四川大学基础化学教课课件

1、第四章 缓冲溶液Buffer Solution1学习内容缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及其组成缓冲机制缓冲溶液pH的计算缓冲溶液pH的近似计算公式缓冲溶液pH计算公式的校正缓冲容量和缓冲范围缓冲容量影响缓冲容量的因素2学习内容缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制方法标准缓冲溶液血液中的缓冲系3学习要求掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。掌握影响缓冲溶液pH的因素、应用Henderson-Hasselbalch方程式计算缓冲溶液pH值。掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。熟悉配制缓冲溶液的原则和方法。了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程中的作用。4第一节

2、缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的缓冲作用和组成实验 样品1，0.10 molL-1 NaCl溶液 样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 molL-1的 混合溶液操作：加入强酸 HCl 至 0.010 molL-1观察现象：pH值的变化5第一节 缓冲溶液及缓冲机制0.10 molL-1 NaCl溶液NaCl溶液中加入HCl到0.010 molL-1 ，溶液的pH由7变为2，改变了5个pH单位。6第一节 缓冲溶液及缓冲机制0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液溶液中加入HCl到0.010 mol

3、L-1 ，溶液的pH由4.75变为4.74，改变仅0.01pH单位。7第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的缓冲作用和组成结论 HAc NaAc 混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱而保持pH值基本不变的能力。8第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的缓冲作用和组成缓冲溶液（buffer solution）能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH基本不变的溶液。缓冲作用（buffer action）缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。缓冲溶液的组成一般由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pai

4、r)。9第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的缓冲作用和组成常见的缓冲系 10第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液的缓冲作用和组成在实际应用中，还采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系。弱酸（过量）+ 强碱强酸 + 弱碱（过量）优点：HCl 和 NaOH 溶液常备试剂，容易获得。弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。通常缓冲溶液的pH需要在pH计监控下调整，滴加强碱/酸易于操作。11第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲机制以HAcAc-体系为例缓冲溶液存在大量HAc和Ac- ，质子转移平衡当加入少量强酸时消耗掉外来的H+离子，质子转移平衡左移，而溶液的pH保持基本不变。H+ + Ac- HAc当加入少

5、量强碱时质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+离子，而的pH值保持基本不变。OH- + H3O+ 2H2O共轭碱称为抗酸成分，共轭酸称为抗碱成分。12第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲机制结论 由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，消耗外来的少量强酸、强碱。 它们通过弱酸解离平衡的移动，使溶液H+离子或OH-离子浓度未有明显的变化，因此具有缓冲作用。13第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液pH值的计算公式：HendersonHasselbalch方程式 以HB代表弱酸，并与NaB组成缓冲溶液。 14第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液pH值的计算公式如何推求HendersonHasselb

6、alch方程式 15第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液pH值的计算公式HendersonHasselbalch方程式的意义缓冲溶液的pH首先取决于pKa pKa值一定，其pH值随着缓冲比B-/HB的改变而改变。当缓冲比等于l时，pH等于pKa16第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液pH值的计算公式HendersonHasselbalch方程式的应用HB在溶液中只少部分解离，且因B-的同离子效应，使HB几乎完全以分子状态存在。所以17第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液pH值的计算公式由于 c = n/V，所以18第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液pH值的计算公式根据 n = cV，若取储备液 c(

7、B-) = c(HB)19第二节 缓冲溶液的pH值 例 混合 20 mL 0.10 molL-1 的 H3PO4与 30 mL 0.10 molL-1 的 NaOH，所得缓冲溶液的pH=？ 已知：pKa1=2.16， pKa2=7.21， pKa3=12.32。解20第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液的稀释值 缓冲溶液加水稀释时，c(B-)与c(HB)的比值不变，计算的pH值也不变。 但因稀释而引起溶液离子强度的改变，使HB和B-的活度因子受到不同程度的影响，因此缓冲溶液的pH值也随之有微小的改变。 21第二节 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液的稀释值缓冲溶液的pH值随着稀释的变化用稀释值表示，当缓

8、冲溶液的浓度为c时，加入等体积纯水稀释，稀释后与稀释前的pH值之差定义为稀释值，符号为pH1/2稀释值0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加；稀释值0，则表明缓冲溶液的pH值随稀释而减少。22第二节 缓冲溶液的pH值 23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有一定限度，当加入强酸或强碱过量，缓冲溶液的pH将发生较大的变化，失去缓冲能力。用缓冲容量作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为24第三节 缓冲容量和缓冲范围二、影响缓冲容量的因素 1） 缓冲比的影响 2）总浓度c总HB+B-的影响25第三节 缓冲容量和缓冲范围三、最大缓冲容量max缓冲比越接近1，缓冲容量越大；缓冲比等于1

9、时，有最大缓冲容量。26第三节 缓冲容量和缓冲范围四、缓冲范围把缓冲溶液pH=pKa1变化范围称为缓冲范围。27第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量与pH的关系（1）HCl（2）0.1 molL-1 HAc+NaOH（3）0.2 molL-1 HAc+NaOH（4）0.05 molL-1 KH2PO4+NaOH（5）0.05 molL-1 H2BO3+NaOH（6）NaOH28第三节 缓冲容量和缓冲范围例 将0.20molL-1HB溶液和0.20molL-1 B-溶液 以9:1的体积比混合，计算缓冲系的缓冲容量。解： 当V(HB):V(B-)=9:1时c(HB)= c(B-)= 29第四节 缓冲

10、溶液的配制一、配制方法1选择合适的缓冲系：（1）pH在pKa1缓冲范围内并尽量接近弱酸pKa。（2）缓冲系的物质必须对主反应无干扰。2配制的缓冲溶液的总浓度要适当：一般总浓度0.05molL-10.2molL-1。3计算所需缓冲系的量：根据Henderson-Hasselbalch方程计算。4校正：需在pH计监控下，对所配缓冲溶液的pH校正。30第四节 缓冲溶液的配制二、标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力，用来校准pH计。31第五节 血液中的缓冲系 血浆中：H2CO3-HCO3-H2PO4-HPO42-HnP-Hn-1P-红细胞中：H2b-Hb-(血红蛋白)H2bO

11、2-HbO2-(氧合血红蛋白)H2CO3-HCO3-H2PO4-HPO42-32第五节 血液中的缓冲系 在这些缓冲系中，碳酸缓冲系H2CO3-HCO3-的浓度最高，在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。 碳酸缓冲系来源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，与其离解产生的碳酸氢根离子，以及血液中贮存的碳酸氢根离子达成平衡：33第五节 血液中的缓冲系 当体内酸性物质增加, HCO3-与H3O+结合，平衡左移；体内碱性物质增加时，H3O+结合OH-，H2CO3(CO2溶解) 解离，平衡右移，pH明显改变。HCO3-在一定程度上可以代表血浆对体内所产生的酸性物质的缓冲能力，所以常将血浆中的HCO3-称为碱储。若血液的pH小于7.35，则会发生酸中毒(aci