基礎(chǔ)化學(xué)第四章 緩沖溶液

第四章

緩沖溶液

第一節(jié)緩沖溶液的組成及緩沖機制第二節(jié)緩沖溶液的計算第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍第四節(jié)緩沖溶液配制第五節(jié)緩沖體系在醫(yī)學(xué)上的意義

1LHAc（0.1mol)–NaAc(0.1mol)system

（甲基橙）1LH2Osolution（甲基橙）1LHAc（0.1mol)–NaAc(0.1mol)system

（酚酞）1LH2Osolution（酚酞）第一節(jié)緩沖溶液的組成及緩沖機制加0.001mol的HCl溶液加0.001mol的NaOH溶液11L純水pH從7.0變?yōu)?.0，改變4個單位pH從7.0變?yōu)?1，改變4個單位21L溶液中含有0.10molHAc和0.10molNaAcpH從4.76變?yōu)?.75，改變0.01個單位pH從4.76變?yōu)?.77，改變0.01個單位31L溶液中含有0.10molNH3和0.10molNH4ClpH從9.26變?yōu)?.25，改變0.01個單位pH從9.26變?yōu)?.27，改變0.01個單位象2、3這種能抵御外加少量的強酸或強堿，保持溶液pH相對穩(wěn)定。這種溶液稱為緩沖溶液(Buffersolution)

。緩沖溶液具有的抵抗外加少量強酸或強堿的作用稱為緩沖作用。(Bufferaction)

一緩沖溶液的組成緩沖溶液一般是由兩種物質(zhì)組成的：弱酸及其鹽：HAc-NaAc弱堿及其鹽：NH3－NH4Cl兩性物質(zhì)鹽：NaH2PO4—Na2HPO4習(xí)慣上把組成緩沖溶液的共軛酸堿對稱為緩沖對(Bufferpair)或緩沖系（Buffersystem)。本質(zhì)上是一對共軛酸堿對緩沖溶液是由足夠濃度、適當(dāng)比例的緩沖對組成的混合溶液。

如果兩物質(zhì)能反應(yīng)，要看反應(yīng)結(jié)果，不能光看表面。如：

HAc(過量）+NaOH

NH3(過量）+HCL

H3PO4+NaOH等

都能形成緩沖溶液，判斷時要注意。緩沖溶液組成的補充說明：二、緩沖溶液的緩沖機制

現(xiàn)以HAc-NaAc緩沖溶液為例加以說明HAc在緩沖溶液中的解離平衡及NaAc的解離過程可用下式表示：

HAcH++Ac－

NaAcNa++Ac－原理分析：以HAc—NaAc緩沖對為例:HAcH++Ac-+H+HAcAc-+H++OH-H2O結(jié)論：緩沖溶液的緩沖作用是通過平衡移動實現(xiàn)的?？顾嶙饔?Ac-抗堿作用-HAc加酸加堿抗酸成分、抗堿成分

緩沖對中的共軛堿發(fā)揮抵抗外來強酸的作用，故稱之為緩沖溶液的抗酸成分。如：溶液中Ac-的成為抗酸成分緩沖對中的共軛酸發(fā)揮抵抗外來強堿的作用，故稱之為緩沖溶液的抗堿成分。如：溶液中HAc的成為抗堿成分第二節(jié)緩沖溶液pH的計算

在緩沖溶液中，存在下列質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡：

[HAc]≈c(HAc),[Ac-]≈c(Ac-)上式簡化為：

兩邊取負對數(shù)：緩沖溶液的計算公式：弱酸解離常數(shù)的負對數(shù)緩沖溶液的緩沖比緩沖溶液的總濃度說明：公式的其它形式12例

時，1.0LHAc-NaAc

緩沖溶液中含有0.10molHAc

和

0.20molNaAc。

（1）計算此緩沖溶液的pH；

（2）向100mL該緩沖溶液中加入10mL0.10mol·L-1HCl

溶液后，計算緩沖溶液的

pH；

（3）向100mL該緩沖溶液中加入10mL0.10mol·L-1NaOH

溶液后，計算緩沖溶液的

pH；

（4）向100mL該緩沖溶液中加入

1L水稀釋后，計算緩沖溶液的

pH。解：時，Ka(HAc)＝1.8×10-5。（1）HAc

和

Ac-

的濃度都較大，緩沖溶液的

pH為：（2）加入

10mL0.10mol·L-1HCl

溶液后，HAc和

Ac-的濃度分別為：

HAc和Ac-的濃度都較大，緩沖溶液的pH為：

加入10mL0.10mol·L-1HCl溶液后，溶液的pH由5.05降為4.98，僅減小了0.07，表明緩沖溶液具有抵抗少量強酸的能力。

（3）加入10mL0.10mol·L-1NaOH溶液后，HAc和Ac-的濃度分別為：

HAc和

Ac-的濃度都比較大，緩沖溶液的pH為：

加入10mL0.10mol·L-1NaOH溶液后，溶液的pH由5.05升高到5.11，僅增大了0.06，表明緩沖溶液具有抵抗少量強堿的能力。（4）加入1L水稀釋后，HAc和Ac-的濃度分別為：HAc和

