《医用基础化学》课件-第三章 缓冲溶液

第一节缓冲溶液及缓冲机制

一、缓冲溶液的组成

在100mLpH=5.00的HC1溶液中分别加入ImLlmolf1的HC1(强酸)

溶液或ImLlmolL-1的NaOH(强碱)溶液后，HC1溶液的pH发生了显著变化，

加酸后pH=2.00,而加碱后pH=12.00。但在100mL浓度均为Imol-L-1HAc和

NaAcpH=5.00混合溶液中，加入同样数量的强酸和强碱，pH改变却很小，加

酸后pH=4.98,而加碱后pH=5.02。如用水稍加稀释时，HAc和NaAc混合溶

液的pH改变的幅度也很小。这说明HAc和NaAc这种由弱酸及其共辗碱组成的

混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的能力，我

们把这种溶液称为缓冲溶液(buffersolution)。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵

抗作用称为缓冲作用(bufferaction)o

常用的缓冲溶液是由足够浓度的共软酸碱对的两种物质组成的。例如：HAc

一NaAc、NH3-NH4CI、NaH2PCU-Na2HpO4等。

组成缓冲溶液的共舸酸碱对被称为缓冲系(buffersystem)或缓冲对(buffer

pair)o一些常见的缓冲系列在表3-1中。

表3-1常见的缓冲系

缓冲系质子转移平衡pKa(25℃)

HAc-NaAcHAc+H2O-——Ac+H3O+4.76

H2cCh-NaHCChH2CO3+H2O------HCO3+H3O0.35

+

H2c8H4O4-KHC8H4O4*H2c8H4O4+H2O一——HC8H4。4+H3O2.89

+

TrisHCl-Tris**TrisH+H2O——-------Tris+H3O+8.08

+

NH4CI-NH3NH4+H2O---——-NH3+HQ9.25

CHaNH/Cl-

CHaNH/+HQ———CHaNH，+HQ+10.63

CH3NH2***

H3Po4-NaH2Po4H3P。4+H2O一—H2PO4+H3O*2.16

2

NaH2Po4-Na2HpO4H2PO4+HO一——HPO4+H3O+7.21

2

2——PO3+H3O*12.32

NazHPCU-Na3Po4HPO4'+H2O——4

*邻苯二甲酸-邻苯二甲酸氢钾

**三(羟甲基)甲胺盐酸盐-三(羟甲基)甲胺

***甲胺盐-甲胺

二、缓冲机制

现以浓度均为0.10molL」的HAc和NaAc缓冲系为例来说明缓冲溶液的缓

冲机制。

NaAc是强电解质，在溶液中几乎完全以Na+和Ac-离子状态存在；HAc是

弱电解质，在溶液中只部分解离，并且因来自NaAc的Ac-的同离子效应，使

HAc几乎完全以分子状态存在于溶液中。所以在HAc-NaAc缓冲溶液存在有大

量的HAc和Ac、且二者是共轲酸碱对。它们之间的质子传递平衡关系可用下式

表示

如终结合，

Ac「浓度略有减少，HAc浓度略有增加，溶液中的H30+浓度没有明显升高。可

见，缓冲系中的共拢碱直接发挥抵抗外来强酸的作用，故称为缓冲溶液的抗酸成

分。

当溶液中加入少量强碱时，/0+与0H反应，溶液中的H30+浓度减少，HAc

的质子传递平衡右移，HAc进一步解离，产生H30+。结果只是HAc浓度略有减

少，Ac浓度略有增加，溶液中的％0+浓度没有明显减少。缓冲系中的共较酸

间接发挥了抵抗外来强碱的作用，故称为缓冲溶液的抗碱成分。

当溶液稀释时，共鲍酸、碱的浓度同等稀释，但二者浓度之比没有变化，

所以缓冲溶液的pH基本保持不变。

第二节缓冲溶液的pH

一、缓冲溶液pH的计算公式

以HB代表弱酸，NaB代表其弱酸盐，两者组成缓冲溶液。溶液中HB和H20

建立质子传递平衡

HB+H20---------H3O++B

NaB—►Na++B

有

[H30+]=KaX幽

[B-]

等式两边各取负对数，则得

pH=p^lgm=p^lgm(3-1)

