南医化学第三章缓冲溶液

第三章缓冲溶液 第一节缓冲溶液及缓冲机制第二节缓冲溶液的pH第三节缓冲容量和缓冲范围第四节缓冲溶液的配制第五节血液中的缓冲体系 第一节缓冲溶液及缓冲机制 1 0mL1molL 1HCl 3 00 pH2 00 pH4 98 0 02 一 缓冲溶液的组成 组成 HAc NaAc共轭酸碱对 缓冲溶液 Buffersolution 抵抗外来少量强酸强碱或稍加稀释 pH基本不变 缓冲作用 Bufferaction 缓冲溶液对强酸强碱或稀释的抵抗作用 NH4Cl NH3 H2ONaH2PO4 Na2HPO4Tris HCl Tris 缓冲系缓冲对 二 缓冲机制 平衡时 溶液中有较多的HAC分子和AC 当外加酸时 如HCl H Cl H 与AC 结合成难电离的HAC分子 同时阻止HAC进一步电离 故不会使溶液中 H 急剧增大 从而保持pH基本不变 故AC 为抗酸成分 医学上叫碱储备 Basicreservoir 如果外加少量硷 则由强碱电离出来的OH 就会与HAc电离出来的H 结合成H2O 这时 H 似乎应大大减少 但就电离来说 H 下降 平衡会向着电离方向移动来补充H 从而不会使 H 因加入碱而明显改变 即仍保持pH基本不变 故HAc成为抗碱成分 医学上叫酸储备 acidicreservoir lg H3 O lg KaC0HAc C0NaAc lgKa lg C0HAc C0NaAc pH pKa lg C0NaAc C0HAc 缓冲溶液pH的计算公式也可写成pH pKa lg C0NaAc C0HAc pKa lg C0NaAcV C0HAcV pH pKa lg n0NaAc n0HAc 第二节缓冲溶液的pH 一 缓冲溶液pH计算公式 HendersonHasselbalch公式 平衡时 已解离部分的浓度为C HB 则HB和B 的平衡浓度分别为 HB C HB C HB C HB B C NaB C HB C NaB 上式中浓度均为平衡浓度 共轭碱与共轭酸的浓度比称为缓冲比 两者之和称为缓冲液总浓度 HB的起始浓度为C HB NaB的起始浓度为C NaB 平衡时 已解离部分的浓度为C HB 则HB和B 的平衡浓度分别为 HB C HB C HB C HB B C NaB C HB C NaB 还可以表示为若使用相同浓度的弱酸及其共轭碱来配制缓冲溶液则上式可改写为 HBNaB总浓度c HB c NaB 已解离浓度c HB 同一溶液 用同浓度的共轭酸碱溶液配制 则 HB c HB c HB c HB B c NaB c HB c NaB 平衡时已解离的HB浓度为c HB Henderson Hasselbalch公式意义 pH主要决定于pKa 同时与缓冲比有关 pKa一定 pH随缓冲比而变 缓冲比 1 pH pKa 一定T pH不因稀释而产生明显变化 故缓冲溶液又具有一定的抗稀释作用 二 缓冲溶液pH的校正 例 1 计算0 2mol L 1NH3和0 08mol L 1NH4Cl等体积混合为1L缓冲溶液的pH pKa NH4 9 25 例3 1 缓冲系 NH4 NH3 9 65 2 在上述1L溶液中加入0 010molHCl pH 9 51 3 在上述1L溶液中加入0 010molNaOH n NH3 0 100 0 010 mol 0 110moln NH4 0 040 0 010 mol 0 030mol pH 9 81 pH 9 65 n NH3 0 100 0 010 mol 0 090moln NH4 0 040 0 010 mol 0 050mol 例 计算缓冲溶液pH 1 0 5mol L 1HAc0 5mol L 1NaAc等体积混合 pKa HAc 4 74 4 74 2 在上述1L溶液中加入0 020molNaOH n Ac 0 25mol L 1 1L 0 02moln HAc 0 25mol L 1 1L 0 02mol pH 4 81 3 在上述1L溶液中加入0 020mol浓HCl n Ac 0 25mol L 1 1L 0 02moln HAc 0 25mol L 1 1L 0 02mol pH 4 67 pH 4 74 第三节缓冲容量和缓冲范围 一 缓冲容量缓冲溶液的缓冲能力是有限的 不是无限的 当其抗酸 抗碱成分用尽时 就失去了缓冲能力 缓冲能力的大小用缓冲容量 来恒量 缓冲容量 buffercapacity 单位体积 V 缓冲溶液的pH值改变一个单位 pH 1 所需加入的强酸或强碱的物质的量 越大 缓冲溶液的缓冲能力越强 越小 缓冲溶液的缓冲能力越弱 1 2 3 4 5 6 HCl 2 0 1mol L 1HAc NaOH NaOH