基础化学第四章 缓冲溶液ppt课件

1、第四章第四章缓冲溶液缓冲溶液第一节第一节 缓冲溶液的组成及缓冲机制缓冲溶液的组成及缓冲机制 第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液 的计算的计算 第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围 第四节第四节 缓冲溶液配制缓冲溶液配制 第五节第五节 缓冲体系在医学上的意义缓冲体系在医学上的意义 pH1LHAc0.1mol) NaAc(0.1mol) system 甲基橙甲基橙HCl 0.01mol 滴加HCl 0.01mol 滴加1LH2O solution甲基橙甲基橙1LHAc0.1mol) NaAc(0.1mol) system 酚酞酚酞NaOH0.01mol 滴加NaOH0.01mol 滴加1

2、LH2O solution酚酞酚酞第一节第一节缓冲溶液的组成及缓冲机制缓冲溶液的组成及缓冲机制加加0.001mol的的HCl溶液溶液加加0.001mol的的NaOH溶液溶液1 1L纯水纯水pH从从7.0变为变为3.0，改变改变4个单位个单位pH从从7.0变为变为11，改变改变4个单位个单位21L溶液中含有溶液中含有0.10mol HAc和和 0.10mol NaAcpH从从4.76变为变为4.75，改变改变0.01个单位个单位pH从从4.76变为变为4.77，改变改变0.01个单位个单位31L溶液中含有溶液中含有0.10mol NH3和和 0.10mol NH4ClpH从从9.26变为变为9.

3、25，改变改变0.01个单位个单位pH从从9.26变为变为9.27，改变改变0.01个单位个单位象象2 2、3 3这种能抵御外加少量的强酸或这种能抵御外加少量的强酸或强碱，坚持溶液强碱，坚持溶液pHpH相对稳定。这种溶相对稳定。这种溶液称为缓冲溶液液称为缓冲溶液(Buffer (Buffer solution ) solution ) 。缓冲溶液具有的抵抗外加少量强酸或缓冲溶液具有的抵抗外加少量强酸或强碱的作用称为缓冲作用。强碱的作用称为缓冲作用。(Buffer action) (Buffer action) 一一 缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成缓冲溶液普通是由两种物质组成的：缓冲溶液普通是由两

4、种物质组成的：弱酸及其盐：弱酸及其盐：HAc-NaAc弱碱及其盐：弱碱及其盐：NH3NH4Cl两性物质盐：两性物质盐：NaH2PO4Na2HPO4习惯上把组成缓冲溶液的共轭酸碱习惯上把组成缓冲溶液的共轭酸碱对称为缓冲对对称为缓冲对(Bufferpair)或缓冲系或缓冲系Buffersystem)。本质上是一对共轭酸碱对本质上是一对共轭酸碱对缓冲溶液是由足够浓度、适当比缓冲溶液是由足够浓度、适当比例的缓冲对组成的混合溶液。例的缓冲对组成的混合溶液。抗酸成分、抗碱成分抗酸成分、抗碱成分缓冲对中的共轭碱发扬抵抗外来强酸缓冲对中的共轭碱发扬抵抗外来强酸的作用，故称之为缓冲溶液的抗酸成的作用，故称之为缓

5、冲溶液的抗酸成分。分。如：溶液中如：溶液中Ac-的成为抗酸成分的成为抗酸成分缓冲对中的共轭酸发扬抵抗外来强碱缓冲对中的共轭酸发扬抵抗外来强碱的作用，故称之为缓冲溶液的抗碱成的作用，故称之为缓冲溶液的抗碱成分。分。如：溶液中如：溶液中HAc的成为抗碱成分的成为抗碱成分第二节第二节缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算在在缓冲溶液中，存在以下质子转移平缓冲溶液中，存在以下质子转移平衡：衡：HA-A+23KaHA+H OH O +A+223KwH O+H O OH +H O +aHA(HA)HAK HAcc(HAc), Ac-c(Ac-)上式简化为：上式简化为： 两边取负对数：两边取负对数：+a(HA)H

6、(HA)(A )cKca(A )pHp(HA) lg(HA)cKca()pHp(HA)lg()cKc共轭碱共轭酸ap(HA)K()()cc共轭碱共轭酸()+ ()cc共轭酸共轭碱缓冲溶液的计算公式：缓冲溶液的计算公式：阐明：公式的其它方式阐明：公式的其它方式aan()/Vn()pHp(HA)lg=p(HA)lgn()/Vn()KK共轭碱共轭碱共轭酸共轭酸aV()p(HA)lgV()K共轭碱共轭酸an()/VpHp(HA)lgn()/VK共轭碱共轭酸ac()V()/V=p(HA) lgc()V()/VK总总共轭碱共轭碱共轭酸共轭酸12()= ()cc共轭酸共轭碱例例 时，时，1.0 L HAc-

