第五章 酸碱解离平衡4

1、第五节第五节 缓冲溶液缓冲溶液一、缓冲溶液的组成及作用机理一、缓冲溶液的组成及作用机理（一）缓冲作用：（一）缓冲作用：溶液溶液加少量强酸加少量强酸(碱碱)pH pH1L c(NaCl)=0.10 mol L-1 (或或纯水纯水)7加加0.010mol HCl2-5加加0.010mol NaOH12+51L c(HAc)=0.10 mol L-1 c(NaAc)=0.10 mol L-14.75加加0.010mol HCl4.66-0.09加加0.010mol NaOH4.84 +0.09基础化学- 第五章缓冲作用：缓冲作用：能能抵抗抵抗外来外来少量少量强酸强碱强酸强碱或或稍加稀释稍加稀释而而保

2、持保持pH基本不变基本不变的溶液。的溶液。抵抗抵抗外来外来少量少量强酸强碱强酸强碱或或稀释稀释的作用。的作用。缓冲溶液：缓冲溶液：（二）缓冲溶液的组成：（二）缓冲溶液的组成：抗酸成分抗酸成分抗碱成分抗碱成分缓冲对缓冲对共轭酸碱对共轭酸碱对-共轭碱共轭碱-共轭酸共轭酸足够浓度足够浓度的的共轭酸碱对共轭酸碱对组成组成 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲系或缓冲对缓冲系或缓冲对共轭碱共轭碱共轭酸共轭酸HAc-NaAcHAcNaAcNH4Cl-NH3.H2ONH4ClNH3.H2ONaH2PO4Na2HPO4基础化学- 第五章 较浓的较浓的强酸强碱强酸强碱液中加入少量强碱强酸时，液中加入少量强碱强酸时

3、，其其pH也基本保持不变，也有缓冲作用。也基本保持不变，也有缓冲作用。二、缓冲机制二、缓冲机制 以以HAc-NaAc为例为例大量存在：大量存在：HAc、 Ac-少量存在：少量存在：H3O+HAc + H2OH3O+ +Ac-加入少量强酸时：加入少量强酸时： Ac-与与H+作用，平衡左移。作用，平衡左移。加入少量强碱时：加入少量强碱时： OH-与与H+作用，平衡右移。作用，平衡右移。Ac-为抗酸成分。为抗酸成分。（共轭碱抗酸）（共轭碱抗酸）HAc 为抗碱成分。为抗碱成分。（共轭酸抗碱）（共轭酸抗碱）稀释时，稀释时，共轭酸碱的浓度之比没有改变，共轭酸碱的浓度之比没有改变，pH基本基本不变。不变。基

4、础化学- 第五章缓冲溶液缓冲机制通式：缓冲溶液缓冲机制通式：HB + H2O B-+ H3O+ 外加外加H+：B- + H+HB平衡左移，平衡左移，pH基本不变。基本不变。外加外加OH-： H+ + OH- H2O平衡右移，平衡右移，pH基本不变。基本不变。H2PO4-HPO42-H2CO3 -NaHCO3NH4Cl-NH3H2O共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱抗碱成分抗碱成分抗酸成分抗酸成分HB-B-H2PO4-HPO42-H2CO3HCO3-NH4+NH3基础化学- 第五章二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH的计算的计算（一）基本公式（一）基本公式-Henderson-Hasselbalch方程式：方程式

5、：缓冲系：缓冲系： HB- B-质子转移平衡：质子转移平衡：HB+H2OH3O+B-ceq(H+) =)()()(BcHBcHBKeqeqapH=pKa+lg)()(HBcBceqeq= pKa+lg)()(共轭酸共轭碱eqeqccpKa共轭酸解离常数的负对数，共轭酸解离常数的负对数，-缓冲比缓冲比ceq(HB)+ ceq(B-)-总浓度总浓度(1)最简公式最简公式=aK)()()(3HBcBcOHceqeqeq)()(HBcBceqeq基础化学- 第五章HB起始浓度为起始浓度为c(HB),HB +H2OH3O+ + B-B-起始浓度为起始浓度为c(B-),起始：起始：c(HB)c(B-)平衡