pH 缓冲容量与pH关系 1 0 05mol L 1HCl 6 0 02mol L 1NaOH 135791113 0 120 100 080 060 040 020 3 0 2mol L 1HAc NaOH 4 0 05mol L 1KH2PO4 NaOH 5 0 05mol L 1H3BO3 NaOH 缓冲溶液的总浓度c总越大 就越大 2 c总一定时 缓冲比等于1时 最大 极大 0 576c总 定性要求 影响缓冲容量因素 二 缓冲范围 buffereffectiverange 当缓冲比小于1 10或大于10 1时 缓冲溶液基本失去缓冲能力 pH有效变化范围 pKa 1 即pH pKa 1叫缓冲溶液的缓冲范围 二 缓冲范围当缓冲比小于1 10或大于10 1时 0 01 此时基本上无缓冲能力了 所以 足够浓度的共轭酸 碱对组成的缓冲液 pH变化范围大致相当于pKa 1 约2个pH单位范围 才能发挥满意的缓冲作用 即pH pKa 1叫缓冲溶液的缓冲范围 第四节缓冲溶液的配制 一 缓冲溶液的配制方法 1 选择合适的缓冲系欲配的缓冲溶液的pH应落在所选缓冲对的缓冲范围 pKa 1 内 并尽量接近pKa 2 c总要适当一般0 05 0 2mol L 1之间 3 计算常用同浓度的共轭酸 碱溶液 取不同体积混合即可 4 校正实际pH值与计算pH值常有出入 用pH计或精密pH纸校正 例3 3 如何配制500mLpH 5 00的缓冲溶液 若要求溶液中HAc的浓度为0 05mol L 1 需加入NaAc 3H2O的质量 c NaAc 0 089mol L 1 n NaAc 0 089mol L 1 0 5L 0 044moL m NaAc 3H2O n M 0 044mol 136 1g L 1 6 1g 例3 4 例3 5自学 医学上常用的缓冲系要求 pH I cos常用NaCl来调节表3 2Tris Tris HCl组成的缓冲系 Tris Tris HCl Tris三 羟甲基 甲胺 HOCH2 3CNH2 HOCH2 3CNH2 HOCH2 3CNH2 HCl 二 标准缓冲溶液 酒石酸氢钾KHC4H4O6 HC4H4O6 磷苯二甲酸氢钾KHC8H4O4 硼砂Na2B4O7 10H2O 1mol水溶液 2mol2molHBO2 NaBO2 第五节血液中的缓冲体系 血液中缓冲系 血浆中 H2CO3 NaHCO3 NaH2PO4 Na2HPO4H2b NaHb 血浆蛋白及其钠盐 HA NaA 有机酸及其钠盐 红细胞中 H2CO3 KHCO3 KH2PO4 K2HPO4H2bO2 KHbO2 氧合血红蛋白及其钾盐 H2CO3主要以溶解态CO2存在于血液中 CO2 HCO3 缓冲系存在如下平衡 H2CO3 HCO3 缓冲对作用 pKa1 6 35 血浆中I 0 16mol kg 1体温 37 20 1 7 40 常人血浆中 HCO3 CO2 l 缓冲比 20 1 已超出有效缓冲范围 10 1 1 10 但血液pH仍能维持在一个狭窄范围 7 35 7 45 Why 人体是个开放缓冲系 HCO3 CO2 l 发挥缓冲作用的同时 还受到肺和肾生理功能调节作用 如何调节 问题 当代谢过程产生比H2CO3更强的酸时 OH H 当产生碱性物质时 当代谢过程产生比H2CO3更强的酸进入血液中 则HCO3 与H 结合成H2CO3 又立刻被带到肺部分解成H2O CO2 呼出体外 当产生碱性物质时 H2CO3立即与OH 作用 生成H2O和HCO3 经肾脏调节由尿排出 要求 掌握缓冲溶液的概念 组成和缓冲作用机理 掌握缓冲溶液pH值计算 掌握缓冲溶液的配制方法 熟悉缓冲容量的概念及其影响因素 熟悉血液中主要缓冲系及其作用 了解标准缓冲溶液的组成 2 在150 00mL 0 1000mol L 1的HAc溶液中 加入0 1000mol L 1NaOH溶液50 00mL 混合均匀 计算该溶液的pH值 已知Ka HAc 1 76 10 5 1 在50 00mL0 2000mol L 1NH3 H2O溶液中 加入0 2000mol L 1的HCl50 00mL 计算溶液的pH值 已知Kb NH3 1 79 10 5 1 在50 00mL0 2000mol L 1NH3 H2O溶液中 加入0 2000mol L 1的HCl50 00mL 计算溶液的pH值 已知Kb NH3 1 79 10 5 解 反应生成0 100mol L 1的NH4Cl NH4 NH3为共轭酸碱 Ka Kw Kb 5 59 10 10caKa 0 100 5 59 10 10 20Kw ca Ka 500 7 48 10 6mol L 1pH 5 13 2 在150 00