Ac-的濃度都較大，緩沖溶液的pH為：加入1L水稀釋后，溶液的pH未發(fā)生變化，表明緩沖溶液具有抗稀釋的作用。一、緩沖容量的概念1.定義：單位體積緩沖溶液的pH值改變1個單位時，所需加入一元強酸或一元強堿的物質(zhì)的量。符號：β第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍2、公式：

V：是緩沖溶液的體積，單位為L。

Δna(b)：緩沖溶液中加入微小量的一元強酸(dna)或一元強堿(dnb)，單位是mol或mmol。

ΔpH：為緩沖溶液pH值的改變量。討論：β不可能是負值在同樣的Δna(b)和V的條件下，pH改值|ΔpH|愈小，則β值愈大，緩沖溶液的緩沖能力愈強。

利用上式可以推導(dǎo)出緩沖容量的計算公式：（1）影響β的因素：c總和緩沖比。（2）由于緩沖比影響緩沖溶液的pH值，所以緩沖容量隨緩沖溶液pH值的變化而變化。二、影響緩沖容量的因素1.緩沖容量與總濃度的關(guān)系同一共軛酸堿對組成的緩沖溶液，當(dāng)緩沖比相同時，總濃度越大,緩沖容量就越大。2.緩沖容量和緩沖比的關(guān)系同一共軛酸堿對組成的緩沖溶液，當(dāng)總濃度相同時，緩沖比越接近1，其緩沖容量就越大。

3、影響緩沖容量的因素：（1）總濃度（CA－＋CHA）

同一緩沖對組成的緩沖溶液，當(dāng)緩沖比相同時，總濃度越大，其就越大。（2）緩沖比(CA-/CHA)同一緩沖對組成的總濃度相同的緩沖溶液，緩沖比接近1，越大，反之。而當(dāng)緩沖比等于1時，最大。[Ac-]mol·L-1[HAc]mol·L-1緩沖比c總mol·L-1βmol·L-1·pH-1Ⅰ0.0950.00519∶10.10.0109Ⅱ0.090.019∶10.10.0207Ⅲ0.050.051∶10.10.0576Ⅳ0.010.091∶90.10.0207V0.0050.0951∶190.10.0109緩沖容量與緩沖比的關(guān)系★

C總一定,緩沖比=1,β極大；★緩沖比>10:1或緩沖比<1:10,β較小，緩沖能力顯著下降

三緩沖范圍

只有當(dāng)緩沖比在0.1~10范圍內(nèi)，緩沖溶液才能發(fā)揮緩沖作用。通常把緩沖溶液能發(fā)揮緩沖作用（緩沖比為0.1~10）的pH范圍稱為緩沖范圍。HA-A-緩沖溶液的緩沖范圍為：

第四節(jié)緩沖溶液的選擇與配制（1）選擇合適的緩沖對。所配制的緩沖溶液的pH盡量接近弱酸的。（2）所選擇的緩沖對不能與反應(yīng)物或生成物發(fā)生作用，藥用緩沖溶液還必須考慮是否有毒性等。（3）緩沖溶液的總濃度要適當(dāng)，0.05~0.2mol·L-1

之間。

（4）選定緩沖對后，計算出所需共軛酸、堿的量。（5）配制緩沖溶液。用pH計或精密pH試紙對所配制緩沖溶液的pH進行校正。例：

欲配制pH=3.50的緩沖溶液，有以下緩沖對：應(yīng)選用哪一緩沖對？

①HCOOH-HCOONa②HAc-NaAc③NaH2PO4-Na2HPO4④NH3-NH4Cl

已知pKa(HCOOH)=3.75，pKa(HAc)=4.75，pKa2(H3PO4)=7.21，pKb(NH3)=4.75)①例用濃度均為0.10mol·L-1的弱酸和其共軛堿溶液配制100mLpH為5.00的緩沖溶液。

解：所選擇的緩沖對中弱酸的

應(yīng)在4～6之間，HAc的，因此可選擇HAc-NaAc緩沖對。若需0.10mol·L-1HAc溶液的體積為V(HAc),則需0.10mol·L-1NaAc溶液的體積為100mL-V(HAc)。代入數(shù)據(jù)得：所需NaAc溶液的體積為：

將35.5mL0.10mol·L-1HAc溶液與64.5mL0.10mol·L-1NaAc溶液混合，即可配制成100mLpH為5.00的緩沖溶液。

緩沖溶液的配制及其緩沖容量

5.803.6－5.904.60.0106.005.60.0116.106.80.0126.208.10.0156.309.70.0176.4011.60.0216.5013.90.0246.6016.40.0276.7019.30.0306.8022.40.0336.9025.90.0337.0029.10.0317.1032.10.0287.2035.70.0257.3037.00.0227.4039.10.0207.5041.10.0187.6042.80.0157.7044.20.0127.8045.30.0107.9046.10.0078.0046.7－pHV(NaOH)/mL