3-3第三章-缓冲溶液

HCO3-+H2OH3O+CO32-,以HCO3-在水中作为酸时，质子传递反应为,(一)两性阴离子溶液,当HCO3-在水中作为碱时，质子传递反应为,HCO3-+H2OOH-+H2CO3,两性物质溶液,Ka2,Kb=Kw/Ka1,当cKa220Kw且c20Ka1时,水的质子传递反应可以忽略。溶液中H+的近似计算公式为,考虑水质子传递反应,H2PO4-的计算H+的最简式,HPO42-的计算H+的最简式,计算0.20molL-1NaH2PO4溶液的pH值。已知H3PO4的pKa1=2.16，pKa2=7.21,pKa3=12.32,解：cKa220Kw且c20Ka1,例3-14,符合近似公式计算条件，可按近似公式（3.17）计算,以NH4Ac为例,它在水中发生下列质子传递平衡,NH4+H2ONH3+H3O+,Ac-+H2OHAc+OH-,Ka表示阳离子酸(NH4+)的解离常数;Ka表示阴离子碱(Ac-)的共轭酸(HAc)的解离常数;当cKa20Kw，且c20Ka时，,或,由弱酸和弱碱组成的两性物质溶液,计算0.10molL1NH4CN溶液的pH值。已知NH4+的Ka为5.5910-10，HCN的Ka为6.1710-10。,例3-14,解：cKa20Kw且c20Ka,氨基酸的通式为NH3+CHRCOO-，式中-NH3+基团可给出质子，显酸性；-COO-基团可以接受质子，显碱性，故是两性物质。,氨基酸型两性物质溶液,Kb=2.2410-12,计算氨基酸水溶液中H+浓度的近似式与计算NH4Ac的相似，即H+=，,Ka=Kw/Kb=10-14/(2.2410-12)=4.4610-3,NH3+CH2COO-+H2ONH3+CH2COOH+OH-,Ka=1.5610-10,NH3+CH2COO-+H2ONH2CH2COO-+H3O+,以甘氨酸(NH3+CH2COO-)为例，它在水溶液中的质子传递平衡为,则在甘氨酸的水溶液中,所以pH=lg(8.3410-7)=6.08,小节,1、掌握酸碱理论2、一元弱酸PH值的近似计算3、二元弱酸PH值近似计算当Ka1ca20Kw，时ca/Ka15003、两性物质PH值的近似计算公式,第五节缓冲溶液,一、缓冲溶液的组成和作用机制二、缓冲溶液的PH计算三、缓冲容量和缓冲范围四、缓冲溶液的配置五、缓冲溶液在医学上的意义,对比实验：,加0.01molHCl或加0.01molNaOHpH基本不变（pH试纸检测）,定义：由弱酸及其共轭碱所组成的具有抵抗少量酸、碱或稀释而保持pH值基本不变的混合液，称为缓冲溶液。,缓冲溶液的这种抗酸、抗碱、抗稀释的作用称为缓冲作用。,缓冲溶液的组成和作用机制,缓冲对,缓冲溶液组成,常见缓冲溶液的三种类型,(一)弱酸及其共轭碱,如：HAc/NaAc;H2CO3/NaHCO3,(二)弱碱及其共轭酸,如：NH3H2O/NH4Cl；CH3NH2/CH3NH3+Cl-,(三)多元酸酸式盐及其共轭碱,如：NaHCO3/Na2CO3；NaH2PO4/Na2HPO4,以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与酸作用）,少量H+,平衡向左移动,共轭碱是抗酸成分,缓冲溶液的作用原理,以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与碱作用）：,少量OH-,平衡向右移动,共轭酸是抗碱成分,一元弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液,设NaAc的浓度为Cb，HAC的浓度为Ca,CHAcCaCAc-Cb,(HendersonHasselbalch方程式),NH4+CaNH3.H2OCb,弱碱与其共轭酸组成缓冲溶液,pH=14pOH,缓冲溶液pH值的计算公式(HendersonHasselbalch方程式),pKa：弱酸解离常数的负对数，HB和B-：为平衡浓度。B-/HB：缓冲溶液的缓冲比，(bufferratio)B-+HB：缓冲溶液的总浓度。,pHpKa+lgpKa+lg,（1）缓冲溶液的pH值取决于pKa值与缓冲比,缓冲溶液的性质：,（2）对于一个给定的缓冲系来说，pKa值是一定的，pH值取决于缓冲比。