6、：平衡：c(HB)c(HB)-c(HB)c(B-)+c(HB)c(HB)很小，很小，c(HB)-c(HB)ceq(HB) = c(HB)ceq(B-)= c(B-)+c(HB) c(B-)式式(1)表示为：表示为：pH=pKa+lg)()(HBcBceqeq= pKa+lg)()(HBcBc(2)HAc-NaAc缓冲系：缓冲系：pH=pKa(HAc)+ lg)()(HAccAcc解离解离HB浓度为浓度为c(HB)（二）其它形式：（二）其它形式：基础化学- 第五章VHBnVBn)()()()(HBnBn)()()()(HBVHBcBVBc)()(HBVBVnHB、 nB- -一定体积一定体积(V

7、)缓冲液中共轭酸缓冲液中共轭酸、 碱的物质的量碱的物质的量则：则： pH=pKa+lg)()(HBcBc=pKa+lg=pKa+lg（3）当当c(HB)=c(B-)pH=pKa+lg)()(HBnBn= pKa+lg= pKa+lg(4)(在在配制配制缓冲液缓冲液时使用便利时使用便利)NaH2PO4Na2HPO4缓冲系：缓冲系：pH=pKa2(H3PO4)+lg)()(4224POHcHPOcNH4Cl-NH3H2O缓冲系：缓冲系：pH=pKa(NH4+)+lg)()(43NHcNHc基础化学- 第五章讨论：讨论：从从pH=pKa+lg1）缓冲溶液的）缓冲溶液的pH值主要取决于值主要取决于共轭

8、酸的共轭酸的Ka，其次取决于，其次取决于缓冲比缓冲比。2）同一缓冲系同一缓冲系，pKa一定，一定， pH值值只取决只取决于缓冲比于缓冲比。当当c(HB)=c(B-)时，时，缓冲比缓冲比=1，pH=pKa。3）稀释时，虽计算得到的）稀释时，虽计算得到的pH值不变，但值不变，但溶液离子浓度发生变化，使溶液离子浓度发生变化，使pH值仍有不同值仍有不同程度的变化。程度的变化。)()(HBcBc基础化学- 第五章（三）缓冲溶液（三）缓冲溶液pH计算计算例例1：计算：计算0.10 molL - NH3 50 ml和和0.20 mol L - NH4Cl 30ml混合后溶液的混合后溶液的pH值。值。解：解：

9、 混合后，混合后，NH4Cl-NH3组成了缓冲液。组成了缓冲液。NH4Cl为共轭酸，为共轭酸， 其其Ka=NHbwKK=5.5910-10pKa=9.25pH=pKa+lg)()(43NHcNHc= 9.25+ lgabnn = 9.25+lg302 . 0501 . 0 = 9.17基础化学- 第五章例例2：在浓度为：在浓度为0.10 molL-1的的HAc溶液溶液500ml中，中，加入固体加入固体NaOH0.5g后，该溶液的后，该溶液的pH为多少？为多少？解：解：HAc + OH- = Ac- + H2On(NaOH) = 0.5g/40 = 0.013moln(剩余剩余HAc)=0.1

10、0.5n(Ac-)= n(NaOH) = 0.013molpH=4.75+lgHAcNaAcnn=4.75+lg037. 0013. 0=4.30- 0.013=0.037mol基础化学- 第五章例例3：将浓度为：将浓度为0.100 molL-1的的HCl溶液溶液100ml加加到浓度为到浓度为0.100 molL-1的的NH3.H2O溶液溶液400ml中，中，混合后溶液的混合后溶液的pH是多少是多少? pKb(NH3)=4.75解：解：n(NH4+) = n(HCl) = 0.10.1= 0.01moln(NH3)=0.10.4 -pH=pKa(NH4+)+lg43NHNHnn= 9.25+l

11、g01. 003. 0=9.730.01=0.03mol基础化学- 第五章 n起始起始(HCl) = 0.10.1= 0.01moln起始起始(NH3)=0.10.4 =0.04mol（一）缓冲容量：（一）缓冲容量： 1、定义：、定义： 使使单位体积单位体积缓冲溶液的缓冲溶液的pH值改值改变变一个单位一个单位时，需加入时，需加入一元强碱一元强碱或或强酸强酸的的物质的量物质的量。 def|)(dpHVdnbadna（b）加入一元酸、加入一元酸、 碱的碱的微小物质的量微小物质的量V缓冲溶液的体积缓冲溶液的体积dpH在加酸、碱前后，缓冲液在加酸、碱前后，缓冲液pH的微小改变量。的微小改变量。 越大，