此式就是计算缓冲溶液pH的亨德森-哈塞尔巴赫(Henderson-Hasselbalch)方程

式。式中pKa为弱酸的酸常数的负对数，［HB］和［B］均为平衡浓度。1］与旧8］

的比值称为缓冲比，［B］与田8］之和称为缓冲溶液的总浓度。

亨德森-哈塞尔巴赫方程式也可表示为

pH=pKa+］g^=pKa+lg疆(3-2)

这里c(HB)表示HB的总浓度(包括解离的、未解离的HB的浓度)，c(NaB)

表示NaB的总浓度。设HB已解离部分的浓度为c，(HB),则HB和B的平衡浓

度分别为

［HB］=c(HB)-c'(HB)

［B］=c(NaB)+c,(HB)

因来自NaB的B-同离子效应，使解离的HB很少，d(HB)可以忽略，故［HB］和

［B］可分别用总浓度c(HB)和c(B-)来表示，所以式(3-1)可表示为(3-2)。

中”、«(B)八”(HB)

因。(B)=----,c(HB)=------,

VV

“(HB)和〃田一)是在同一缓冲溶液中所含共辗酸、碱的物质的量，所以V是

同一体积，式(3-2)就可改写为

pH=pKa+1g〃:=pKa+1g黑屏(3-3)

n(HB)/Vn(HB)

此式是式亨德森-哈塞尔巴赫方程式的又一种表示形式。此式在使用不同浓度、

不同体积的共枕酸、碱来配制缓冲溶液时，方便快捷。

如使用相同浓度的弱酸及其共瓶碱来配制缓冲溶液，即c(HB)=c(NaB),分

别量取NaB的体积V(B-)和HB的体积V(HB),混合，则式(3-3)可改写为

c(B-)W(B-)V(B-)

pH=p/fa+lg—~~~-=p/fa+lg—~-(3-4)

由上面各式可知：

(1)缓冲溶液的pH首先取决于缓冲系中弱酸的酸常数Ka值，而Ka值又与

温度有关，所以温度对缓冲溶液pH也是有影响的，但本书对温度的影响不作深

入讨论。

(2)同一缓冲系的缓冲溶液，pKa一定，其pH随着缓冲比的改变而改变。当

缓冲比等于1时，缓冲溶液的pH等于pKa。

(3)缓冲溶液加水稀释时，"(B)与〃(HB)的比值不变，则由式(3-3)计算的pH

也不变。所以缓冲溶液具有抗稀释的能力。但大量稀释时，会引起溶液离子强度

的改变，使HB和B的活度因子受到不同程度的影响，缓冲溶液的pH将会随之

有极小的变化。

【例3-1】缓冲溶液的pH计算

(1)计算0.200mol•L'NH3和0.0800mol•L"NH4cl等体积混合而制成的1.00L缓

+

冲溶液的pH。pXa(NH4)=9.25o(认为两溶液混合后体积为1.00L)

