基礎化學-第04章 緩沖溶液

1、第四章第四章 緩沖溶液緩沖溶液(Buffer Solution)第一節(jié)第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制緩沖溶液及緩沖機制 第二節(jié)第二節(jié) 緩沖溶液的緩沖溶液的pHpH值值第三節(jié)第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍緩沖容量和緩沖范圍第四節(jié)第四節(jié) 緩沖溶液的配制緩沖溶液的配制 第五節(jié)第五節(jié) 血液中的緩沖系血液中的緩沖系1. 掌握緩沖溶液的概念、組成和緩沖機理。掌握緩沖溶液的概念、組成和緩沖機理。2. 掌握影響緩沖溶液掌握影響緩沖溶液pH的因素、應用亨的因素、應用亨-哈哈 方程式計算緩沖溶液方程式計算緩沖溶液pH值。值。3. 掌握緩沖容量的概念、影響因素及有關(guān)計算掌握緩沖容量的概念、影響因素及有關(guān)計算4. 熟悉配制緩

2、沖溶液的原則和方法。了解常用熟悉配制緩沖溶液的原則和方法。了解常用 緩沖溶液配方和標準緩沖溶液。緩沖溶液配方和標準緩沖溶液。5. 熟悉血液中的主要緩沖系及在穩(wěn)定血液熟悉血液中的主要緩沖系及在穩(wěn)定血液pH 過程中的作用。過程中的作用。第一節(jié)第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制緩沖溶液及緩沖機制* 第二節(jié)第二節(jié) 緩沖溶液的緩沖溶液的pHpH值計算值計算*第三節(jié)第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍緩沖容量和緩沖范圍*第四節(jié)第四節(jié) 緩沖溶液的配制緩沖溶液的配制* 第五節(jié)第五節(jié) 血液中的緩沖系血液中的緩沖系*本章小結(jié)本章小結(jié)*參考文獻參考文獻*一、緩沖溶液及其組成一、緩沖溶液及其組成實驗：樣品實驗：樣品1，1L 0.10m

3、olL-1NaCl溶液溶液 樣品樣品2，1L 含含HAc和和NaAc均為均為0.10mol的溶液的溶液操作：分別加入操作：分別加入0.010mol強酸（強酸（HCl）觀察現(xiàn)象：觀察現(xiàn)象：pH值的變化值的變化結(jié)論：結(jié)論：HAc和和NaAc混合溶液有抵抗外來少量強酸、混合溶液有抵抗外來少量強酸、 強堿而保持強堿而保持pH值基本不變的能力。值基本不變的能力。HAc-NaAc systemHCl滴加HCl滴加NaCl solutionn緩沖溶液：能抵抗外加少量緩沖溶液：能抵抗外加少量 強酸、強堿或稍強酸、強堿或稍 加稀釋，而保持其加稀釋，而保持其pH值基本不變的溶液值基本不變的溶液n緩沖作用（緩沖作用

4、（buffer action）：緩沖溶液對強）：緩沖溶液對強 酸、強堿或稀釋的抵抗作用酸、強堿或稀釋的抵抗作用n緩沖溶液的組成：由足夠濃度的共軛酸堿緩沖溶液的組成：由足夠濃度的共軛酸堿 對組成。對組成。n緩沖系緩沖系(buffer system)或緩沖對或緩沖對(buffer pair)： 構(gòu)成緩沖溶液的共軛酸及其共扼堿。構(gòu)成緩沖溶液的共軛酸及其共扼堿。二、緩沖機制 HAc+H2O H3O+ + Ac-（NaAc） +OH- 平衡移動方向 +H+ 強堿 強酸結(jié)論：抗酸成分：共軛堿 抗堿成分：共軛酸一、緩沖溶液一、緩沖溶液pH值的近似計算公式值的近似計算公式 (HendersonHasselba

5、lch方程式方程式 ) 1. 方程方程 pHpKa+lg pKa+lg pKa ： 弱酸解離常數(shù)的負對數(shù)。弱酸解離常數(shù)的負對數(shù)。 HB和和B-： 為平衡濃度。為平衡濃度。 B-/HB： 緩沖溶液的緩沖比。緩沖溶液的緩沖比。 B-+HB： 緩沖溶液的總濃度。緩沖溶液的總濃度。HBB共軛酸共軛堿 pHpKa+lg pKa+lg pHpKa+lg pKa+lg pHpKa+lg pKa+lg HBB)(c)(c共軛酸共軛堿VnVn/)HB(/)B()HB()B(nn)HB()HB()B()B(VcVc)HB()B(VVn兩種溶液混合求兩種溶液混合求pH值（方法）值（方法）兩種溶液混合，濃度將改變兩種