12、缓冲能力越强越大，缓冲能力越强。基础化学- 第五章三、缓冲容量和缓冲范围三、缓冲容量和缓冲范围dpHVdnba)(2、影响缓冲容量的因素、影响缓冲容量的因素根据根据 =可推导出：可推导出： =1） c总总对对 的影响：的影响：)()()()(HBcBcHBcBc2.303 总浓度总浓度c总总和缓冲比和缓冲比B-/HB是影响缓冲容量是影响缓冲容量大小的二个主要因素。大小的二个主要因素。基础化学- 第五章c总总， 。当缓冲比相同时当缓冲比相同时， 2 =)()()()(303. 2AccHAccAccHAcc= 0.115 molL-1 2. c总总 =0.02 molL-1 c(Ac-)/c(H

13、Ac) = 101. 001. 001. 001. 0303. 2= 1 =)()()()(303. 2AccHAccAccHAcc= 0.115 molL-1 1. c总总 =0.20 molL-1 c(Ac-)/c(HAc) = 11 . 01 . 01 . 01 . 0303. 2=解：解：基础化学- 第五章例：计算下列缓冲溶液的缓冲容量。例：计算下列缓冲溶液的缓冲容量。1. 0.10 molL-1HAc-0.10 molL-1 NaAc溶液溶液;2. 0.01 molL-1 HAc-0.01 molL-1 NaAc溶液溶液.2）缓冲比对）缓冲比对 的影响：的影响：例例5-16 计算下列

14、缓冲溶液的缓冲容量。计算下列缓冲溶液的缓冲容量。(1) 0.10mol/LHAc-0.10mol/LNaAc溶液；溶液；(2) 0.15mol/LHAc-0.050mol/LNaAc溶液；溶液；（3 3）0.020mol/LHAc-0.180mol/LNaAc0.020mol/LHAc-0.180mol/LNaAc溶液。溶液。解：三种缓冲溶液的总浓度均为解：三种缓冲溶液的总浓度均为0.20mol/L. （1）缓冲比为缓冲比为1， 1=2.303 =0.115 molL-1 1 .01 .00.10.1（2）缓冲比为缓冲比为c(Ac)/c(HAc)=0.05/0.15=1/3 2=2.303 =

15、0.086 molL-1 05. 015. 00.050.15基础化学- 第五章（3）缓冲比缓冲比为为c(Ac)/c(HAc)=0.18/0.02=93=2.303 =0.041 molL-1 18. 002. 00.180.02总结：总结： 缓冲比一定时，缓冲比一定时，c总总越大，越大， 越大。越大。c总总一定时，缓冲比越接近一定时，缓冲比越接近1 1， 越大，越大，缓冲比缓冲比=1=1时，时， 最大。最大。 极大极大=0.58c=0.58c总总。(极大)=2.303总总总ccc2121= c总总4303.2=0.58c总总 c总总一定时一定时，缓冲比越接近缓冲比越接近1， 越大。越大。缓冲

16、比等于缓冲比等于1时，时， 最大。最大。 基础化学- 第五章110,310,710,1010,107,103,101HBB 最大最大减小减小减小减小（二）缓冲范围：（二）缓冲范围：pH =pKa1 缓冲范围缓冲范围HBB 101110无缓冲作用无缓冲作用HBB=101pH=pKa-1HBB=110pH=pKa+1如：如：HAc-NaAc pKa=4.75NH4Cl-NH3 pKa=9.25H2PO4-HPO42-pKa2=7.21pH=3.755.75pH=8.2510.25基础化学- 第五章四、缓冲溶液的配制四、缓冲溶液的配制（一）缓冲溶液的配制方法（一）缓冲溶液的配制方法原则和步骤：原则和

17、步骤：1. 选择合适的缓冲系。选择合适的缓冲系。2）不干扰主反应，性质稳定，医用无毒。）不干扰主反应，性质稳定，医用无毒。a. 配制等浓度的共轭酸碱，配制等浓度的共轭酸碱，pKa与与pH接近接近, 缓冲比接近缓冲比接近1;2. 适当的总浓度（适当的总浓度（ c总总= 0.050.2 mol L-1）。）。3. 计算所需缓冲系的量。计算所需缓冲系的量。c(B-)= c(HB）。）。原则：原则：1）b.根据根据pH=pKa+lg，计算，计算Vb，Va的体积。的体积。4. 按用量混合后，进行校正按用量混合后，进行校正（pH计）计）。abVV基础化学- 第五章例1：如何配制100ml pH 约为5的缓

