《CH4缓冲溶液》PPT课件.ppt

缓缓 冲冲 溶溶 液液 第四章 Buffer SolutionBuffer Solution 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制 第一节 一、缓冲溶液、缓冲作用 H2O 0.01mol pH7.00pH2.00 HCl pH-5 实验一 1L H2O 0.01mol pH7.00pH2.00 HCl pH-5 实验一 HAc+NaAc (0.1molL-1) pH4.75 pH4.66 HCl 0.01mol pH-0.09 具有抗酸作用 缓冲溶液及缓冲机制 H2O 0.01mol pH7.00pH12.00 NaOH pH5 实验二 缓冲溶液及缓冲机制 H2O 0.01mol pH7.00pH12.00 NaOH pH5 实验二 HAc+NaAc (0.1molL-1) pH4.75 pH4.84 NaOH0.01mol pH0.09 具有抗碱作用 1L 缓冲溶液及缓冲机制 缓冲作用在加入少量的强酸、 强碱或稍加稀释后仍能保持其pH值 基本不变的作用。 缓冲溶液具有缓冲作用的溶液。 缓冲溶液及缓冲机制 缓冲液的特点是其pH值不易受外界影响而 发生明显改变，即溶液pH值比较稳定。 缓冲液的pH值比较恒定的特点在医学上有 着广泛的应用。 缓冲溶液由 HB B- 组成 组成条件： HB与B- 为共轭酸碱对 且存在质子转移平衡 二者有足够的浓度 例： (1) 0.1 molL-1 HAc (2) 0.1 molL-1 NaAc (3) 0.1molL-1 HAc+ 0.1molL-1 NaAc HB Ac- B- 二、缓冲系的组成 缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液由 HB B- 组成 组成条件： HB与B为共轭酸碱对 且存在质子转移平衡 二者有足够的浓度 一、缓冲系的组成 缓冲溶液及缓冲机制 HB B称为缓冲系（或缓冲对） 常见缓冲系（共轭酸碱对） 缓冲系 pKa H3PO4 NaH2PO4 HAc NaAc H2CO3 NaHCO3 NaH2PO4 Na2HPO4 NH4Cl NH3 CH3NH3+Cl CH3NH2 Na2HPO4 Na3PO4 2.12 4.75 6.37 7.21 9.25 10.7 12.67 共轭酸共轭碱 缓冲溶液及缓冲机制 三、缓冲作用机制 HAcNaAc的缓冲机制 HAcNaAc的缓冲机制 HAc + H2O H3O+ + Ac- 缓冲作用机制 HAcNaAc的缓冲机制 HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- pH H+ 基本不变 缓冲作用机制 HAcNaAc的缓冲机制 HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- pH OH - 基本不变 + H2O 缓冲作用机制 HAcNaAc的缓冲机制 HAc + H2O H3O+ + Ac- pH 基本不变 OH - H+ 抗碱成分抗酸成分 问题： 血液中存在多种缓冲对： H2CO3 HCO3- ,H2PO4-_HPO42-，HnP-Hn-1P-，其中以 H2CO3- HCO3- 最重要，试以其为例，说明血液具备缓 冲作用的原因。（血液正常pH值7.40.05，若 pH7.45碱中毒） HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- H3O+ Ka HB B- -lg-lg pH pKa + lg HB B- 平衡浓度 缓冲溶液pH值的计算 pH pKa + lg HB B- （1）pH pKa + lg 共轭酸 共轭碱 此式为计算缓冲溶液pH值的 Henderson-Hasselbalch方程式 缓冲溶液pH值的计算 HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- 同离子效应：H3O+很小 即：HB离解很少 CHBHB CB-B- 缓冲溶液pH值的计算 HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- pH pKa + lg CHB CB- 初始浓度 (1) pH pKa + lg HB B- 平衡浓度 (2) 