(2)若在上述缓冲溶液中加入0.0100mol的HC1后，此缓冲溶液的pH为多少？

(3)若在上述缓冲溶液中加入0.0100mol的固体NaOH后，此缓冲溶液的pH为多少？

+

【分析1】此混合溶液的缓冲系为NH4-NH3,此例题是非常典型的缓冲溶液pH计

1

算。两溶液等体积混合,浓度减半。所以c(NH3)=0.100mol«L-',c(NHj)=0.0400mol»L

可将相关数据代入亨德森-哈塞尔巴赫方程式(3-2)。

【解(1)】pH=pKa(NFL»+)+lg=9.25+1g'，一=925+0.40=9.65

c(NH：)0.0400molL-1

【分析2】加入HCL外加的H++NH3=NH4+,加入的HC1的量等于NH4+增加的量，

也等于NH3减少的量。所以

c(NHj)=(0.100-0.0100)mol,L_1=0.090mol,L1,

C(NH4+)=(0.0400+0.0100)mol-=0.0500mol•L1,代入方程。

…,+c(NHJ0.090molL-1

[解(2)]pH=p&(NHj)+lg—~=9.25+lg----------------------=9.25+0.26=9.51

c(NH：)0.0500mol-L-1

【分析3】加入固体NaOH的量等于NH3增加的量，也等于NH4+减少的量。所以

1

C(NH3)=(0.100+0.0100)mol•L」=0.110mol•L,

+11

C(NH4)=(0.0400-0.0100)mol•L=0.0300mol•L,代入方程。

-1

+,c(NH,)0.110molL

【解(3)】pH=p/Ca(NH4)+lg—~叱=9.25+lg----------------------=9.25+0.56=9.81

c(NH：)0.0300molL-1

【归纳】1、利用亨德森-哈塞尔巴赫方程式计算缓冲溶液的pH时，一定注意Ka是共

辄酸碱对中的共辗酸的酸常数，并且有pKa=-IgKa。

2、在缓冲溶液中加入HC1的量等于共较酸增加的量，也等于共蒯碱减少的量。加入固

体NaOH的量等于共轨碱增加的量，也等于共舸酸减少的量。

二、缓冲溶液pH的校正

用亨德森-哈塞尔巴赫方程式计算缓冲溶液的pH只是近似值，与实际测定值不一样。

若要准确的计算，就应该在式(3-1)中引入活度因子，即以HB和B-的活度替代它们的平衡浓

度，则式(3-1)可改写为

pH=pKa+lg

a(HB)

[B-]-r(B-)

=pKa+lg

[HB]/(HB)

=P&'Mg器+旭瑞

(3-5)

此式是校正的缓冲溶液pH计算公式。式中y(HB)和/(B)分别为溶液中HB和B•的活

度因子，1g始」为校正因数。由于活度因子与弱酸的电荷数和溶液的离子强度⑺有关，所

r(HB)

以校正因数也与弱酸的电荷数和溶液的离子强度有关。离子强度可根据缓冲溶液中各离子的

浓度进行计算。

但是实际应用中通常并不是通过(3-5)式计算来确定溶液的pH的，因为在体液或体外培

养液中成分相当复杂，影响因素也多，很难从现有数据(《化学手册》等工具书中查找出有

关数据)计算出准确结果。一般情况下是使用测定溶液pH的专门仪器例如pH计，将电极

插入溶液中，先用已知pH的标准缓冲溶液对仪器进行校准之后再测定所配制溶液的pH,

然后通过滴加少量强酸(或强碱)调节该溶液的pH,使其符合科研要求的pH。

第三节缓冲容量和缓冲范围

一、缓冲容量

不同的缓冲溶液，其抗酸抗碱的能力不同。1922年范斯莱克(VSlyke)提出

用缓冲容量(buffercapacity”作为衡量缓冲能力大小的尺度。缓冲容量4定义为:

单位体积缓冲溶液的pH改变1(即ApH=l)时，所需加入一元强酸或一元强碱

的物质的量。定义为

BJgLd&(b)

(3-6)-V|dpH|

式中V是缓冲溶液的体积；d〃a(b)是缓冲溶液中加入微小量的一元强酸(d〃a)或一

元强碱(d〃b)的物质的量；IdpHI为缓冲溶液pH的微小改变量。由式(3-6)可知，J3

是正值。在同样的d〃a(b)和V的条件下，pH改变值IdpHI愈小，则£值愈大，缓冲

溶液的缓冲能力愈强；或在同样的V及|dpH|情况下，所加入的d〃a(b)越多，缓冲

溶液的缓冲能力愈强。

从式(3-6)可导出缓冲容量与缓冲溶液的总浓度｛c怂=[HB]+[B]｝及[B卜[HB]

的关系

a(b)

/3=.,=2.303X[HB][B]/c.a(3-7)

V|dpH|

此式表明，缓冲容量随c总及[B]、[HB]的改变而改变。由于[B]及[HB]

决定缓冲比，而缓冲比影响缓冲溶液的pH,所以缓冲容量随缓冲溶液pH的变

化而变化。

【例3-2]缓冲容量的计算

今有总浓度为0.10mol^L-l的NaH2P04-Na2HP04缓冲溶液,pKa(H2Po/)=7.21,试

求其pH为7.40时的缓冲容量

【分析】可将已知数据直接代入亨德森-哈塞尔巴赫方程式，求出缓冲比，继而求出共

加酸碱的浓度，最后根据式(3-7)可算出缓冲容量“

【解】pH=pKa(H2PO[)+lg黯需

[NaH2PO4]

1Na2Hpe)门

7.40=7.21+lg

[NaH2PO4]

[Na2HpeR75

[NaH2Po4]■'

已知[NaH2PC)4|+fNa2HPO4|=0.10mol•L1,故得

11

[NaH2Po4]=0.040mol•L；[Na2HP04]=0.06mol•L;