6、溶液混合，濃度將改變判斷反應物的性質(zhì)（酸堿必反應）判斷反應物的性質(zhì)（酸堿必反應）找到反應最終產(chǎn)物（僅相差一個找到反應最終產(chǎn)物（僅相差一個H+就就不會反應了），如果相差一個不會反應了），如果相差一個H+，則為則為緩沖溶液，用亨緩沖溶液，用亨哈方程式求哈方程式求pH值值)NH()NH(43nnml15Lmol20. 0ml20Lmol10. 011計算下列混合溶液的計算下列混合溶液的pH值值 (1) 10ml 0.2molL-1 Na3PO4+ 10ml 0.2 molL-1 H3PO4 (2) 10ml 0.2molL-1 Na3PO4+ 10ml 0.4 molL-1 H3PO4 (3) 10

7、ml 0.2 molL-1 Na3PO4+ 10ml 0.6 molL-1 H3PO4n已知緩沖溶液已知緩沖溶液Ka，共軛酸堿的量，求加，共軛酸堿的量，求加入少量強酸、強堿，求入少量強酸、強堿，求pH?例例 1L0.1 molL-1 NaH2PO4中加入中加入1L 0.05 molL-1NaOH，pH=?往混合往混合 溶液中加入溶液中加入0.01mol HCl，pH?解：略解：略結(jié)論：加強酸后：結(jié)論：加強酸后： )H(HB)H(BlgppHnnnnKan 已知緩沖溶液的已知緩沖溶液的pH、共軛酸及其共、共軛酸及其共軛堿的濃度，求軛堿的濃度，求Ka例例 0. 5molL-1某一元弱酸某一元弱酸3

8、0ml與與0.5 molL-1 NaOH 10ml混合，將混合混合，將混合 溶液稀釋至溶液稀釋至 100ml，測得該溶液，測得該溶液 的的pH = 6.0 ，求此弱酸的，求此弱酸的Ka 解：略解：略n 欲配制一定欲配制一定pH的緩沖溶液，判斷用什的緩沖溶液，判斷用什 么緩沖對，求所需共軛酸堿的濃度比么緩沖對，求所需共軛酸堿的濃度比 或體積比或體積比 例例 用用 0.025molL-1 H3PO4 和和 0.025 molL-1 NaOH 配制配制 pH = 7.21的緩沖溶液的緩沖溶液100 ml， 試求所需試求所需 H3PO4 和和 NaOH的體積比的體積比 （pKa1 = 2.12, pK

9、a2 = 7.21, pKa3 = 12.67）解：略解：略二、緩沖溶液二、緩沖溶液pH值計算公式的校正值計算公式的校正HBBpHpKa + lgdpH d)b(aVndpH d)b(aVnn 無最高點的強酸或無最高點的強酸或 強堿體系也有緩沖強堿體系也有緩沖能力，但與典型的能力，但與典型的緩沖溶液有區(qū)別：緩沖溶液有區(qū)別：典型的緩沖溶液能典型的緩沖溶液能抗稀釋，有緩沖對，抗稀釋，有緩沖對，具有抗酸抗堿機理。具有抗酸抗堿機理。 C總一定總一定,b/a=1,極大極大=0.576C總總； b/a10:1或或b/a1:10,較小，緩沖能力顯著下降較小，緩沖能力顯著下降Ac-molL-1HAcmolL-

10、1緩沖比緩沖比c總總molL-1molL-1pH-10.0950.00519 10.10.010 90.090.019 10.10.020 70.050.051 10.10.057 60.010.091 90.10.020 7V0.0050.0951 190.10.010 9溶液溶液n原則：選原則：選pKa與與pH相接近的緩沖對相接近的緩沖對 控制總濃度在控制總濃度在0.05-0.2 molL-1n方法：直接：查表配制方法：直接：查表配制 間接：計算出體積再配（一般取間接：計算出體積再配（一般取 C同同 ，配，配V體積），有三種情況體積），有三種情況 弱酸弱酸+弱堿弱堿 弱堿弱堿+少量強酸少量

