第三章-缓冲溶液

第三章缓冲溶液第一节缓冲溶液和缓冲作用机理第二节缓冲溶液的pH第三节缓冲容量第四节缓冲溶液在医学中的意义下列情况均需pH一定的缓冲溶液：–大多数为酶所控制的生化反应–微生物的培养–组织切片–细胞染色–药物调剂、研制等第三章缓冲溶液第三章缓冲溶液pH=3↑pH=0.09↑1L纯水中(pH=7)+1mol·L-1HCl0.1mlpH=4pH=3↓+1mol·L-1NaOH0.1mlpH=101L含0.1molHAc和NaAc的溶液(pH=4.75)+1mol·L-1HCl10mlpH=4.66pH=0.09↓+1mol·L-1NaOH10mlpH=4.84—缓冲溶液缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的溶液。缓冲对(系):组成缓冲溶液的共轭酸碱对。组成：抗酸成分+抗碱成分缓冲作用：缓冲溶液对少量强酸、强碱或稀释的抵抗作用。NaAc—HAc3.1.缓冲溶液和缓冲作用机理3.1.1缓冲溶液的组成缓冲溶液的类型⒉酸式盐-次级盐⒈弱酸-弱酸盐⒊弱碱-弱碱盐NH3-NH4ClNaHCO3-Na2CO3NaH2PO4-Na2HPO4H2CO3-NaHCO3HAc-NaAc组成特点：均含共轭酸碱对缓冲溶液的组成1.下列各组溶液中不是缓冲溶液的是()A、0.2molL-1NH4Cl与0.1molL-1NaOH等体积混合B、0.1molL-1NaOH与0.1molL-1HAc等体积混合C、0.1molL-1NaOH与0.2molL-1HAc等体积混合D、0.1molL-1NaOH与0.2molL-1Na2HPO4等体积混合2.下列哪种溶液能与0.2molL－1NaHCO3等体积混合配成缓冲溶液（）A、0.2molL－1HAcB、0.2molL－1KOHC、0.1molL－1H2SO4D、0.1molL－1NaOHBD3.1.3缓冲溶液的作用原理HAc—NaAc缓冲体系NaAc→Na++Ac-[HAc]、[Ac-]足够大Ac-+H+→HAc加少量酸：(H+)[HAc]略↑加少量碱：(OH-)H++OH-→H2O,HAc的质子传递平衡右移补充失去的H+1.2.[Ac-]略↓[H+]基本不变[HAc]略↓[Ac-]略↑[H+]基本不变HAcH++Ac-Ac-是抗酸组分HAc是抗碱组分3.加入大量的强酸或强碱，抗酸抗碱成分将耗尽，缓冲溶液丧失缓冲能力。4.浓度较大的强酸或强碱也具有缓冲作用，但缓冲机理不同。它们酸碱性太强，很少作为缓冲溶液用。通常说的缓冲溶液，指的是由共轭酸碱对组成的缓冲溶液。3.1.3缓冲溶液的作用原理3.2.缓冲溶液的pH3.1缓冲溶液pH的计算公式—缓冲公式缓冲体系HB–NaB：NaBNa++B-][B[HB]]H[aKHB+H2OH3O++B-Ka=[H3O+][B-][HB]pH=pKa+lg[B-]=[共轭酸]pKa+lg[共轭碱]Henderson-Hasselbach方程式缓冲比[HB]缓冲公式HBBalgppHnnK或[HB]pH=pKa+lg[B-][B-]=cNaB+c’（HB）[HB]=cHB-c’（HB）HBBalgppHccKHBBalgppHVVK或(配制前B-、HB浓度相同VB-、VHB为混合前体积)c’（HB）为HB已解离部分浓度由于同离子效应，c’（HB）可以忽略[B-]≈c(B_)[HB]≈c(HB)缓冲公式cHBpH=pKa+lgcB-说明：1.缓冲溶液的pH值决定于共轭酸的Ka和缓冲比3.缓冲比=1时，pH=pKa。4.稀释时cB-,cHB同等降低,pH基本不变。2.同一缓冲系统，pKa一定，pH就决定于缓冲比，改变缓冲比，就可以在一定范围内配制不同pH的缓冲溶液。例1、0.20molL-1HAc溶液和0.20molL-1NaAc溶液等体积混合成1.0L缓冲溶液，求此溶液的pH值。