无机化学 05-3缓冲溶液

1、南京医科大学药学院许贯虹,缓冲溶液,南京医科大学药学院许贯虹,2,缓冲溶液,缓冲机制,缓冲作用,pHpKa+lg,推论123,（1）定义（2）极大值（3）影响因素：总浓度、缓冲比,缓冲范围,配制原则,标准缓冲液,医学应用,南京医科大学药学院许贯虹,3,100mLHClpH=5.00,南京医科大学药学院许贯虹,4,滴加少量强酸、强碱后pH变化很大,滴加1ml1molL-1HCl,滴加1ml1molL-1NaOH,南京医科大学药学院许贯虹,5,100mL醋酸和醋酸钠溶液pH=5.00,南京医科大学药学院许贯虹,6,滴加少量强酸、强碱pH几乎不变,滴加1ml1molL-1HCl,滴加1ml1molL

2、-1NaOH,南京医科大学药学院许贯虹,实验小结,7,100mLHClpH=5.00,滴加1ml1molL-1HCl,pH=2.00,滴加1ml1molL-1NaOH,pH=12.00,100mLHAcNaAcpH=5.00,滴加1ml1molL-1HCl,pH=5.02,滴加1ml1molL-1NaOH,pH=4.98,南京医科大学药学院许贯虹,一、缓冲溶液组成和作用机理,8,能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持其pH基本不变的溶液，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）。,pH12的强碱溶液也具有

3、缓冲作用,南京医科大学药学院许贯虹,(一）缓冲溶液的组成,9,1.弱酸及其共轭碱组成的缓冲液HAcAc-,HCNCN-,H2CO3HCO3-,2.弱碱及其共轭酸组成的缓冲液NH3NH4+,CH3NH2CH3NH3+,3.酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液H2PO4-HPO42-,HCO3-CO32-,甲胺-甲胺盐酸盐,缓冲溶液是由足够浓度的共轭酸碱对两种物质组成的,组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系(buffersystem)或缓冲对(bufferpair)。,南京医科大学药学院许贯虹,（二）缓冲溶液的机理,10,NaAc,NaAc-,抗酸成分：缓冲对中的共轭碱,抗碱成分：缓冲对中的共轭酸,强酸、

4、强碱的缓冲机理不一样,南京医科大学药学院许贯虹,二、缓冲溶液的计算,11,NaB,NaB-,Henderson-Hasselbalch方程式,缓冲比,南京医科大学药学院许贯虹,公式的几种变形,12,若用同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，可用下列公式,南京医科大学药学院许贯虹,总之,13,缓冲溶液的pH取决于缓冲系中弱酸的pKa，温度对其有影响,同一缓冲系的缓冲溶液，pH随缓冲比的改变而改变,缓冲溶液在稍加稀释时，pH基本不变。只有当稀释到一定程度（溶液电离度和离子强度发生较大变化），溶液pH会发生变化,缓冲比等于1时，pHpKa,南京医科大学药学院许贯虹,例题,14,计算0.10molL

5、-1NH350mL和0.20molL-1NH4Cl30mL混合溶液的pH。K(NH3)=1.7910-5,pH9.17,南京医科大学药学院许贯虹,例题,15,“将NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶液中的OH-减少到原来的1/2”，对吗？,答：错！,南京医科大学药学院许贯虹,思考题,16,判断正误：0.1molL-1HAc与0.1molL-1NaAc等体积混合配制的缓冲溶液pH=4.75，是酸性溶液，所以只能抗碱不能抗酸。,南京医科大学药学院许贯虹,（三）缓冲容量和缓冲范围,17,缓冲容量是衡量缓冲溶液的缓冲能力的物理量。,定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变1（即pH=1）时，所需加入一元强

6、酸或一元强碱的物质的量。,（某一范围内的平均缓冲容量）,（缓冲溶液的瞬时缓冲容量）,南京医科大学药学院许贯虹,讨论,18,dn和V一定，|dpH|愈小，愈大，缓冲能力越强,|dpH|和V一定，dn愈大，愈大，缓冲能力越强,恒大于零，单位：molL-1pH-1,缓冲容量随缓冲溶液pH值的改变而改变缓冲容量随缓冲溶液缓冲比的改变而改变,南京医科大学药学院许贯虹,缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系,19,HBB-,c总HB+B-,极大2.303(c总/2)(c总/2)/c总0.576c总,南京医科大学药学院许贯虹,推导过程（了解）,20,南京医科大学药学院许贯虹,21,南京医科大学药学院许贯虹,影响缓冲容