11、強酸 弱酸弱酸+少量強堿少量強堿n實例：例1 用1.00 molL-1NaOH和1.00 molL-1 丙酸（HPr）的方法如何配制1L總 濃度0.1 molL-1 pH=5.0的緩沖溶液 （HPr: pKa=4.87）解：略例2 配制500ml，pH=7.21的緩沖溶液， 問： (1) 0.1molL-1 NaH2PO4和0.1 molL-1 NaOH各需體積？ (2) 0.1 molL-1 NaH2PO4和0.2 molL-1 NaOH各需體積？ （pKa1 = 2.12, pKa2 = 7.21, pKa3 = 12.67）解：略標準緩沖溶液標準緩沖溶液n定義：測量定義：測量pH值時用來

12、校正值時用來校正pH計的溶液計的溶液n必備條件：配制簡單、性能穩(wěn)定、具有滿意必備條件：配制簡單、性能穩(wěn)定、具有滿意的緩沖容量和抗稀釋作用的緩沖容量和抗稀釋作用n常用標準緩沖溶液的配制特點與原因：常用標準緩沖溶液的配制特點與原因： 本身為兩性物質(zhì)：飽和酒石酸氫鉀本身為兩性物質(zhì)：飽和酒石酸氫鉀 化合物的組成相當于一對緩沖對：化合物的組成相當于一對緩沖對： 強酸、強堿體系強酸、強堿體系 ：n標準緩沖溶液表 標準緩沖溶液溶溶 液液濃度濃度/(molL-1-1)pH(25)溫度系數(shù)溫度系數(shù)/(pH- -1 1)酒石酸氫鉀酒石酸氫鉀(KHC4H4O6)飽和，飽和，253.557- -0.001鄰苯二甲酸氫

13、鉀鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4)0.054.008+0.001KH2PO4-Na2HPO40.025，0.0256.865- -0.003KH2PO4-Na2HPO40.008 695，0.03 0437.413- -0.003硼砂硼砂(Na2B4O710H2O)0.019.180- -0.008n人體中最重要的緩沖系人體中最重要的緩沖系: H2CO3HCO3- 血漿中：血漿中：H2CO3HCO3-、 H2PO4-HPO42-、 HnPHn-1P-(HnP代表蛋白質(zhì)代表蛋白質(zhì))紅細胞中：紅細胞中：H2bHb-(血紅蛋白血紅蛋白)、 H2bO2HbO2-(氧合血紅蛋白氧合血紅蛋白)、 H2C

14、O3HCO3-、 H2PO4-HPO42-n 人體中緩沖溶液PH值的計算用PKa血漿中：H2CO3HCO3-（ pKa =6.10 ） 溶解COHCOlgppH23,aK溶解COHCOlg10. 6pH23n 血液的PH值之所以恒定在7.35-7.45之 間，是由于血液中各種緩沖系的緩沖 作用和腎肺的調(diào)節(jié)作用的結(jié)果。 H2CO3 HCO3- 肺 CO2+H2O 腎 +OH-+H+n HendersonHasselbalch方程式HBB)(c)(c共軛酸共軛堿VnVn/)HB(/)B()HB()B(nn)HB()HB()B()B(VcVc)HB()B(VVn 緩沖溶液是由足夠濃度的共軛酸堿對 組成，其中共軛酸為抗堿成分，共軛 堿為抗酸成分。n 緩沖容量取決于緩沖溶液的總濃度和 緩沖比： 當緩沖對的總濃度一定時，緩沖比愈接 近1，緩沖容量愈大。 當緩沖比相同時，緩沖對的總濃度愈 大，緩沖容量也愈大。n 緩沖溶液的緩沖范圍為緩沖溶液的緩沖范圍為pHpKa土土1n 在血液中存在的主要緩沖對有在血液中存在的主要緩沖對有H2CO3HCO3- 、 H2PO4-HPO42- 等，其中以等，其中以碳酸緩沖系在血液中濃度最高，緩沖能碳酸緩沖系在血液中濃度最高，緩沖能力最大，在維持血液正常力最大，在維