5 缓冲溶液.ppt

1、1,第五章 缓冲溶液,Buffer Solution,2,缓冲溶液的组成及作用机制 缓冲溶液pH值的计算 缓冲容量 缓冲溶液的配制,内 容,3,加水稀释对不同体系pH值的影响,HCl,NaAc-HAc,实验现象,4,1、缓冲溶液的组成,缓冲溶液一般由如下物质组成： 弱酸及其共轭碱，如HAc Ac- 弱碱及其共轭酸，如NH3 NH4+ 两性物质及其对应的共轭酸（碱），如 H2PO4- HPO42-,能够抵抗外加少量酸、碱和水的稀释，而本身的pH值不 发生显著变化，这种作用称为缓冲作用(buffer action)。 具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液(buffer solution)。,5,2、缓冲

2、溶液的作用机制,H+,OH-,NaB = B- + Na+,当外加少量强酸强碱后，共轭酸碱对通过自身的质 子转移平衡来调节体系中H+的浓度，使其不发生显著 变化，从而使溶液的pH值保持基本不变。,6,共轭酸,共轭碱,HAc NH4Cl H2PO4-,NaAc NH3H2O HPO42-,抗酸成分,缓冲对(缓冲系),抗碱成分,7,二、缓冲溶液pH值的计算,HB H+ + B NaB Na+ + B,由于同离子效应，弱酸的离解度更小，平衡时可近似处理，HBc(HB)，B-c(B-)，则,8,二、缓冲溶液pH值的计算,Henderson-Hasselbalch方程式,或,9,例：0.080molL-

3、1HAc和0.20molL-1NaAc等体积混合成1L缓冲溶液。求此溶液的pH值？ 分别计算加入0.010molHCl、0.010molNaOH、100ml水后，此缓冲溶液pH的改变值。,解：等体积混合后，两者浓度均减半，即, 加入0.010 mol HCl后，HAc和Ac-的浓度分别为,pH=0.14,10, 加入0.010 mol NaOH后，HAc和Ac-的浓度分别为,pH=0.16, 加100ml水后，HAc和Ac-同等程度的被稀释，故,pH= 0,11,1. 缓冲溶液pH值主要取决于Ka及c(B-) / c(HB)。,2. 缓冲系一定时，溶液的pH值仅决定于缓冲比。,缓冲溶液pH值的

4、影响因素,3. 当缓冲比为1时，B=HB，pH=pKa。,4. 加少量水稀释，缓冲比不变，溶液pH值不变。,注意：缓冲溶液的缓冲作用是有一定限度的。当加入大量强酸或强碱，溶液中的HAc或Ac-消耗殆尽时，缓冲溶液即丧失缓冲作用。,12,缓冲溶液pH值计算的校正,在精确的计算中，应考虑离子强度的影响。,则,13,14,例： 25时，H2CO3的pKa=6.38，现将0.30molL-1 H2CO3溶液、0.10molL-1 NaOH各10mL混合（不考虑体积效应），试计算其pH值。,解： 混合后溶液中存在的缓冲对为H2CO3 -HCO3-,（1）不考虑活度因子的影响,15,(2) 考虑活度因子的

5、影响 由于NaHCO3是强电解质，故溶液的离子强度为,查表，当z=0，I=0.050时，pKa=-0.080,16,1、概念 定量表示缓冲溶液缓冲能力的大小，符号为。缓冲容量在数值上等于使单位体积（1L或1mL）缓冲溶液的pH值改变1个单位时，所需加入的一元强酸或一元强碱的物质的量(mol或mmol),三、缓冲容量（buffer capacity）,显然，值越大，溶液的缓冲能力越强。,17,（1）总浓度对缓冲容量的影响,当缓冲比一定时，缓冲溶液的总浓度（c总）越大，缓冲容量越大，缓冲能力越强。 一般总浓度c总在0.050.2 molL-1范围内为宜。,2、影响缓冲容量的因素,（2）缓冲比对缓冲

6、容量的影响 缓冲比 B/HB =1时，缓冲容量最大； 缓冲比越偏离1时，缓冲容量越小。,18,缓冲比对缓冲容量的影响,19,例：0.080 molL-1HAc和0.020 molL-1NaAc等体积混合成1L溶液 求此溶液的pH值？ 分别计算加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，该缓冲溶液的缓冲容量。,解：, 在1L溶液中加入0.010mol HCl，则： a=0.010（molL-1） pH=5.14-5.00=0.14, 在1L缓冲溶液加0.010mol NaOH，则 b=0.010（molL-1） pH=5.305.14=0.16,20,缓冲范围：pH=pKa1

7、,失去缓冲作用,具有一定的缓冲作用,不同缓冲系pKa不同，因而具有不同的缓冲范围。,缓冲范围,21,22, 根据pH值计算公式，求出缓冲比及其共轭酸、碱的量。, 选用等浓度的共轭酸碱对配制缓冲溶液。, 选择适当的缓冲系。所选缓冲系弱酸的pKa尽量接近所配溶液的pH，以使接近极大值。,三、缓冲溶液的配制, 选择适当的总浓度：0.050.2 mol L-1。, 注意离子强度的影响。,23,应 用 例：欲配制pH=9.50的缓冲溶液，应选用下列那一种缓冲系，怎样配制？ HCOOH Ka=1.810-4 pKa=3.74 HAc Ka=1.7610-5 pKa=4.75 NH3H2O Kb=1.761

8、0-5 pKb=4.75 pKa=9.25 NaHCO3 Ka2=5.310-11 pKa=10.25 NaH2PO4 Ka2=6.310-8 pKa=7.21,24,解：可选用NH3H2O - NH4Cl体系，则,假设需配制该缓冲溶液100ml，即V总100ml，则,解之得,25,缓冲溶液在医学上的意义,人体内各种体液的pH值具有十分重要的意义。它们均控制在一狭小范围内。因为只有在这范围内，机体的各种功能活动才能正常进行。离开正常范围的少许变化尚能允许，但如变化太大，就可能引起体内许多功能失调。,26,血液的缓冲作用,在体内差不多每项代谢的结果都有酸产生，如有机食物被完全氧化而产生碳酸，嘌呤

9、被氧化而产生尿酸，碳水化合物的厌氧分解而产生乳酸以及因氧化作用不完全而导致乙酰乙酸和-羟基丁酸的生成等。体内代谢也生成磷酸和硫酸。代谢过程也可以产生NaHCO3。这些代谢产生的酸或碱进入血液并没有引起pH值发生明显的变化，这说明血液具有足够的缓冲作用。,27,血液的缓冲作用,各种因素都能引起血液中酸度暂时的增加，如肺气肿引起的肺部换气不足，充血性心力衰竭和支气管炎、糖尿病和食用低碳水化合物和高脂肪食物引起代谢酸的增加、摄食过多的酸等都会引起血液中H+的增加，身体首先通过加快呼吸来排出多余的CO2，其次是加速H+的排泄和延长肾里HCO3-的停留时间，后者导致酸性尿。若在严重腹泻时丧失HCO3-过多，或因肾功能衰竭引起H+排泄减少，缓冲系统和机体的补偿功能都不能有效地阻止血液的pH值降低，则引起酸中毒。,28,血液的缓冲作用,在发高烧和气喘换气过速或摄入过多的碱性物质和严重的呕吐等，都会引起血液碱性增加。身体的补偿机制则通过降低肺部CO2的排出量和通过肾增加HCO3-的排泄来配合缓冲系统，使pH值恢复正常，这时因尿中的HCO3-浓度增高便产生碱性尿。若通过缓冲系统和补偿机制还不能阻止血液中pH值的升