7、NaAc 缓冲溶液中含有缓冲溶液中含有0.10 mol HAc 和和 0.20 mol NaAc。 1计算此缓冲溶液的计算此缓冲溶液的 pH； 2向向100mL该缓冲溶液中参与该缓冲溶液中参与10mL0.10molL-1HCl 溶液后，计算缓冲溶液的溶液后，计算缓冲溶液的 pH； 3向向100mL该缓冲溶液中参与该缓冲溶液中参与10mL0.10molL-1NaOH 溶液后，计算缓冲溶液的溶液后，计算缓冲溶液的 pH； 4向向100mL该缓冲溶液中参与该缓冲溶液中参与 1L水稀释后，计水稀释后，计算缓冲溶液的算缓冲溶液的 pH。25 C解：解：时，时，Ka(HAc)1.810-5。1HAc和和A

8、c-的浓度都较大，缓冲溶液的的浓度都较大，缓冲溶液的pH为：为：2参与参与10mL0.10molL-1HCl溶液后，溶液后，HAc和和Ac-的浓度分别为：的浓度分别为：25 Ca(Ac )pHpK (HAc)lg(HAc)cc1510.20mol Llg1.8 10lg5.050.10mol L111100mL 0.10mol L10mL 0.10mol L(HAc)100mL 10mL0.10mol Lc HAc 和 Ac- 的浓度都较大，缓冲溶液的 pH 为： 参与10 mL 0.10 molL-1 HCl 溶液后，溶液的 pH由5.05降为4.98，仅减小了 0.07，阐明缓冲溶液具有抵

9、抗少量强酸的才干。111100mL0.20mol L10mL0.10mol L(Ac )100mL10mL0.17mol Lc1510.17mol LpHlg1.8 10lg4.980.10mol L 3参与10 mL 0.10 molL-1 NaOH 溶液后，HAc和 Ac- 的浓度分别为： 111100mL 0.10mol L10mL 0.10mol L(HAc)100mL 10mL0.082mol Lc111100mL 0.20mol L10mL 0.10mol L(Ac )100mL10mL0.19mol Lc1510.19mol LpHlg1.8 10lg5.110.082mol L

10、 HAc 和和 Ac- 的浓度都比较大，缓冲溶液的的浓度都比较大，缓冲溶液的pH为：为： 参与 10 mL 0.10 molL-1 NaOH 溶液后， 溶液的 pH由5.05升高到5.11，仅增大了0.06，阐明缓冲溶液具有抵抗少量强碱的才干。 131100mL0.10mol L(HAc)9.1 10 mol L100mL1000mLc121100mL0.20mol L(Ac )1.8 10 mol L100mL1000mLc4参与参与 1L水稀释后，水稀释后，HAc和和Ac-的浓度分别为：的浓度分别为：HAc 和和 Ac- 的浓度都较大，缓冲溶液的的浓度都较大，缓冲溶液的 pH 为：为：参与

11、参与 1 L 水稀释后，溶液的水稀释后，溶液的 pH 未发生变化，未发生变化，阐明缓冲溶液具有抗稀释的作用。阐明缓冲溶液具有抗稀释的作用。215-311.8 10 mol LpHlg1.8 10lg5.059.1 10 mol L 一、缓冲容量的概念一、缓冲容量的概念1.定义：定义：单位体积缓冲溶液的单位体积缓冲溶液的pH值改动值改动1个单位时，所个单位时，所需参与一元强酸或一元强碱的物质的量。需参与一元强酸或一元强碱的物质的量。符号：符号：第三节第三节缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围2 2、公式：、公式： V V： 是缓冲溶液的体积是缓冲溶液的体积 ，单位，单位为为L L。 na(b)

12、na(b)：缓冲溶液中参与微小：缓冲溶液中参与微小量的一元强酸量的一元强酸 (dna) (dna) 或一元强碱或一元强碱(dnb)(dnb)， 单位是单位是molmol或或mmolmmol。 pH pH：为缓冲溶液：为缓冲溶液pHpH值的改动值的改动量。量。pHnV讨论：讨论：不能够是负值不能够是负值 在同样的在同样的na(b)和和V的条件下，的条件下，pH改改 值值|pH|愈小，那么愈小，那么值愈大，缓冲溶值愈大，缓冲溶液液 的缓冲才干愈强。的缓冲才干愈强。利用上式可以推导出缓冲容量的计算公式：利用上式可以推导出缓冲容量的计算公式：(HA)(A )2.3(HA)(A )cccc1影响影响的要