缓冲溶液pH值的计算 HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- （2）pH pKa + lg CHB CB- 缓冲溶液pH值的计算 （2）pH pKa + lg CHB CB- 同一溶液中：VHB=VB- VB- VHB （3）pH pKa + lg nHB nB- 缓冲溶液pH值的计算 （1）pH pKa + lg HB B- （2）pH pKa + lg CHB CB- （3）pH pKa + lg nHB nB- 混合后 的浓度 缓冲溶液pH值的计算 小结：(1)缓冲溶液是一定浓度的 共轭酸和共轭碱的混合液 (2) Ka为共轭酸的酸常数 (3) 或 或 称为 HB B- CHB CB- nHB nB- 缓冲比 缓冲溶液pH值的计算 讨论：（1）缓冲液pH值取决于Ka及 缓 冲比； （2）缓冲比B-/HB=1时， pH=pKa （3）同一缓冲系溶液，Ka一定，pH值 取决于缓冲比 （4）抗稀释 （5）抗酸、抗碱？以例说明。 例:已知H3PO4的pKa1、pKa2、pKa3 H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43- H2PO4- HPO42- HPO42- H3PO4 H2PO4- H2PO4 HPO42- PO43- Ka1 Ka2 Ka3 pH = pKa1 + lg H2PO4- H3PO4 pH = pKa2+ lg HPO42- H2PO4- pH = pKa3 + lg PO43- HPO42- 缓冲溶液pH值的计算 缓冲溶液pH值的计算 例：在1L混合液中，含有0.10molL-1 HAc和0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) (1) 计算混合液的pH值 解: pH pKa + lg CHB CB- pH pKa + lg CHAc CAc- = 4.75 + lg 0.1 0.1 0 缓冲溶液pH值的计算 (2) 在此混合液中加入0.01molHCl, 溶液的pH值=? 解: NaAc + HCl HAc + NaCl 0.100.100.010.090.11 pH pKa + lg CHAc CAc-0.09 0.11 4.75-0.09 4.66 例：在1L混合液中，含有0.10molL-1 HAc和0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) 缓冲溶液pH值的计算 例：在1L混合液中，含有0.10molL-1 HAc和0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) (3) 在此混合液中加入0.01molNaOH, 溶液的pH值=? 解: HAc + NaOH NaAc + H2O 0.100.100.01 0.090.11 pH pKa + lg CHAc CAc- 0.09 0.11 4.750.094.84 缓冲溶液pH值的计算 例：在1L混合液中，含有0.10molL-1 HAc和0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) (3) 此混合液稀释一倍,溶液的pH值=? 解: pH pKa + lg CHAc CAc- 0.05 0.05 4.7504.75 HAc= Ac-= 0.05molL-1 缓冲溶液pH值的计算 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围 第三节 一、缓冲容量 定义： = dnB(b) VdpH 单位： molL-1pH-1 单位体积的缓冲溶液pH改变1时,所需 加入一元强酸或一元强碱的量 缓冲容量和缓冲范围 def ，缓冲能力 ，缓冲能力 与 C总成正比 缓冲比一定时，总浓度越大，越 大 = 2.303(HB /C总)(B /C总) C总 缓冲比一定时,为常数 二、影响缓冲容量的因素 1、 与总浓度的关系 C总 = HB B 2、 与缓冲比的关系 HB B- 10 HB B- 1/10 值很小 HB B- 10 10 1 值较大 值最大 HB B- =1 缓冲比越接近1，缓冲容量越大； 缓冲比等于1时，有最大缓冲容量。 