第三章缓冲溶液

1、第三章第三章 缓冲溶液缓冲溶液第一节 缓冲溶液的质子转移平衡 第二节 缓冲溶液pH值的计算 第三节 缓冲容量和缓冲溶液的配制第四节 缓冲溶液在医学上的意义第一节缓冲溶液的质子转移平衡一、缓冲溶液的概念 室温时 H2O : pH=7.00 a. 1L H2O + 0.01molHCl : pH=2.00 pH=5.00 b. 1L H2O +0.01molNaOH : pH=12.00 pH=5.00 1L浓度均为0.10 molL-1的HAc和NaAc混合溶液A: pH=4.75a.混合溶液A + 10mmolHCl : pH=4.66 pH=0.09 b.混合溶液A + 10mmolNaOH

2、 : pH=4.84 pH=0.09c.混合溶液A + 少量水稀释,pH值亦基本不变. 0.10 molL-1 NaCl溶液溶液NaCl溶液中加入溶液中加入HCl到到0.010 molL-1 ，溶，溶液的液的pH由由7变为变为2，改，改变了变了5个个pH单位。单位。0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液溶液0.10 molL-1 HAc - 0.10 molL-1 NaAc溶液溶液中溶液溶液中加入加入HCl到到0.010 molL-1 ，溶液的溶液的pH由由4.75变为变为4.66，改变仅改变仅0.09pH单位。单位。 能抵抗少量外加强酸、强碱或稍加稀释，而能抵抗

3、少量外加强酸、强碱或稍加稀释，而维持维持pH基本不变的溶液称为基本不变的溶液称为缓冲溶液。缓冲溶液。 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为称为缓冲作用。缓冲作用。 二、缓冲溶液的组成二、缓冲溶液的组成 缓冲溶液一般由缓冲溶液一般由具有足够浓度的共轭酸碱对具有足够浓度的共轭酸碱对组成。组成。 如如HAc-Ac- 、NH4+-NH3 、 H2PO4- HPO42- 等。等。 在缓冲溶液中，共轭酸碱对称为在缓冲溶液中，共轭酸碱对称为缓冲系缓冲系或或缓冲对。缓冲对。共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱HAcNH4ClH2PO4-NaAcNH3H2OHPO42-抗抗酸酸成分成

4、分缓冲系缓冲系抗抗碱碱成分成分组成示意图组成示意图实际应用中，还可用酸碱反应的生实际应用中，还可用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系：成物与剩余的反应物组成缓冲系： 弱酸(过量）强碱 ： HAc(过量)NaOH = NaAc+H2O强酸弱酸的共轭碱(过量) ： HClNaAc (过量) = HAc +H2O第二节 缓冲溶液pH值的计算 一、缓冲溶液pH值的计算公式 二、缓冲溶液pH值的计算一、缓冲溶液pH的计算公式 在HB-NaB组成的缓冲溶液中，存在下列质子传递平衡： +23HB+H OH O +B3aH O B HBK3aHBH O B KNaBNa+ + B- 3aHBlgH O

5、lglgB K 整理得 上式称为Henderson-Hasselbalch方程式，又称为缓冲公式. 式中pKa为弱酸解离常数的负对数，HB和B-均为平衡浓度。B-/HB比值称为缓冲比.lgpHBBlgppHaa弱酸共轭碱KK由缓冲公式可知： (1)缓冲溶液的pH首先取决于弱酸的解离常数Ka值, 其次决定于缓冲比。 当pKa值一定，其pH值随着缓冲比改变而改变。当缓冲比为1时，pH=pKa (2)当共轭酸碱的原始浓度相同时：式中V(HB)、V(B-)为共轭酸碱混合前的体积aBpH = p+ lgHBVKVaBBpH = p+ lgHBHBcVKcV(3)当共轭酸碱的体积相同时： (4)当共轭酸碱

6、的原始浓度和体积都不同时：(5)当加入少量水稀释溶液时，缓冲溶液的缓冲比不变，即缓冲溶液有一定的抗稀释能力。aBpH = p+ lgHBnKnHBBaalgplgppHccKccK共轭碱共轭碱 例3-1 计算0.10molL-1NaH2PO410mL与0.2 molL-1Na2HPO41.0mL混合溶液的pH（已知H2PO4-的pKa=7.21）。 解根据题意，在该缓冲溶液中弱酸、共轭碱的物质的量分别为 n (H2PO4-)10mL0.1molL-11.0 mmol n（ HPO42-）1.0mL0.2 molL-1 0.2 mmol2-4a-24(HPO )0.2mmolpHplg7.21

