第四章 缓冲溶液

1、第四章缓冲溶液第一节实验缓冲溶液及缓冲机制样品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：滴加强酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL -1观察现象：pH的变化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。0.10 molL-1 NaCl溶液0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液中加入HCl到0.010 molL-1 ，溶液的pH由4.75变为4.74，改变仅0.01pH单位。0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1

2、 NaAc溶液结论HAc NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量强酸、强碱而保持pH基本不变的能力。一、缓冲溶液的缓冲作用和组成实验说明：HAc NaAc混合溶液具有抵抗外来少量强酸、强碱而保持pH不变的能力。这种能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。二、缓冲机制以HAc -NaAc体系为例：HAc（大）H+（小） Ac-（大）（1）若在溶液中加入少量强酸，外来H+将质子传给Ac- ，平衡左移，溶液的pH保持基本不变。缓冲体系中的共轭碱发挥抵抗外来强酸的作用，故称之为缓冲溶液的抗酸成分。（2）当溶液中加入少量强碱时，H+被OH-消耗，HAc的解离反应向右移动，补

3、充消耗掉的H+离子。溶液的pH值基本不变。OH- + H+H2O 共轭酸发挥了抵抗外来的强碱的作用，故称为缓冲溶液的抗碱成分。HAcH+ Ac-（3）当溶液稀释时，（ H+ Ac-）浓度都降低，促使HAc 解离度增大， HAc 进一步解离所产生的H离子可使溶液的pH基本保持不变。a=Kac0总结：由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，它们通过弱酸解离平衡的移 动以达到消耗外来的少量强酸、强碱或对抗稍加稀释的作用，使溶液H+离子和OH-离子浓度未有明显的变化，因此具有缓冲作用。三、缓冲溶液的组成抗碱成分缓冲系抗酸成分组成缓冲溶液的两对物质称为缓冲对。共轭酸共轭碱HAcNH4Cl H2

4、PO4-NaAcNH3H2O HPO42-在实际应用中还可采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲体系：例如：HAc(过量) + NaOHHCl + NaAc(过量)NaAc-HAcHAc-NaAc常见的缓冲系质子转移平衡缓冲系Ac-+H3O+HAc+H2O H2CO3+ H2OH3PO4+H2OHAc-NaAcHCO -+HO+H CO -NaHCO33233H2PO4-+H3O+H3PO4-NaH2PO4TrisHCl -TrisTrisH+H2OTris+H3O+HC8H4O -+HO+H2C8H4O4+H2OH C H O - KHC H O432844844NH +H OO+NH

5、+HNH Cl - NH423343CH3NH +H OO+CH NH +Cl - CH NHCH NH +H323233332H2PO4-+H2O HPO42-+H2OHPO42-+H3O+NaH2PO4- Na2HPO43-+H O+PONa HPO - Na PO432434第二节 缓冲溶液的pH计算缓冲溶液pH值的计算（弱酸弱碱的同离子效应）c酸弱酸及其共轭碱： H+ =Kac共轭碱弱碱及其共轭酸：OH- =Kc碱bc共轭酸在0.10 mol/L的HAC溶液中加入固体NaAC并使其浓度为0.10 mol/L，求H+。HAc0.10.1-xH+0x+Ac-0.10.1+x起始浓度平衡浓度

6、(0.1+ x)x 0.1x = Ka0.1- x0.1H + = KcHACacAC -例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.01mol的HAc和0.03mol的NaAc，计算该缓冲溶液的pH。已知Ka(HAc)=1.7510-5。c酸0.01= 1.7510-5H+ =Kac0.03共轭碱例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.05mol的NH3和0.04mol的NH4Cl，计算该缓冲溶液的pH。已知Kb(NH3)=1.7510-5c碱OH- =Kbc共轭酸c酸H+ =Kac共轭碱通过两边同取负对数，得到缓冲溶液的pH计算公式如下：+ lg c共轭碱pH = pKacpka为弱酸解离常数的负对数

7、。酸c共轭碱/c酸的比值称为缓冲比，c酸c共轭碱的和称为缓冲溶液的总浓度。c碱OH- =Kbc共轭酸相应的，缓冲溶液的pOH值计算公式如下：+ lg c共轭酸pOH = pKbc碱第三节缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量根据缓冲溶液的缓冲机理，当缓冲溶液中加入 大量的酸，使Ac-消耗完全，溶液中基本只HAc， 或加入大量的碱，HAc与之完全反应，那么缓 冲溶液不再具有缓冲能力，因而任何缓冲溶液 的缓冲能力都是有一定限度的。缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。1.缓冲溶液的总浓度对缓冲容量的影响：缓冲溶液的总浓度越大，其缓冲容量越大。+ lg c共轭酸+ lg c共轭碱pOH = pKpH =