,（3）当缓冲比等于1时，pH=pKa。,（4）缓冲溶液除具有抗酸、抗碱作用外，还具有抗稀释作用。,例：等体积的0.2mol/LHAc与0.2mol/LNaAc混合，计算其pH值。解：,pH=4.75+lg（0.1/0.1）=4.75,Na2HPO4-Na3PO4缓冲溶液：,NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液：,多元酸酸式盐与其共轭碱缓冲溶液,例：在浓度各为0.1mol/L的1LHAc和Ac-的混合溶液中分别加入0.01molHCl;0.01molNaOH(设体积不变)和稀释5倍后，问pH值变化如何？,加酸后：HCl+NaAc=HAc+NaCl0.010.01,加碱后：NaOH+HAc=NaAc+H2O0.010.01,稀释5倍后,pH=4.75+lg（0.09/0.11）=4.66,pH=4.75+lg（0.11/0.09）=4.84,pH=4.75+lg（0.02/0.02）=4.75,解：原来的pH=4.75lg0.1/0.1=4.75,例：5ml1mol/LNH3H2O和15ml0.2mol/LNH4Cl混合，计算混合液的pH.Kb=1.7610-5,解：混合后，c(NH3H2O)=51/20=0.25(mol/L)c(NH4Cl)=0.215/20=0.15(mol/L),pOH=pKb+lg（Ca/Cb）=4.75+lg(0.15/0.25)=4.53pH=144.53=9.47,例：等体积的0.2mol/LNH3.H2O与0.05mol/LHCl混合，计算溶液的pH.,解：NH3.H2O+HCl=NH4Cl+H2Oc(NH4Cl)=0.05/2=0.025(mol/L)c(NH3.H2O)=(0.2-0.05)/2=0.075(mol/L),pOH=4.75+lg(0.025/0.075)=4.27pH=14-4.27=9.73,缓冲容量和缓冲范围,（一）缓冲容量缓冲容量是指使单位体积(1L或lmL)的缓冲溶液的pH值改变1个单位时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量(mol或mmol)。,例在1L0.100molL-1HAc-0.100molL-1NaAc缓冲溶液中，加入0.001molHCl或0.001molNaOH，求缓冲容量。,解:(l)加入HCl时的缓冲容量:加入HCl后，,HAc=0.100+0.001=0.101(mol.L-1),Ac-=0.100-0.001=0.099(mol.L-1),(2)加入NaOH时的缓冲容量:加入NaOH后，,HAc=0.100-0.001=0.099(molL-1)Ac-=0.100+0.001=0.101(molL-1),1.缓冲溶液的总浓度c总,2.与缓冲溶液的缓冲比有关,影响缓冲容量的因素,值极小,(最大),值极小,缓冲容量减弱,缓冲容量减弱,pH=pKa1,缓冲范围：pKa1pHpKa1,pH=pKa1,pH=pKa,pH=pKa1,缓冲溶液的缓冲范围,缓冲溶液的配制,1选择适当的缓冲系所选缓冲系共轭酸的pKa值与所需pH值越接近越好。2缓冲溶液要有适当的总浓度，在0.05-0.2molL-1间为宜。3、缓冲溶液的pH值落在所选缓冲对的pKa范围内。,所需共轭酸碱量的计算,当所用共轭酸和共轭碱浓度相等时,当所用共轭酸和共轭碱浓度不相等时,例配制pH=5.10缓冲溶液100mL，需0.10molL-1HOAc和0.10molL-1NaAc各多少毫升？,解：设需HAc溶液的体积为Va，NaAc溶液的体积为VbVa+Vb=100Va=100-Vb,Vb=69mL，Va=3lmL需0.10molL-1HOAc3lmL,0.10molL-1NaOAc69mL。,五、缓冲溶液在医学上的意义,人体血液中的缓冲对主要有：,碳酸缓冲系中的抗酸成分HCO3-挥缓冲作用:,酸性物质进入血液时,HCO3-+H+H2CO3CO2+H2O,过多的CO2主要通过血红蛋白和氧合血红蛋白运送到肺部排出体外。,抗碱成