代入式(3-7),得夕=2.303X0.040X0.06/0.10=0.055

从式(3-7)分析，运用c怂=[HB]+[B]关系，公式可以写做

4=2.303X[HB][B]/e总=2.303X{[HB]/ca}{[B]/c息}Xc总

=2.303X([HB]/c总)(1-[HB]/c总)Xc总

当总｝增大，｛l-[HB]/c总｝减小,反之，当｛[HB]/c总｝减小，｛l-[HB]/c总｝

增大。当[HB]=[B]=c&/2时，｛[HB]丑总｝｛1-[HB]/c总)取得最大值。将[HB]=[B]

=c/2代入式(3-7),得最大缓冲容量计算公式

B极大=2.303X(c总/2)(c总/2)/c,a=0.576c息(3-8)

缓冲溶液的总浓度和缓冲比是影响缓冲容量的两个重要因素。

这种变化关系如图3-2所示。图中曲线(2)(3)(4)(5),都是在弱酸溶液中加入

NaOH后组成的弱酸及其共辗碱的缓冲溶液。从图中可以看出

(一)总浓度对用的影响曲线

(2)和(3)相比，其缓冲系相同，(3)的浓度是(2)的两倍，所以峰高也是(2)的

两倍，即在缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量也越大。曲线(4)(5)的缓冲系虽

不同，但总浓度相同，所以它们的峰高，即用极大相同;

(二)缓冲

比对£的影响fi

0.10

(2)~(5)曲线都

0.06

是山峰形曲线，在0.06

0.04

pH=pKa时，曲线

0.02

峰高有极值B极大，

此时缓冲比为l：lo

图3-2缓冲容量的影响因素

无论是向左偏离

⑴0.05mol-L-1HC1(4)0.05mol-L-1KH2Po4+NaOH

11

1:1还是向右偏离⑵0.1mol•L-HAc+NaOH(5)0.05mol•L-H3BO3+NaOH

(3)0.2mol•L-1HAc+NaOH(6)0.05mol•L-1NaOH

1:1,万都变小。

从曲线(1)和曲线(6)可明显的看出，HC1溶液或NaOH溶液浓度越浓时其缓冲容量就越

大，没有极值。当加入少量强酸、强碱，溶液的pH不会发生明显的改变，所以它们也同样

具有缓冲作用，(1)为强酸型缓冲溶液，(6)为强碱性缓冲溶液。它们不属于前面我们所讨论

的共轨酸碱组成的缓冲系，它们缓冲机制是因为本身H+(或OH)浓度较大。由于这类溶液的

酸或碱浓度太高，不利于在医学上当作缓冲溶液使用。

二、缓冲范围

由上面讨论可知，当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比愈接近1,缓冲容量

愈大；缓冲比愈远离1时，缓冲容量愈小。当缓冲比大于10：1(即pH>pKa+1)