当 1 10 1 10 时 缓冲溶液具缓冲作用 pH = pKa1 该缓冲系可以配制从 pH=pKa1到pH=pKa1的缓冲溶液 缓冲容量和缓冲范围 HB B- 缓冲范围：缓冲液能有效发挥缓冲作用 的pH值范围。 理论缓冲范围 例： 缓冲对pKa缓冲范围 HAcNaAC4.75 H2PO4-HPO42- 7.21 NH4+NH39.25 3.755.75 6.218.21 8.2510.25 缓冲容量和缓冲范围 缓冲比为1时，缓冲容量最大 = 2.303(HB /C总)(B /C总) C总 HB /C总= 1 2 B /C总= 1 2 极大=2.303C总=0.576C总 小结 ： 影响缓冲容量的因素 缓冲比一定时，总浓度越大，越 大 总浓度一定时，缓冲比越接近1 ， 越大 缓冲范围：pH = pKa1 缓缓 冲冲 溶溶 液液 的的 配制配制 第四节 一、缓冲溶液的配制方法 缓冲溶液的配制 选择合适的 缓冲系： 选择pKa最接近缓冲溶液的pH的缓冲系 根据pH = pKa1和缓冲容量原理 例：要配制pH=7.00的缓冲 溶液 应选择哪一种缓冲系? 提示:在P56页表4-1找 H2CO3NaHCO3 NaH2PONa2HPO4 缓冲系 pKa 6.35 7.21 可选用 缓冲溶液的配制 TrisHClTris7.85 一、缓冲溶液的配制方法 缓冲溶液的配制 选择合适的 缓冲系： 选择缓冲溶液的pH最接近pKa的缓冲系 根据henderson方程计算 nB- 、nHB （ mB- 、mHB ） 总浓度不能太小或太大 (0.050.2molL-1) 校正(参看62页) 例：如何配制1L总浓度为0.2 molL-1, pH= 7.00的缓冲溶液。 解： 查表可选用NaH2PO4Na2HPO4： pKa2 = 7.21 pH = pKa2 + lg nHPO42- nH2PO4- 已知 7.00 = 7.21 nHPO42- nH2PO4- = 0.2 二元一次 方程 缓冲溶液的配制 nHPO42- nH2PO4- = 0.0862 mol = 0.114 mol (Na2HPO4 12.24克) (NaH2PO413.68克) 称量二者混合溶解稀释至1000ml 例：如何配制1L总浓度为0.2 molL-1, pH= 7.00的缓冲溶液。 缓冲溶液的配制 缓冲溶液的配制方式: (1) 共轭酸 + 共轭碱 如：HAc + NaAc (2) 弱酸 + 强碱 如：HAc +NaOH (3) 弱碱 + 强酸 如：NH3 + HCl (过量) (过量) 缓冲溶液的配制 固定配方的缓冲溶液 课本P63页表43、4 这些配方考虑了三个影响因数： 温度、离子强度和缓冲容量 (医学上还须考虑渗透浓度) 缓冲溶液的配制 二、标准缓冲溶液 （1）标准缓冲溶液 (不需要测定就已知pH值的缓冲溶液) 课本P64页 表45 0.05molL-1 COOH COOK pH = 4.008 （25） 缓冲溶液的配制 邻苯二甲酸氢钾 pH = pKa + lg 1 1 4.008 COOH COOK COOH 一元弱酸 COOK 一元弱碱 共轭 (1:1) 缓冲溶液的配制 用来校准pH计 血血 液液 中中 的的 缓缓 冲系冲系 第四节 人体血液的pH值在7.357.45之间 血液中的缓冲系： NaHCO3 H2CO3 Na2HPO4 NaH2PO4 Na-Hn-1Pr HnPr 血浆中主要存在着下列缓冲系 血液中的缓冲系 红细胞中主要存在着下列缓冲系： NaHCO3 H2CO3 K2HPO4 KH2PO4 K-Hb H-Hb K-HbO2 H-HbO2 血浆中H2CO3NaHCO3的缓冲机制 主要以溶解的CO2存在 CO2(溶解) + H2OH2CO3 H+ + HCO3- pHpKa + lg CO2 溶解 HCO3- 6.10 + lg 0.024 0.0012 6.10 + lg 20 1 7.40 K1K2Ka=K1K2 pKa 由肺、肾的生理功能调节 缓冲作用机制 血浆中H2CO3NaHCO3的缓冲机制 CO2 + H2O H2CO3 HCO3- 肺肾 少量H+ 缓冲 H+ 减少增加 增加 增加排量 补充 HCO3- : CO2=20:1 缓冲作用机制 血浆中H2CO3NaHCO3的缓冲机制 CO2 + H2O H2CO3 HCO3- 肺肾 少量OH- 缓冲 OH- 减少 增加 减少排量 补充 排泄 HCO3- : CO2=20:1 小结 溶液pH值的计算 H3O+=KaC