在此溶液中分别加入0.010molHCl、0.010molNaOH、10mLH2O后，pH值改变为多少？（不考虑体积变化，已知HAc的pKa=4.75）解：（1）cHAc=cAc-=0.20/2=0.10(molL-1)lg4.750.100.10lg4.75AcaHAccpHpKc（等体积、等初始浓度，pH=pKa）（2）加入0.010molHCl（H+与Ac-作用生成HAc）cAc-=0.10–0.010=0.090(molL-1)cHAc=0.10+0.010=0.110(molL-1)66.4087.075.4110.0090.0lg75.4lgHAcAcaccpKpH（3）加入0.010molNaOH（NaOH与HAc反应）cAc-=0.10+0.010=0.110(molL-1)cHAc=0.10–0.010=0.090(molL-1)84.4087.075.4090.0110.0lg75.4lgHAcAcaccpKpH（4）加入10mL水cHAc=cAc-=0.101.0/1.010=0.099(molL-1)75.4lgHAcAcaccpKpH本例很好地说明了加入少量强酸、少量强碱及少量水后，溶液的pH值基本不变。3.2.2计算缓冲溶液pH值例将0.10mol·L-1的NaH2PO4溶液10.0ml和0.20mol·L-1的Na2HPO4溶液1.0ml混合，计算该混合液的pH值。解：H2PO4-H++HPO42-)Lmol(0909.00.10.100.1010.01POH42c)Lmol(0182.00.10.100.120.0c1HPO2451.60909.00182.0lg1023.6lglgppH8a共轭酸共轭碱ccK例50ml0.10mol·L-1HAc溶液与25ml0.10mol·L-1NaOH溶液相混合，是否具有缓冲作用？并计算该溶液的pH值。解：HAc+NaOH→NaAc+H2O反应前/mmol0.10×500.10×250反应后/mmol0.10(50-25)0.10×25=4.75+lg1=4.75HACAalgppHnnKC3.3缓冲容量3.3.1缓冲容量(buffercapacity)β2.定义：使单位体积缓冲溶液的pH值改变1时（pH=1)，所需加入一元强酸(碱)的物质的量。1.意义：衡量缓冲能力大小的尺度。||pHVnV表示缓冲溶液的体积，n表示加入的一元强酸或强碱的物质的量，pH表示缓冲溶液pH值的变化。例用浓度均为0.20mol·L-1的HAc和NaAc溶液等体积比混合成10ml缓冲液，计算该缓冲液的pH值。若在该溶液中加入0.10mol·L-1NaOH0.30ml，再计算该缓冲液的缓冲容量β。(HAc的pKa=4.75)解:⑴75.40.520.00.520.0lg75.4lgppHHAcAca1nnK⑵加入强碱后：)mmol(03.110.030.020.00.5Acn)mmol(97.010.030.020.00.5HAcn78.497.003.1lg75.4pH2)pHLmol(1.0)pHmlmmol(1.003.010100.311112△pH=4.78－4.75=0.03)mmol(100.310.030.0n23.3.2影响β的因素缓冲比一定时，c总越大，β越大；1、总浓度稀释时，c总↓，β↓。c总=[B-]+[HB]≈c(B-)+c(HB)缓冲溶液c总c(HAc)c(Ac-)Ⅰ0.200.100.100.12Ⅱ0.0400.0200.0200.0232、缓冲比缓冲比=1，pH=pKa,缓冲能力最强c总一定时，缓冲比1，pHpKa,β↑缓冲比1通常把缓冲比为1时的缓冲容量称为最大缓冲容量缓冲溶液c(Ac-)(molL-1)c(HAc)(molL-1)缓冲比c总(molL-1)(molL-1pH-1)Ⅰ0.0050.0951:190.100.011Ⅱ0.0100.0901:90.100.021Ⅲ0.0500.0501:10.100.058Ⅳ0.0900.0109:10.100.021Ⅴ0.0950.00519:10.100.011缓冲范围•当缓冲比大于10或小于1/10时，很小，缓冲能力显著下降甚至消失。