8、 pKbac碱c酸c酸c共轭碱的和称为缓冲溶液的总浓度。+ lg c共轭碱+ lg c共轭酸pOH = pKpH = pKbac碱c酸2.缓冲溶液的缓冲比对缓冲容量的影响同一缓冲系的缓冲溶液，缓冲比越接近1，缓冲容量越大，缓冲比越远离1，缓冲容量越小。缓冲比等于1（即pHpKa）时，缓冲容量最大。c共轭碱/c酸的比值称为缓冲比总结：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。+ lg c共轭碱二、缓冲范围pOH = pK+ lg cpH = pK共轭酸abcc酸碱缓冲比等于1（即pHpKa）时，缓冲容量最大。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作用的能力

9、。因此一般认为pH=pKa1为缓冲作用的有效区间，称为缓冲溶液的缓冲范围。第四节缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法配制一定pH值的缓冲溶液，应按下述原则和步骤进行。+ lg c共轭碱pH = pKac酸1.选择合适的缓冲系（1）使所需配制的缓冲溶液的pH在所选缓冲系范围（pKa1）之内，并尽量接近弱酸的pKa值，这样配制的缓冲溶液可有较大缓冲容量。（2）所选缓冲系物质稳定，无毒，不能与溶液 中的反应物或生成物发生作用。例：欲配制pH = 5.0的缓冲溶液应选择体系NaAc - HAc体系，pKa = 4.74例：欲配制pH = 9.0的缓冲溶液应选择NH3-NH4Cl体系, pKb = 4.

10、74,pKa = 9.262.配制的缓冲溶液的总浓度要适当，总浓度太低缓冲容量过小，总浓度太高，离子强度太大 或渗透压力过高而不适用也会造成试剂的浪费。 所以通常选用总浓度在0.050.2molL -1范围之内。3.计算所需缓冲系的量通常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。医学上广泛使用的缓冲溶液的配方列于表41和表45，以便参考。第五节血液中的缓冲系血液是由多种缓冲系组成的缓冲溶液在这些缓冲系中，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。体系中存在如下平衡：CO2（溶解）+H2OH2CO3H+HCO3-H2CO3NaHCO3；NaH2PO4-Na2HPO4H

11、HbNaHb(血浆蛋白及其钠盐)HANaA(有机酸及其钠盐)n 正常血液中CO2（溶解） HCO3-缓冲系的缓冲比为20：1，超出了体外缓冲溶液有效缓冲比（即10：1），但在血液中它们的缓冲能力是很强的。这是因为体外缓冲作用与体内缓冲作用不相同。在体外，当此缓冲系发生作用后，HCO3-或CO2（溶解）的浓度的改变得不到补充或调节。-而体内是一个“敞开系统”，当HCO3 CO2-（溶解）发生缓冲作用后， HCO3 或CO2（溶解）的浓度可由呼吸作用和肾的生理功-能获得补充或调节，使得血液中HCO3 和CO2（溶解）的浓度保持相对稳定。CO2（溶解）+H2OH2CO3H+HCO3-H+ HCO3-

12、CO2（溶解）+H2OH2CO3体内酸性物质增加时，HCO -与H+结合，平3衡向左移动；当碱性物质进入血液时，H2CO3浓度降低、HCO -浓度增高，H CO 分解减弱，从而降低323了血浆中CO2的浓度。CO2分压降低对呼吸中枢产生抑制，呼吸变浅变慢，减少排出CO2， 以维持H2CO3浓度。CO2（溶解）+H2OH2CO3H+HCO3-总之，肺部通过控制呼出CO2的量，精确调节HCO - / H CO 的比值，维持血323液pH的相对恒定。肺的调节作用较迅速， 正常情况下1030分钟内即可完成。肾在维持酸碱平衡的作用中是通过保留NaHCO3多少来调节 HCO- / H CO 323比值，使

13、之维持正常。肾的调节作用比较缓慢，通常需要数小时或数天才能够完成。由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用，使正常人血液的pH维持在7.357.45的狭小范围。 pH小于7.35，则发生酸中毒，大于7.45，则发生碱中毒。1、在10ml的0.0015mol/L的MnSO4溶液中，加入5ml的0.15mol/L氨水，能否生成Mn(OH)2沉淀？ 如在上述MnSO4溶液中先加入0.535g固体NH4Cl， 然后再加5ml的0.15mol/L氨水，是否还能生成Mn(OH)2沉淀？已知：Mn(OH)2的KSP=410-14，NH4Cl的分子量=53.5，氨水的Kb=1.810-51、在10ml的0.0015mol