7、lg7.21 0.706.51(H PO )1.0mmolnKn例: 将0.3molL-1的HAc溶液10mL和0.1molL-1的NaOH溶液10mL混合成溶液，计算该溶液的pH值。 （已知HAc的pKa=4.75）解： HAcNaOH = NaAc+H2On（NaAc)= nNaOH= 0.1molL-110mL =1 mmoln余(HAc)= 0.3 molL-110 mL 0.10 molL-110mL =2mmol该溶液是缓冲溶液，缓冲对为：HAc-NaAc。-AcaHAc1mmolpHplg4.74lg2mmol 4.750.34.45nKn第三节 缓冲容量和缓冲溶液的配制一、缓冲

8、容量二、缓冲溶液的配制一、缓冲容量（一）缓冲容量的概念定义：缓冲容量-使单位体积的缓冲溶液（1L,1ml）pH改变1个单位时所需加一元强酸（一元强碱）的物质的量（mol）.用符号表示。 d e fabdd p Hn =V单位： molL-1 pH -1 （二）影响缓冲容量的因素 从缓冲容量的定义公式，可推导出缓冲容量与缓冲溶液的总浓度c总以及HB和B-的关系： 2.303 HBB /c总上式表明，缓冲容量随c总及B- 、 HB的改变而改变。由于B-及HB决定的缓冲比影响缓冲溶液的pH，所以缓冲容量也随缓冲溶液pH的变化而变化。 1. 缓冲容量与总浓度的关系 对于同一缓冲系，当缓冲比一定时，对于

9、同一缓冲系，当缓冲比一定时，c c总浓总浓度度越大越大, ,缓冲容量就越大缓冲容量就越大。一般c总:0.05 0.2 molL-1 2. 缓冲容量和缓冲比的关系 对于同一缓冲系，当总浓度相同时，缓对于同一缓冲系，当总浓度相同时，缓冲比越接近冲比越接近1 1，其缓冲容量就越大。缓冲比，其缓冲容量就越大。缓冲比越远离越远离1 1，其缓冲容量就越小；，其缓冲容量就越小；当缓冲比等当缓冲比等于于1 1时（时（pH=pKa） ，缓冲系有最大缓冲容，缓冲系有最大缓冲容量量。（三）缓冲范围 只有当缓冲比在1 范围内缓冲溶液才能发挥缓冲作用。101101把缓冲溶液能发挥缓冲作用的有效pH值范围即pH= pKa

10、1称为缓冲范围。如：HAc的pKa= 4.75，则HAc-NaAc缓冲溶液的缓冲范围为3.755.75。二、 缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法配制缓冲溶液的原则和步骤：（1）选择合适的缓冲对：所配制的缓冲溶液的pH在所选择的缓冲对的缓冲范围内， 且尽量接近弱酸的pKa，使缓冲溶液具有较大的缓冲容量。（2）缓冲溶液的总浓度要适当，一般在0.05 0.2 molL-1 之间。（3）所选择的缓冲对物质必须对主反应无干扰，不产生沉淀、配合等副反应。（4）选定缓冲对后，计算出所需共轭酸、碱的量。为配制方便，常选用相同浓度的共轭酸和共轭碱，计算出所需的体积。（5）根据计算结果把共轭酸、碱溶液混合，就可

11、配成一定体积所需 pH 的缓冲溶液。若要求精确配制时,可用 pH 计或精密 pH 试纸对所配制缓冲溶液的 pH 进行校正。 -BaHBvpH=p+lgvK例：如何配制pH=5.00的缓冲溶液100ml？解：查表pKa(HAc)=4.75，故可选用HAc-Ac-缓冲系，选用0.10molL-1的HAc和0.10molL-1的NaAc溶液，设需NaAc溶液的体积为Vml，则需HAc溶液的体积为(100-V)ml:aAcpH = p+ lgHAcVKV5.00 = 4.75+ lg100VV V Ac-= 64(ml) V HAc= 100 64 = 36（ml） 将64 ml 0.10molL-1的NaAc溶液 与36 ml 0.10molL-1的HAc溶液混合均匀，即得pH为5.00的缓冲溶液100ml。第四节 缓冲溶液在医学上的意义 碳酸氢盐缓冲对在血液中的浓度最高，缓冲能力最大，维持血液正常的功能也最为重要,碳酸在血液中主要以溶解的 CO2形式存在。 正常人血浆中，HCO