无机化学酸碱平衡 缓冲溶液ppt课件.ppt

第四节缓冲溶液 营养学专家指出 碱性食物对大鱼大肉的现代人来说多有裨益 但这跟食物的酸碱度没有多大关系 其好处在于被归类为 碱性 的食物普遍含有现代人所缺乏的营养物质 食物的酸碱度本身对人体酸碱度及健康影响甚微 第1页 食物本身是酸性或碱性 不代表摄入体内的PH值是一定的 林秀红说 多数碱性食物摄入体内表现为碱性 但也有的碱性或降低 甚至变为酸性 以牛奶为例 钙离子燃烧之后的灰分 遇水生成氢氧化物 是强碱 可是在人体中 90 以上的钙都是以固体的形式存在 碱性虽强 却体现不出来 同理 肉类属于呈酸性食物 其主要营养成分是蛋白质 蛋白质中的氮元素在我们体内则大部分以氨基酸的形式存在 并且是很多生物碱的中心原子 那么在体内它可以起到提高pH值的作用 肉本身是酸性的 但多数进入体内的酸性很小 甚至变为碱性 第2页 实验样品1 0 10mol L 1NaCl溶液样品2 含HAc和NaAc均为0 10mol L 1的混合溶液操作 滴加强酸HCl至c HCl 0 010mol L 1观察现象 pH的变化 一 缓冲溶液的组成和作用原理 第3页 0 10mol LNaCl溶液 NaCl溶液中加入0 010mol HCl 溶液的pH由7变为2 pH 5 0 10mol LHAc 0 10mol LNaAc溶液 0 10mol LHAc 0 10mol LNaAc溶液溶液中加入0 010mol LHCl 溶液的pH由4 75变为4 74 pH 0 01 第4页 结论HAc NaAc混合溶液具有抵抗外来少量强酸 强碱而保持pH基本不变的能力 第5页 1 定义能够抵抗外加少量酸碱或水的稀释 而保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液 2 组成 抗碱组份 抗酸组分 弱酸及对应的盐HAc NaAc弱碱及对应的盐NH4Cl NH3 H2O酸式盐及其次级盐溶液NaH2PO4 Na2HPO4 缓冲溶液具有缓冲作用 是因为缓冲溶液中含有共轭酸碱对的两种物质 即抗碱组分和抗酸组分 通常把这两种组分称为缓冲对或缓冲系 第6页 1 弱酸及其对应的盐 以HAc NaAc缓冲体系为例 存在共轭酸碱对HAc Ac Ac 是共轭碱 结合质子 HAc是共轭酸 释放质子 NaAc是强电解质完全解离 HAc为弱酸 有同离子效应 降低了HAc的解离度 使HAc仅发生微弱解离 在混合溶液中cHAc 来自弱酸 和cAc 主要来自NaAc 都较大 存在HAc的解离平衡 3 作用原理 第7页 加入少量OH 它与H 结合生成水 平衡向右移动 加入少量H 它与Ac 结合生成HAc 平衡向左移动 第8页 CO2 H2O B H 第9页 在HAc NaAc缓冲体系中加入少量酸 如盐酸 时 溶液中大量的Ac 与H 结合生成HAc 同时其解离平衡左移 当建立新平衡时 cHAc略有增加 cAc 略有减少 而溶液中cH 几乎不变 所以NaAc是缓冲溶液的抗酸成分 在该缓冲体系中加入少量强碱 增加的OH 与溶液中的H 结合生成H2O H 浓度的减少使得HAc的解离平衡右移 以补充H 的减少 建立新平衡时 cHAc略有减少 cAc 略有增加 而溶液pH几乎不变 所以HAc是缓冲溶液的抗碱成分 第10页 当加水稀释时 溶液中的cH 减少 而解离度增加 补充了cH 的减少 因而pH维持相对稳定 当加入大量的酸 碱 溶液中的HAc或Ac 消耗殆尽 就不再具有缓冲能力 所以缓冲溶液的缓冲能力是有限的 如果外界条件的改变超过了该溶液的缓冲能力 则溶液的pH不再维持稳定 2 弱碱及其对应的盐 自学 3 多元酸的酸式盐及其对应的次级盐 自学 第11页 二 缓冲溶液pH值的计算 对于弱酸及其盐体系 上式称为亨德森 哈塞巴赫方程 又称缓冲公式 式中 HA是弱电解质 加之共轭碱 A 的同离子效应 致使HA的解离度更小 故平衡时 缓冲比 c HAc cac Ac cb 第12页 上式又可近似为 缓冲溶液的pH取决于缓冲对中弱酸的解离常数Ka和和缓冲液中的缓冲比 对于同一缓冲溶液 Ka相同 其pH只取决于缓冲比 当缓冲比等于1 即cb ca 时 缓冲溶液的pH pKa 第13页 例 等体积的0 2mol LHAc与0 2mol LNaAc混合 计算其pH值 已知HAc的pKa 4 75 pH 4 75 lg 0 1 0 1 4 75 解 由公式 答 0 2mol LHAc与0 2mol LNaAc混合液的pH值为4 75 第14页 解 1 原缓冲溶液的pH为 例 在100mL浓度各为0 10mol L的HAc和NaAc缓冲溶液中 加入0 1mL1mol L的HCl溶液 计算pH如何改变 已知HAc的pKa 4 75 2 加入HCl溶液后 HCl浓度变为 第15页 溶液的pH比原来降低了约0 01单位 几乎未改变 而若向纯水中加入 则改变约4个单位 则 HAc 0 1 0 001 0 101mol L Ac 0 1 0 001 0 099mol L 此时发生反应 HCl NaAc HAc NaCl 代入公式 得 第16页 三 缓冲溶液的配制 选择适当的缓冲对原则 缓冲溶液的pH应该落在pKa 1 pH pKa 1之间 并尽量接近共轭酸的pKa 这样所配缓冲溶液具有较大的缓冲容量 欲配制的缓冲溶液的pH值 应选择的缓冲组分 第17页 所选择的缓冲对不能与反应物或生成物发生作用 药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等 缓冲溶液的总浓度控制在0 1 0 5mol L之间较适宜 为了使缓冲溶液具有较大的缓冲容量 应尽量使缓冲比接近于1 并计算出所需共轭酸 碱的量 用精密pH试纸或pH计对缓冲溶液的pH进行校正 第18页 缓冲溶液在医学上的意义在人体内缓冲溶液非常重要 人体内的pH只所以能保持在7 35 7 45之间 是因为人体内存在多种缓冲对 人体血液中存在的主要缓冲对有 血浆中 H2CO3 HCO3 H2PO4 HPO42 血浆蛋白酸 血浆蛋白盐研究证明 在这些主要缓冲对中 H2CO3 HCO3 共轭酸碱对在血液中浓度最高 缓冲能力最大 对维持血液正常的pH起着决定性的作用 第19页 例 在研究酸雨造成某低土壤酸化问题时 需要pH 10 00的碳酸盐缓冲溶液 在500mL0 20mol L的NaHCO3中 需要加入多少克碳酸钠来配制 已知 H2CO3的Ka1 4 30 10 7 Ka2 5 62 10 11 解 该缓冲溶液中 n HCO3 0 2 0 5 0 10mol 答 所需要碳酸钠的质量为 0 056 106 6 0g 第20页 水到底有没有缓冲能力 pH 4 体系的pH值