13、素：的要素：c总和缓冲比。总和缓冲比。2由于缓冲比影响缓冲溶液的由于缓冲比影响缓冲溶液的pH值，所以缓值，所以缓冲容量随缓冲溶液冲容量随缓冲溶液pH值的变化而变化。值的变化而变化。二、影响缓冲容量的要素二、影响缓冲容量的要素1.缓冲容量与总浓度的关系缓冲容量与总浓度的关系同一共轭酸碱对组成的缓冲溶液，当缓冲比一样同一共轭酸碱对组成的缓冲溶液，当缓冲比一样时，总浓度越大时，总浓度越大,缓冲容量就越大。缓冲容量就越大。2.缓冲容量和缓冲比的关系缓冲容量和缓冲比的关系同一共轭酸碱对组成的缓冲溶液，当总浓度一样同一共轭酸碱对组成的缓冲溶液，当总浓度一样时，缓冲比越接近时，缓冲比越接近1，其缓冲容量就越

14、大。，其缓冲容量就越大。3、影响缓冲容量的要素：、影响缓冲容量的要素： 1总浓度总浓度CACHA 同一缓冲对组成的缓冲溶液，同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲比一样时，总浓度越大，其当缓冲比一样时，总浓度越大，其 就越大。就越大。 2缓冲比缓冲比(CA-/CHA) 同一缓冲对组成的总浓度一样同一缓冲对组成的总浓度一样的缓冲溶液，缓冲比接近的缓冲溶液，缓冲比接近1， 越大，越大，反之。而当缓冲比等于反之。而当缓冲比等于1时，时， 最大。最大。Ac-molL-1HAcmolL-1缓冲比缓冲比c总总molL-1molL-1pH-10.0950.00519 10.10.010 90.090.019 10

15、.10.020 70.050.051 10.10.057 60.010.091 90.10.020 7V0.0050.0951 190.10.010 9 缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系 C总一定总一定,缓冲比缓冲比=1,极大；极大； 缓冲比缓冲比10:1或缓冲比或缓冲比1:10,较小，缓冲较小，缓冲才干显才干显 著下降著下降三 缓冲范围 只需当缓冲比在0.110 范围内，缓冲溶液才干发扬缓冲作用。通常把缓冲溶液能发扬缓冲作用缓冲比为0.110的pH范围称为缓冲范围。HA-A- 缓冲溶液的缓冲范围为： apHp(HA)1K第四节第四节缓冲溶液的选择与配缓冲溶液的选择与配制制1选择适

16、宜的缓冲对。选择适宜的缓冲对。所配制的缓冲溶液的所配制的缓冲溶液的pH尽量接近弱酸的尽量接近弱酸的。2所选择的缓冲对不能与反响物或生成物所选择的缓冲对不能与反响物或生成物发生作用，药用缓冲溶液还必需思索能否有发生作用，药用缓冲溶液还必需思索能否有毒性等。毒性等。3缓冲溶液的总浓度要适当，缓冲溶液的总浓度要适当，0.050.2molL-1之间。之间。apK4选定缓冲对后，计算出所需共轭选定缓冲对后，计算出所需共轭 酸、碱的量。酸、碱的量。5配制缓冲溶液。配制缓冲溶液。 用用pH计或精细计或精细pH试纸对所配制缓试纸对所配制缓 冲溶液的冲溶液的pH进展校正。进展校正。例：例：欲配制欲配制pH=3.

17、50的缓冲溶液，有以下的缓冲溶液，有以下缓冲对：应选用哪一缓冲对？缓冲对：应选用哪一缓冲对？HCOOH-HCOONaHAc-NaAcNaH2PO4-Na2HPO4NH3-NH4Cl知知pKa(HCOOH)=3.75，pKa(HAc)=4.75，pKa2(H3PO4)=7.21，pKb(NH3)=4.75)例例用浓度均为用浓度均为0.10molL-1的弱酸和其共轭碱的弱酸和其共轭碱溶液配制溶液配制100mLpH为为5.00的缓冲溶液。的缓冲溶液。aa(HAc)pHp(HAc)lg(Ac )(HAc)p(HAc)lg(Ac )cKcVKVapKap4.74K解：所选择的缓冲对中弱酸的解：所选择的缓

18、冲对中弱酸的 应在应在 4 4 6 6 之之间，间，HAc HAc 的的 ，因此可选择，因此可选择 HAc-NaAc HAc-NaAc 缓缓冲对。假设需冲对。假设需0.10molL-1 HAc 0.10molL-1 HAc 溶液的体积为溶液的体积为V(HAc), V(HAc), 那么需那么需0.10molL-1NaAc0.10molL-1NaAc溶液的体积为溶液的体积为100mL-V(HAc)100mL-V(HAc)。代入数据得：代入数据得： 所需所需 NaAc 溶液的体积为：溶液的体积为： 5(HAc)5.00lg1.8 10lg100mL(HAc)VV (HAc)35.5mLV(NaAc)