7、量的因素,22,(1)0.05molL-1HCl(4)0.05molL-1KH2PO4+NaOH(2)0.1molL-1HAc+NaOH(5)0.05molL-1H3BO3+NaOH(3)0.2molL-1HAc+NaOH(6)0.02molL-1NaOH,4.75,南京医科大学药学院许贯虹,结论,23,3.缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量越大,2.总浓度一定时，缓冲比为1:1时，缓冲容量极大,1.强酸、强碱溶液，浓度越大，缓冲容量越大,4.不同的缓冲系，c总相同，极大相同,南京医科大学药学院许贯虹,例题,24,下列溶液最大的是：A.1L中含0.06molHAc与0.03molNaAcB.1L

8、中含0.05molHAc与0.04molNaAcC.1L中含0.02molHAc与0.07molNaAcD.1L中含0.01molHAc与0.08molNaAc,c总都为0.09molL-1，再看缓冲比，哪个接近1:1，所以选B,南京医科大学药学院许贯虹,思考题,25,判断正误：0.1molL-1HAc与0.1molL-1NaOH等体积混合后，该溶液缓冲容量最大。,南京医科大学药学院许贯虹,缓冲范围,26,同一缓冲系，总浓度一定时，缓冲比越远离1，缓冲容量越小。当缓冲比大于10:1或小于1:10时，可认为缓冲溶液已基本失去缓冲能力。,缓冲范围：,pHpKa1,南京医科大学药学院许贯虹,四、缓冲

9、溶液的配制,27,1.选择合适的缓冲系,pH在pKa1范围内pH接近pKa,2.生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜,0.050.2(or0.5)molL1,3.计算所需缓冲系各物质的量,4.校正,南京医科大学药学院许贯虹,例题,28,已知:H3PO4的各级酸常数是pKa1=2.12,pKa2=7.21,pKa3=12.67。问：欲配制pH=7.40的缓冲溶液，应选择什么作缓冲对？,而Ka2是H2PO4-的酸常数，H2PO4-作共轭酸，则共轭碱就是HPO42-,解:pKa2=7.21最接近7.40,应该选择H2PO4-HPO42-作缓冲系,南京医科大学药学院许贯虹,例题,29,已知:pKa(H

10、Ac)=4.75,pKb(NH3)=4.75,pKa(H2PO4-)=7.21若配制pH=9的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？A.HAc-NaAcB.NH3-NH4ClC.NaH2PO4-Na2HPO4,B最好,pKNH4+=14.004.75=9.25,南京医科大学药学院许贯虹,思考题,30,配制缓冲溶液既可以用共轭酸、碱对混合，一般常用在一种弱酸中加入NaOH或一种强碱中加入HCl的方法进行配制。在1L0.1molL-1的HAc中加入少量固体NaOH来配制某缓冲溶液，假设溶液体积不变，问溶液总浓度为多少？是不是NaOH加得越多，总浓度越大？,南京医科大学药学院许贯虹,31,例题：柠檬酸（

11、H3Cit）及盐是一种多质子酸缓冲体系，常用于培养基中。如在0.200molL-1柠檬酸500ml中，需加入0.400molL-1的NaOH溶液多少ml，才能配成pH5.00的缓冲溶液？（已知H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40）,选择缓冲系为：H2Cit-HCit2,溶液中n(H3Cit)=0.2000.500=0.100mol=n(H2Cit)+n(HCit2),南京医科大学药学院许贯虹,32,耗用n(NaOH)10.0365+20.06350.1635mol,n(NaOH)=c(NaOH)V(NaOH),V(NaOH)=0.1635/0.400=0.40

12、88L=408.8mL,南京医科大学药学院许贯虹,标准缓冲溶液,33,南京医科大学药学院许贯虹,酒石酸氢钾,34,pKa1=2.98，缓冲范围为1.983.98,pKa2=4.30，缓冲范围为3.305.30,体系中有足够浓度的抗酸、抗碱成分，且两个缓冲范围有重合，增强缓冲能力。,南京医科大学药学院许贯虹,35,南京医科大学药学院许贯虹,常用缓冲溶液,36,TrisTrisHCl缓冲体系(三羟甲基氨基甲烷)H2PO4HPO42缓冲体系,南京医科大学药学院许贯虹,五、人体正常pH的维持和失控,37,正常人血浆的pH值约为7.357.45,血浆中最重要的缓冲对是CO2(溶解)HCO3,正常人血浆pH：,南京医科大学药学院许贯虹,38,人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是HCO3-CO2(aq)细胞里起作用的缓冲系主要是H2PO4-HPO42-,正常血浆中HCO3-CO2(aq)缓冲系的缓冲比为20:1,HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成