•当缓冲比等于1时，，最大，缓冲能力最强。1apKpHapKpH175.41apKpH（3.75－5.75）缓冲溶液的缓冲作用有一定的范围，缓冲作用的有效pH范围叫做缓冲范围。缓冲溶液的缓冲范围：例如HAc-NaAc缓冲体系的缓冲范围：3.3.3缓冲溶液的配制配制缓冲溶液可按下列原则和步骤进行：1.选择缓冲对5.pH值校正。4.计算所需缓冲对的量。2.控制缓冲对的总浓度。使所配缓冲溶液pH∈(pKa±1)，且pKa。3.缓冲系物质稳定、无毒，不能与溶液发生反应。pH=5.00c总=0.05～0.2mol·L-1HAc-NaAc(pKa=4.75)（用pH计矫正）例配制pH=5.00的缓冲溶液100ml，应选择哪种缓冲？如何配制？解：选用0.10mol·L-1HAc-0.10mol·L-1NaAc设需HAcxml，则NaAc为（100-x）ml∴VHAc=x≈36(ml)VNaAc=100-x≈64(ml)HACAHAClgppHVVKCxx100lg75.45一、人体血液pH值的正常范围：7.35－7.451、当pH7.35时，出现酸中毒。2、当pH7.45时，出现碱中毒。•超过7.0－7.8这一范围，生命就不能继续维持。3.4缓冲溶液在医学中的意义二、为什么正常人体血液pH值会保持基本恒定？人体血液中存在多种缓冲对：•血浆中有H2CO3-HCO3-、蛋白质、H2PO4--HPO42-等；•红细胞中有血红蛋白、含氧血红蛋白、H2CO3-HCO3-、H2PO4--HPO42-等。•其中H2CO3-HCO3-缓冲对因其浓度最高、缓冲能力最强，对维持血液正常pH值起主要作用。CO2+H2OHCO3-+H+溶解'][][lg23COHCOpKpHa4.7120lg1.60012.0024.0lg1.6pH120][][23溶解COHCO超过1/10－10/1的缓冲范围，为什么仍能很好地维持血液的pH值?因为血液为敞开系统，抗酸、抗碱成分的消耗与补充可由肺、肾的生理功能得到及时的调节。H2CO3HCO3-+OH-+H+CO2+H2O肾肺课后作业：第二章课后习题；第三章1、2、3、4、5、8（第4题改为“欲配制pH=9.2的缓冲溶液。。。”）１.缓冲溶液稀释后，溶液的pH值基本不变，缓冲能力也不变。（）2.能对抗外界加入的少量强酸、强碱或水稀释的影响，保持溶液的pH值几乎不变的溶液称为缓冲溶液。（）3.总浓度一定时，缓冲溶液的缓冲比愈大，其缓冲容量愈大。（）4.缓冲能力愈大的缓冲溶液，缓冲范围愈大。（）5.pH=5.00的缓冲溶液，其缓冲范围为6.00~7.00。（）判断：错错错错对1.C总一定时,缓冲溶液在下列哪种情况时缓冲能力最大A.[A-]/[HA]=1B.[A-]/[HA]=10C.[HA]/[A-]=10D.[HA]/[A-]=202.某缓冲溶液的缓冲范围为5.30～7.30，则该缓冲溶液的共轭酸的酸常数Ka为A.10-5.30B.10-6.30C.10-7.30D.10-7.703.用初始浓度为0.05mol·L-1HAc和0.05mol·L-1NaAc等体积混合后配制而成的缓冲溶液pH值是(HAc:pKa=4.75)A.9.25B.4.75C.5.00D.5.104.人体血浆中最重要的抗碱成分是A.H2PO4-B.HPO42-C.HCO3-D.H2CO3选择：5.配制pH=5.00的缓冲溶液，应选择下列哪一对缓冲对最合适A.HAc-Ac-，HAc:pKa=4.75B.H