19、100mL(HAc)100mL36.5mL64.5mLVV 将35.5 mL 0.10molL-1HAc溶液与64.5 mL 0.10 molL-1 NaAc 溶液混合，即可配制成 100 mL pH 为5.00 的缓冲溶液。 缓冲溶液的配制及其缓冲容量2244H PO -HPO 5.803.65.904.60.0106.005.60.0116.106.80.0126.208.10.0156.309.70.0176.4011.60.0216.5013.90.0246.6016.40.0276.7019.30.0306.8022.40.0336.9025.90.0337.0029.10.0317

20、.1032.10.0287.2035.70.0257.3037.00.0227.4039.10.0207.5041.10.0187.6042.80.0157.7044.20.0127.8045.30.0107.9046.10.0078.0046.7pH V(NaOH)/mL /molL-1pH V(NaOH)/mL /molL-1二、规范缓冲溶液二、规范缓冲溶液 用pH计测定溶液的pH时，需求用规范缓冲溶液进展校正。规范缓冲溶液是由规定浓度的某些规范解离常数较小的单一两性物质或由共轭酸碱对组成，其pH是在一定温度下经过实验准确测定的。第五节、缓冲体系在医学上的意义第五节、缓冲体系在医学上的意义

21、 缓冲溶液在医学上有很重要的意义。缓冲溶液在医学上有很重要的意义。 例如：血库中血液的冷藏都需求一定例如：血库中血液的冷藏都需求一定的的pHpH值的缓冲溶液；生物体内的催化值的缓冲溶液；生物体内的催化剂酶的催化作用，也需求在一定剂酶的催化作用，也需求在一定pHpH值的缓冲溶液中进展。许多药物也常值的缓冲溶液中进展。许多药物也常需求在一定需求在一定pHpH值的介质才干稳定。值的介质才干稳定。 缓冲系的缓冲作用对于人的正常缓冲系的缓冲作用对于人的正常生命活动有着重要的意义。生命活动有着重要的意义。 人体的血液或其它体液中的人体的血液或其它体液中的化学反响都必需在一定的化学反响都必需在一定的pH值值

22、条件下进展，所以要依托存在于条件下进展，所以要依托存在于体液中的各种缓冲系来使它们的体液中的各种缓冲系来使它们的pH值坚持恒定。值坚持恒定。例如：血液的例如：血液的pH值总是维持在值总是维持在7.357.45之间的狭小范围内。之间的狭小范围内。假设血液的假设血液的pH值改动值改动0.1单位以上，单位以上，pH值低于值低于7.35，就发生酸中毒；假设高，就发生酸中毒；假设高于于7.45就会发生碱中毒。就会发生碱中毒。血液的血液的pH值可以维持在一个很小的范围值可以维持在一个很小的范围内，其中一个重要的要素就是血液中内，其中一个重要的要素就是血液中存在着多种缓冲对。存在着多种缓冲对。 血液中的主要

23、缓冲对有：血液中的主要缓冲对有： 血浆中：血浆中：H2CO3HCO3， H2PO4HPO42 Na-蛋白质蛋白质H-蛋白质蛋白质 红细胞中：红细胞中：H2CO3HCO3 H2bHb-1(H2b-血红蛋血红蛋白白) H2bO2HbO2 (H2bO2-氧合血红蛋白氧合血红蛋白 在这些缓冲系中，在这些缓冲系中，H2CO3HCO3主要缓冲系在血液中浓度最高，主要缓冲系在血液中浓度最高，缓冲才干最大，对维持血液的正常缓冲才干最大，对维持血液的正常pH值越着主要作用。值越着主要作用。 H2CO3在溶液中主要以溶解形状的在溶液中主要以溶解形状的CO2方式存在方式存在,因此将缓冲系因此将缓冲系HCO3/H2CO3方式写成方式写成HCO3/CO2。血液中缓冲系统的作用机理血液中缓冲系统的作用机理先看先看H2CO3HCO3缓冲系。缓冲系。由于是由于是H2CO3弱酸，它存在电离平弱酸，它存在电离平衡：衡：H2CO3HCO3H肺肺CO2H2O肾肾 当酸性物质进入该系统时，由于当酸性物质进入该系统时，由于H的增大，将使平衡左移，构成更的增大，将使平衡左移，构成更多的多的H2CO3，H2CO3不稳定分解不稳定分解为为CO2和和H2O，生成的，生成的CO2经血液经血