18、冲溶液？可供选择的试剂有1)NH3H2O-HCl(pKb=4.75); 2)H3PO4-NaOH(pKa1=2.12、pKa2=7.21、pKa3=12.76); 3) HAc-NaAc(pKa=4.76).解：xx100（1）选HAc-NaAc缓冲系（2）配制0.10 molL-1 HAc和NaAc溶液5.00=4.76+lgV(NaAc)=64(ml); V(HAc)=100-64=36(ml）取0.10 molL-1 NaAc和HAc各64ml和36ml混合设取VNaAc= xml，VHAc=（100-x）ml.HAcNaAcVV0.24=lgx-100 x1.74=x-100 x（3）

19、 pH=4.76+lg基础化学- 第五章例例2：欲配制：欲配制pH=9.55的缓冲溶液的缓冲溶液100ml，问需，问需要在要在100ml0.1 00molL-1的氨水中加入固体的氨水中加入固体NH4Cl多少克（设体积不变）。多少克（设体积不变）。pKb=4.75解：解：9.55=14.00-4.75+lg5 .53)(4100. 0100. 0ClNHmM(NH4Cl)=0.268（g） M(NH4Cl)=53.5 基础化学- 第五章例例3：若选择：若选择HAc-NaAc缓冲系配制缓冲系配制1000ml pH=5.05的缓冲溶液，试计算需的缓冲溶液，试计算需0.100 mol L-1的的 H

20、A c 和和 N a O H 溶 液 各 多 少 毫 升 ？溶 液 各 多 少 毫 升 ？pKa(HAc)=4.75)(21000)(NaOHVNaOHV解：解：v(NaOH)=400(ml) v(HAc)=1000-400=600(ml)基础化学- 第五章5.05=4.75+lgHAc + OH- = Ac- + H2O 0.1v起始：起始：0.1(1000-v)平衡：平衡：0.1v0.1(1000-v)-0.1v设设NaOH溶液为溶液为v毫升毫升医学研究常用缓冲液医学研究常用缓冲液-TrisTris.HCl 三（羟甲基）甲胺及其盐酸盐三（羟甲基）甲胺及其盐酸盐(CH2OH)3-CNH2HC

21、l(CH2OH)3-CNH2共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱（二）常用缓冲溶液（二）常用缓冲溶液1、实用缓冲溶液、实用缓冲溶液-用于控制溶液酸度用于控制溶液酸度 实际工作中，依照现成的配方进行配制，实际工作中，依照现成的配方进行配制，就可得到所需准确就可得到所需准确pH的缓冲溶液。的缓冲溶液。校正酸度计校正酸度计基础化学- 第五章用于测量溶液用于测量溶液pH值时值时作为参照溶液作为参照溶液2、标准缓冲溶液、标准缓冲溶液-五、缓冲溶液在医学上的意义五、缓冲溶液在医学上的意义血液中存在的缓冲系：血液中存在的缓冲系：血浆中血浆中：H2CO3HCO3-、 H2PO4-HPO42-血浆蛋白血浆蛋白-血浆蛋白（钠

22、）盐血浆蛋白（钠）盐红细胞内红细胞内：血红蛋白血红蛋白血红蛋白（钾）盐血红蛋白（钾）盐 、H2CO3HCO3-、氧合血红蛋白氧合血红蛋白氧合血红蛋白盐氧合血红蛋白盐 其中：其中： H2CO3HCO3-作用最重要。作用最重要。（一）组成（一）组成基础化学- 第五章CO2（溶解）（溶解） +H2OH2CO3H+HCO3-（二）（二）pH值：值：缓冲系缓冲系 : CO2（溶解）（溶解）HCO3-正常体温正常体温37, pKa1校正后，校正后， pKa=6.10正常血浆中：正常血浆中：HCO3-=0.024molL-1pH=pKa+lg溶解COHCO-=6.10+lg.=6.10+lg=7.40CO2

23、（溶解）（溶解） =0.0012molL-1基础化学- 第五章（三）作用机制（三）作用机制CO2（溶解）（溶解）+2H2O H3O+ + HCO3-抗酸成分抗酸成分+H3O+抗碱成分抗碱成分OH-+2H2OH2CO3H+HCO3-CO2+H2O肺肺OH-肾肾基础化学- 第五章12032COHHCOcc具有缓冲作用的原因：具有缓冲作用的原因：人体为人体为“敞开敞开”系统，系统，HCO3- / CO2（溶解）（溶解）保持相对稳定。保持相对稳定。基础化学- 第五章第五章第五章 酸碱解离平衡小结酸碱解离平衡小结一、酸碱理论一、酸碱理论 电离理论电离理论 质子理论质子理论 电子理论电子理论二、水、弱酸和

