·H2O和NH4Cl各为0.1mo1/L的缓冲溶液的pH。己知：NH3·H2O的Kb=1.76×10－5解：［例5］在上述缓冲溶液中若分别加入10mL0.01mol/LHCI和0.01mol/LNaOH溶液，求溶液的pH各为多少？（设溶液混和时体积有加和性）解：加入10mLHCI或NaOH溶液的总体积为：90mL+10mL=100mL25.975.4141.0lg75.414pH四、缓冲溶液pH的计算（1）加入10mL0.01mol/LHCI后，)L/mol(089.01001001.0100901.0cb)L/mol(091.01001001.0100901.0cs24.901.075.414091.0089.0lg75.414pH1009010010cb=0.1×+0.01×=0.091(mo1/L）1009010010cs=0.1×－0.01×=0.089(mo1/L)=14—4.75+0.01=9.26pH=14－4.75+lg089.0091.0四、缓冲溶液pH的计算（2）加入10mL0.01mol/LNaOH后，五、缓冲溶液的配制1．选择缓冲对：pKa≈pH,或pH≈14-pKb2．按所要求的pH，根据pH计算公式计算出[盐]/[酸]（或[碱]/[盐]）；若Cs=Ca(或Cs=Cb)时,可求出体积比Vs/Va(或Vb/Vs)；3．考虑适宜的缓冲范围（缓冲容量）：一般选择浓度范围为：0.05mol/L-0.5mol/L;4．用pH计（仪器）校正；表5一2几种常用缓冲溶液中弱酸的pKa缓冲溶液的组成作为弱酸的pKa缓冲范围HAc－NaAc4.753.7～5.6KH2PO4－Na2HPO47.25.8～8.0NaHCO3－Na2CO310.3（pKa2）9.2～11.0NH3·H2O—NH4Cl9.25（14-pKb）8.4～10.3五、缓冲溶液的配制五、缓冲溶液的配制［例1］如何配制pH=5.0，具有中等缓冲能力的缓冲溶液1000mL？解：（1）选择HAc一NaAc缓冲对（2）根据要求具有中等缓冲能力，并考虑计算和配制方便，选用0.1mo1/L的HAc和0.1mol/LNaAc来配制；即VNaAc=1.78VHAc∵V(总)=V(NaAc)+V(HAc)=1000mL∴1.78V(HAc)+V(HAc)=1000mL可求得V(HAc)=359mL，V(NaAc)=1000mL－359mL=641mL将两者按此体积混和即得pH=5.0的缓冲溶液。78.1VVas25.075.40.5VVlgas，五、缓冲溶液的配制在配制一定pH的弱酸及弱酸强碱盐的缓冲溶液时，也常在一定量的弱酸溶液中，加入一定量的强碱，中和部分弱酸（即生成弱酸强碱盐），以得到要求配制的缓冲溶液。例如:在HAc溶液中加入适量NaOH溶液也可得到缓冲溶液。［例2］现欲配制pH=5.10的缓冲溶液，试计算在50mL的0.1mol/LHAc溶液中加入0.1mol/LNaOH溶液若干毫升？五、缓冲溶液的配制解：设需加的NaOH溶液X毫升，则加入NaOH的物质的量为0.1Xmmol；V为配成的缓冲溶液的总体积,则，解方程得x=34.6答：在50mL0.1mol/LHAc溶液中加入34.6mL0.1mol/LNaOH溶液，即可得到pH=5.10的缓冲溶液。。HAc+OH-Ac-+H2OVx1.0]Ac[Vx1.0501.0]HAc[Vx1.0501.0Vx1.0lg75.410.5测量体液的pH时，需用一定pH的缓冲溶液作比较来加以测定；微生物的培养，组织切片和细菌的染色都需要一定pH的缓冲溶液；研究生物体内的催化剂——酶的催化作用，也需要在一定pH的缓冲溶液中进行；许多药物也常需要在一定pH的介质中才能稳定。人体的血液或其它体液中的化学反应，都必须在一定的pH条件下进行，所以要依靠存在于体液中的各种缓冲对来使它们的pH保持恒定。六、缓冲溶液在医药上的意义。例如血液的pH总是维持在7.36～7.44之间狭小范围内，主要因为在血液中存在下列缓冲对：血浆：H2CO3－NaHCO3,NaH2PO4－Na2HPO4H－蛋白质—Na－蛋白质，红细胞：H2CO3－KHCO3，KH2PO4－K2HPO4H－血红蛋白一K－血红蛋白，H一氧合血红蛋白一K－氧合血红蛋白，其中，碳酸氢盐缓冲对在血液中浓度最高，缓冲能力最大，维持血液正常的pH的作用也最重要。六、缓冲溶液在医药上的意义