或小于1：10(即pH<pKa-l州寸，可认为缓冲溶液已基本失去缓冲能力，如图3-2

曲线(2)、(3)、(4)、(5)的山峰很陡峭，因此，pH=pKa±l为缓冲作用的有效区间，

称为缓冲溶液的缓冲范围(buffereffectiverange)。不同缓冲系，因各自弱酸的pKa

不同，所以缓冲范围也各不相同。

第四节缓冲溶液的配制

一、缓冲溶液的配制原则和步骤

在生物医学的实际工作中，为使所配一定pH的缓冲溶液具有足够的缓冲能

力，应按下述原则和步骤进行：

1.选择合适的缓冲系

选择缓冲系要考虑两个因素，一个是使所需配制的缓冲溶液的pH在所选缓

冲系的缓冲范围(pKa±l)之内，并尽量接近弱酸的pKa,这样所配制的缓冲溶液

可有较大的缓冲容量。如配制pH为7.4的缓冲溶液，可选择NaH2PO4-Na2HPO4-

缓冲系，因H3P。4的pKa2=7.21。另一个是所选缓冲系物质应稳定、无毒，不能

与溶液中的反应物或生成物发生作用。例如硼酸一硼酸盐缓冲系有毒，不能用于

培养细胞等生物医学上的缓冲溶液。另外，在加温灭菌和储存期内要稳定。例如

H2cO3—NaHCO3缓冲系因碳酸容易分解通常也不采用。

2.配制的缓冲溶液的总浓度要适宜

总浓度太低，缓冲容量过小；总浓度太高，会导致离子强度太大或渗透浓度

过高而不适用，实际工作中，一般选用总浓度在0.05mol-L1~0.2mol•L1范

围内。

3.计算

根据亨德森-哈塞尔巴赫方程计算所需缓冲组分的量或体积。为配制方便，

常常使用相同浓度的弱酸及其共枕碱。有时在某弱酸中加入强碱或弱碱中加入强

酸。如分别量取体积为V(HB)的HB溶液和丫⑻)的NaB溶液相混合或稀释调整，

即得所需pH近似值的缓冲溶液。

4.校正

如果对pH要求严格的实验，还需在pH酸度计监控下对所配缓冲溶液滴加

稀HC1或稀NaOH,对溶液pH加以校正。

【例3-3】缓冲溶液的配制

如何配制500mLpH为5.00的缓冲溶液?若要求溶液中HAc浓度为0.050mol.L1,需

要加入NaAc-3H2O的质量是多少？现有6.0mol-L'HAc,计算需要多少体积？请你设计配制

此缓冲溶液的操作步骤，并计算此缓冲溶液的渗透浓度。若需300mmoil?的等渗溶液需要

加入多少质量的NaCl(s)?已知25℃时pKa(HAc)=4.76。

【解】将已知数据代入亨德森-哈塞尔巴赫方程式

pH=pK,(HAc)+lg裾

c(AcD

5.00=4.76+1g

0.050molL-1

c(NaAc)=0.087molL-1

〃(NaAc)=0.087mol-L'XO.5L=0.044mol

m(NaAc-3H2O)=n(NaAc)-A/(NaAc-3H2O)=0.044molX136.1g-mol“=6.1g

需要6.0molL“HAc的体积:V(HAc)=0.050mol-L1X0.5L4-6.0mol-L1=4.1mL

缓冲溶液的渗透浓度:c°s=(0.087mol-L'X2+O.OSOmol-L^X1000=224mmol-L-1

若需要渗透浓度为300mmol-L-'的缓冲溶液则需要加NaCl:

00

m(NaCl)=(方-。2：4)mol.Lx05LX585g.mo|-i=L1]g

第五节血液中的缓冲系

我们人体内的酸碱性物质来源于食物、机体的代谢和消化液的吸收。如食物

和机体中的糖、脂肪、蛋白质的消化和代谢中最终产物CO2是酸的主要来源之

一，另外代谢中也会产生乳酸、丙酮酸等酸性物质。通常将糖、脂肪、蛋白质称

为酸性食物。蔬菜、水果在体内代谢会产生碱性物质。每时每刻机体都会产生不

同种类和不同浓度的酸性或碱性物质，但是由于我们体内存在着多种生理缓冲

系，维持着正常人血浆的pH约为7.35—7.45。血浆pH主要决定于血浆中的缓

冲对，即NaHCO3/H2co3的比值。血浆中尚有其它缓冲对，如蛋白质钠盐/蛋白

质、Na2HPO〃NaH2P。4,在红细胞内尚有血红蛋白钾盐/血红蛋白(Hzb-HbD、氧

合血红蛋白钾盐/氧合血红蛋白(H2bCh-HbCh-)、K2HPO4/KH2Po4、KHCO3/H2CO3

等缓冲对。一般酸碱物质进入血液时，由于有这些缓冲系统的作用，对血浆pH

的影响已减至很小，特别是在肺和肾脏不断排出体内过多的酸或碱的情况下，通

常血浆pH的波动范围极小。

在这些缓冲系中，以碳酸缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，在维持

血液正常pH中发挥的作用最重要。碳酸在溶液中主要是以溶解状态的CO2形式

存在，在CO2-HCCh-缓冲系中存在如下平衡

(1(H2CQ3),

co2(g)=82(g)+H2O-H2CO3.H++HCO3-

25。C时pKal(H2CO3)=6.35,CCh是溶解在离子强度为0.16mol-kg」的血浆

中，体温为370C时，应校正为pKaJ(H2CO3)=6.10,所以血浆中的碳酸缓冲系pH

的计算方程式为

/、[HC07][HC07]

pH=pK/(H2CO3)+lg而就广6.10+lg同就(3-9)