24、弱碱的解离平衡二、水、弱酸和弱碱的解离平衡三、酸碱溶液三、酸碱溶液 H+ 浓度浓度(pH)的计算的计算四、缓冲溶液四、缓冲溶液 小结：小结：关于溶液关于溶液pH值的计算值的计算1. 确定溶液的性质（酸性、碱性、两性或缓冲溶液）。确定溶液的性质（酸性、碱性、两性或缓冲溶液）。按溶液的不同性质选择相应的计算公式进行计算。按溶液的不同性质选择相应的计算公式进行计算。2. 利用已知条件，看是否可用最简式。利用已知条件，看是否可用最简式。基础化学- 第五章ceq(H+) =2)(4-2HBcKKKaaa近似式近似式且且c(HB) /Ka 400时，时，ceq(H+)=)(HBcKa最简式最简式1)一元弱

25、酸：当一元弱酸：当Kac(HB) w， 且且c(HB) /Ka 102时，按一元弱酸处理。时，按一元弱酸处理。)(21BHcKawK21/aaKKc. 若若 400时：时：在计算在计算ceq(B2-)时，时，因因ceq(H+) ceq(HB-)，ceq(B2-) Ka212/ )(aKBHc=)()()(-23HBcBcOHceqeqeq2aK3). 一元弱碱：当一元弱碱：当 c(B) w时，时，ceq(OH-)=2)(4K-2bBcKKbb近似式近似式ceq(OH-) =)(BcKb最简式最简式且且c(B) /Kb 400时，时，2. 当当 c(B) w，bKbK且且c(B) /Kb 400

26、时，时，基础化学- 第一章4）多元碱）多元碱 ，当当 时，时，可当成一元弱碱处理：可当成一元弱碱处理：用最简式用最简式 10221/bbKK 若若 400时：时：因因ceq(OH-) ceq(HB-)， ceq(H2B) Kb212/ )(bKBc12/ )(bKBc5）两性物质溶液：酸为）两性物质溶液：酸为HA, 碱为碱为Bceq(H+) =当当c(HA ) 20Kw，c(B ) 20 时：时： (HA） aK)(HBKaHBKHAKaa)(3. 利用利用 ，计算未知的，计算未知的 或或 。wbaKKKbKaK基础化学- 第一章CKa1KaKa21KaKa32KaKa2.计算计算0.1mol

27、 L-1Na2HPO4溶液溶液H+的近似公式是（的近似公式是（ ）A、 B、 C、 D、 1 1、某二元弱酸、某二元弱酸H H2 2B B，其共轭酸碱对，其共轭酸碱对KaKa和和KbKb的关系式的关系式中，正确的是中，正确的是（ ）。A A、KaKa1 1 KbKb1 1 = Kw = Kw B B、KaKa2 2 KbKb1 1 = Kw = Kw C C、KaKa1 1 KbKb2 2 = Kw = Kw D D、KaKa2 2 KbKb2 2 = Kw = Kw B CA3.NaH2PO4溶液的溶液的pH值与其浓度无关。（值与其浓度无关。（ ） 基础化学- 第一章2. 缓冲溶液的缓冲溶液

28、的pH值是由值是由_和和_决定的，缓冲系的缓冲范围是决定的，缓冲系的缓冲范围是_。3. 缓冲溶液的缓冲容量与缓冲溶液的缓冲容量与_和和_有关。有关。 （极大）（极大）=_ _。1. 一般说来缓冲溶液是由足够浓度，适当比例的一般说来缓冲溶液是由足够浓度，适当比例的_,其中抗酸成分是其中抗酸成分是_。4. 血浆中最重要的缓冲系是血浆中最重要的缓冲系是_,其抗酸其抗酸成分是成分是_,抗碱成分是抗碱成分是_。共轭酸碱对共轭酸碱对共轭碱共轭碱pKa缓冲比缓冲比1/10-10/1总浓度总浓度缓冲比缓冲比0.58c总总H2CO3HCO3-HCO3-H2CO3基础化学- 第一章2. 50ml0.12mol L-1的的H3PO4中加入中加入50ml0.16mol L-1的的NaOH液后液后,溶液的溶液的pH值是值是( ) pKa1 =2.16, pKa2 =7.21, pKa3 =12.32 A. 6.91 B. 7.09 C.12.37 D. 9.94 1. pKa=3.85的某缓冲系