正常人血浆中［HCO3］和［CO2(aq)］浓度分别为0.024mol-L1和0.0012mol-L

将其代入式(3-9),可得到血液的正常pH

__一1八,0.024molUw[八[20,

pH=6.10+1g-------------------=6.10+1g—=7.40

0.0012mol-L-r11

在体内，HC03是血浆中含量最多的抗酸成分，在一定程度上可以代表血浆

对体内所产生非挥发性酸的缓冲能力，所以将血浆中的HC03称为碱储。

人体内正常血浆中HCO3-CO2(aq)缓冲系的缓冲比为20:1,已超出前面讨论

的体外缓冲溶液有效缓冲比(即10:1〜1:10)的范围，似乎应该是缓冲能力很小，

但是由于人体是一个“敞开系统”，既有物质的交换又有能量的交换，当机体内

C02(aq)或HC03的浓度改变时，可由肺呼吸作用和肾的生理功能获得补偿或调

节，使得血浆中的HC03和CCh(aq)的浓度保持相对稳定。因此，血浆中的碳酸

缓冲系总能保持相当强的缓冲能力，特别是抗酸的能力。

CO2刺激呼吸是通过两条途径实现的：一是通过刺激中枢化学感受器再兴奋呼吸中枢；

二是刺激外周化学感受器，冲动经窦神经和主动脉神经传入到延髓呼吸有关核团，反射性地

使呼吸加深、加快，增加肺通气。

HC03一在血浆中是以钠盐(NaHCO3)的形式存在的，NaHCCh滤过囊腔并进入肾小管

之后可解离成Na+和HCO。肾小管各段细胞均可分泌H+。分泌H+可和Na+进行交换(靠

载体蛋白来实现)，使Na+进入细胞并和细胞内产生的HCO厂一起被转运回血液。小管液中

的HCCh-是不易透过管腔膜的，它与分泌的H+结合而生成H2co3,H2cO3再分解为CO2和

H2O«而CO2是高度脂溶性物质，能迅速通过管腔膜进入细胞，在碳酸酢酶的催化下生成

H2cCh。H2cO3进而解离成H+和HCO3-。H+可由细胞分泌到小管液中，HCO3-则与Na+一

起被转运回血。因此，肾小管重吸收HCCh一是以CCh的形式。如果滤过的HC03-量超过了分

泌的H+,HCCh-就不能全部(以CO2形式)被重吸收。由于它不易透过管腔膜，所以余下

的便随尿排出了。值得注意的是H+的分泌是与HC03一的重吸收密切相关的。

由图3-3的示意为：血液中缓冲比保持一定数值不变，是由CO2浓度瞬时变化刺激脑

干呼吸中枢和外周化学感受器作出响应，改变肺换气率以恒定CCh在正常水平；而HCCh-

浓度的变化由肾排H.的变化和对滤过的HCOj重吸收来调节，从而维持正常血液pH稳定。

图3-3血液中碳酸缓冲系示意图

中主要缓冲对的缓冲比[HCO3-]/[CO2（aq）]倘若超出18/1~22/1也就是超出了血浆pH

7.35-7.45的正常范围，将导致酸中毒（acidosis）或碱中毒（baseosis）。酸碱性中毒又可分为：

代谢性酸中毒、呼吸性酸中毒、代谢性碱中毒、呼吸性碱中毒四种类型。代谢性酸中毒有可

能发生在体内产生的酸（如酮体）过多、肾功能不全或严重腹泻丢失大量NaHC03,使细胞

外液的HC03一浓度降低，|HCO3-]/[CO2（aq）]<18/l,血液pH下降超出7.35。呼吸性酸中毒通

常是肺部呼出障碍（换气不足），如肺气肿、呼吸道梗阻等，当C02潴留严重时会出现疲惫、

兴奋或烦躁、甚至昏迷，称为二氧化碳麻醉状态。代谢性碱中毒有可能是大量胃液的丢失，

如大量的呕吐、洗胃等，或碱性药物大量进入胃中引起。呼吸性碱中毒有可能是肺部过度换

气，呼出CO2过多使[HCOM/[CO2（aq）]>22/l,血液pH升高超出7.45。如脑炎、高烧等,症

状为头晕目眩。可以用纸口袋罩住病人口鼻，吸入自己呼出的高浓度C02气体，缓解呼吸

性碱中毒。

在临床检验中测定体内血液C02和pH对判断病人酸碱失调及其疗效观察

有着重要作用。

Summary

SolutionthatresistachangeinpHuponadditionofsmallamountsofastrongacidora

strongbasearecalledbufferedsolution.Therefore,buffersareusefulwhenitisdesiredto

maintainthepHofasolutionwithinnarrowlimits.Abufferconsistsoflargereservoirsofthe

componentsofaconjugateacid-basepair.

ThepHofabufferisdeterminedbytwofactors:thevalueofKafortheweak-acid

componentofthebuffer,andtheratiooftheconcentrationsoftheconjugateacid-basepair:

pH=pKa+lg思(3-1)

Equation(3-1)isknownastheHenderson-Hasselbalchequation.

Buffercapacityisdependsonamountofacidandbasefromwhichthebufferismade,and

theratiooftheconcentrationsoftheconjugateacid-basepair.Abufferwithalargecapacity

containslargeconcentrationsofthebufferingcomponents.WhenthepHofabufferequalsthe

pKaoftheacidcomponent,theratio=1,thebufferhasitshighestcapacity.Abufferhasan

effectiverangeofp/fa±1.

Whenpreparingabuffer,youshould(1)choosetheconjugatepair;(2)calculatetheratioof

buffercomponents;(3)determinethebufferconcentrationand(4)adjustthefinalbuffertothe

desiredpHbyaddingstrongacidorstrongbase,whilemonitoringthesolutionwithapHmeter.

HumanbloodisslightlybasicwithanormalpHof7.35-7.45.Whenthefallsbelow7.35,

theconditioniscalledacidosis;whenitrisesabove7.45,theconditioniscalledalkalosis.The

majorbuffersystemthatisusedtocontrolthepHofbloodisthecarbonicacid-bicarbonate

buffersystem..Carbonicacid,H2CO3,andbicarbonateion,HCO3-,areaconjugateacid-base

pair:ThepK'ivalueofH2co3equals6.10atphysiologicaltemperatures,theratio[base]/[acid]

musthaveavalueofabout20.InnormalbloodplasmatheconcentrationsofHCOa-andH2cO3

areabout0.024mol•L_,and0.0012mol•L_|,respectively.Theprincipalorgansthatregulatethe

pHofthecarbonicacid-bicarbonatebuffersystemarethelungsandkidneys.

思考题和练习题

1.什么是缓冲溶液?什么是缓冲容量?决定缓冲溶液pH和缓冲容量的主要因素各有哪

些？

2.试以KH2PCh-NazHPCU缓冲溶液为例，说明为何加少量的强酸或强碱时其溶液的pH

基本保持不变。

3.已知下列弱酸的pK”试求与NaOH配制的缓冲溶液的缓冲范围.

(1)硼酸(H3BO3)的pKa=9.27

(2)丙酉爰(CH3cH2coOH)的pKa=4.86

⑶磷酸二氢钠(NaH2Po4)的pKa(H2Po0=7.21

(4)甲酸(HCOOH)的pKa=3.75

11

4.0.20mol-L-NH3和0.10molL-NH4cl组成的缓冲溶液的pH为多少？pKb=4.75

5.计算下列NH3和NH4C1组成的不同pH的缓冲溶液的[NH3WNH4」缓冲比。

(1)pH=9.00(2)pH=8.80(3)pH=10.00⑷pH=9.60

1

6.一个由0.25mol-L-KHCO3与0.32mo卜L」K2co3组成的缓冲溶液,H2co3是二元酸：

=4.5x10-7；^=4.7x10"(25℃)o

⑴哪一个相对于这个缓冲溶液是更重要？

⑵这个缓冲溶液的pH为多少？

7,用0.055mol•「KH2PO4和0.055mol•L」Na2Hpe)4两种溶液配成pH近似值为7.40

的缓冲溶液1000mL,问需取上述溶液体积各为多少？已知pKa(H2Po力=7.21(25℃),

8.阿司匹林(乙酰水杨酸、以Hasp表示)以游离酸(未解离的)形式从胃中吸收，若病

人服用解酸药，调整胃容物的pH为2.95,然后口服阿司匹林0.65g。假设阿司匹林立即溶

解，且胃容物的pH不变，问病人可以从胃中立即吸收的阿司匹林为多少克(乙酰水杨酸的

g180.2、p&=3.50)?

9.配制pH=7.40的缓冲溶液1500mLo

(1)今有缓冲系HAc-NaAc、KH2PO4-Na2HPO4^NH4CI-NH3,问选用何种缓冲系最好？

(2)如选用的缓冲系的总浓度为0.200mol♦!?,需要固体共粗酸和固体共粗碱物质的量

为多少(假设不考虑体积的变化