無機(jī)化學(xué)酸堿平衡緩沖溶液

關(guān)于無機(jī)化學(xué)酸堿平衡緩沖溶液第2頁食物本身是酸性或堿性,不代表攝入體內(nèi)的PH值是一定的。林秀紅說,多數(shù)堿性食物攝入體內(nèi)表現(xiàn)為堿性,但也有的堿性或降低,甚至變?yōu)樗嵝?。以牛奶為?鈣離子燃燒之后的灰分,遇水生成氫氧化物,是強(qiáng)堿。可是在人體中,90%以上的鈣都是以固體的形式存在,堿性雖強(qiáng),卻體現(xiàn)不出來。

同理,肉類屬于呈酸性食物,其主要營(yíng)養(yǎng)成分是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)中的氮元素在我們體內(nèi)則大部分以氨基酸的形式存在,并且是很多生物堿的中心原子,那么在體內(nèi)它可以起到提高pH值的作用。肉本身是酸性的,但多數(shù)進(jìn)入體內(nèi)的酸性很小,甚至變?yōu)閴A性。第2頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第3頁實(shí)驗(yàn)

樣品1：0.10mol·L-1NaCl溶液樣品2：含HAc

和NaAc

均為0.10mol·L-1的混合溶液操作：滴加強(qiáng)酸

HCl

至c(HCl)=0.010mol·L-1

觀察現(xiàn)象：pH的變化一、緩沖溶液的組成和作用原理第3頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第4頁0.10mol/LNaCl溶液NaCl溶液中加入0.010mol/HCl，溶液的pH由7變?yōu)?，ΔpH=50.10mol/LHAc-0.10mol/LNaAc溶液0.10mol/LHAc-0.10mol/LNaAc溶液溶液中加入0.010mol/LHCl，溶液的pH由4.75變?yōu)?.74，ΔpH=0.01第4頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第5頁結(jié)論

HAc-NaAc

混合溶液具有抵抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而保持pH基本不變的能力。第5頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第6頁1.定義能夠抵抗外加少量酸堿或水的稀釋，而保持pH基本不變的溶液稱為緩沖溶液。2.組成抗堿組份——抗酸組分弱酸及對(duì)應(yīng)的鹽

HAc──NaAc弱堿及對(duì)應(yīng)的鹽

NH4Cl──NH3·H2O酸式鹽及其次級(jí)鹽溶液

NaH2PO4──Na2HPO4緩沖溶液具有緩沖作用，是因?yàn)榫彌_溶液中含有共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)，即抗堿組分和抗酸組分，通常把這兩種組分稱為緩沖對(duì)或緩沖系。第6頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第7頁(1)弱酸及其對(duì)應(yīng)的鹽—以HAc-NaAc緩沖體系為例存在共軛酸堿對(duì)HAc-Ac-

Ac-是共軛堿，結(jié)合質(zhì)子HAc是共軛酸，釋放質(zhì)子解離平衡：HAcH++Ac-NaAcNa++Ac-NaAc是強(qiáng)電解質(zhì)完全解離，HAc為弱酸，有同離子效應(yīng)，降低了HAc的解離度，使HAc僅發(fā)生微弱解離。在混合溶液中cHAc（來自弱酸）和cAc-（主要來自NaAc）都較大，存在HAc的解離平衡。3.作用原理第7頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第8頁加入少量OH-

，它與H+結(jié)合生成水，平衡向右移動(dòng)。HAc+H2OH3O++Ac-

+OH-H2O

加入少量H+

，它與Ac-結(jié)合生成

HAc，平衡向左移動(dòng);第8頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第9頁抗酸成分抗堿成分CO2+H2OB-共軛酸共軛堿H2CO3H+

+

HCO3-H+第9頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第10頁抗酸離子反應(yīng)方程式：Ac-+H+HAc在HAc-NaAc緩沖體系中加入少量酸（如鹽酸）時(shí)，溶液中大量的Ac-與H+結(jié)合生成HAc，同時(shí)其解離平衡左移。當(dāng)建立新平衡時(shí)，cHAc略有增加，cAc-略有減少，而溶液中cH+幾乎不變。所以NaAc是緩沖溶液的抗酸成分?？箟A離子反應(yīng)方程式：OH-+HAcAc-+H2O在該緩沖體系中加入少量強(qiáng)堿，增加的OH-與溶液中的H+結(jié)合生成H2O，H+濃度的減少使得HAc的解離平衡右移，以補(bǔ)充H+的減少。建立新平衡時(shí)，cHAc略有減少，cAc-略有增加，而溶液pH幾乎不變。所以HAc是緩沖溶液的抗堿成分。第10頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第11頁當(dāng)加水稀釋時(shí)，溶液中的cH+減少，而解離度增加，補(bǔ)充了cH+的減少，因而pH維持相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)加入大量的酸、堿，溶液中的HAc或Ac-消耗殆盡，就不再具有緩沖能力。所以緩沖溶液的緩沖能力是有限的。如果外界條件的改變超過了該溶液的緩沖能力，則溶液的pH不再維持穩(wěn)定。(2)弱堿及其對(duì)應(yīng)的鹽—自學(xué)(3)多元酸的酸式鹽及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)鹽—自學(xué)第11頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第12頁二、緩沖溶液pH值的計(jì)算對(duì)于弱酸及其鹽體系：HA+H2OA-+H3O+上式稱為亨德森-哈塞巴赫方程，又稱緩沖公式。式中，HA是弱電解質(zhì)，加之共軛堿(A-)的同離子效應(yīng)，致使HA的解離度更小，故平衡時(shí)：緩沖比c(HAc)≈cac(Ac-)≈cb第12頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第13頁上式又可近似為：

緩沖溶液的pH取決于緩沖對(duì)中弱酸的解離常數(shù)Ka和和緩沖液中的緩沖比；對(duì)于同一緩沖溶液，Ka相同，其pH只取決于緩沖比。當(dāng)緩沖比等于1（即cb=ca）時(shí)，緩沖溶液的pH=pKa。第13頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第14頁【例】等體積的0.2mol/LHAc與0.2mol/LNaAc混合，計(jì)算其pH值。（已知HAc的pKa=4.75）pH=4.75+lg（0.1/0.1）=4.75解：由公式答：0.2mol/LHAc與0.2mol/LNaAc混合液的pH值為4.75第14頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第15頁解：(1)原緩沖溶液的pH為：【例】在100mL濃度各為0.10mol/L的HAc和NaAc緩沖溶液中，加入0.1mL1mol/L的HCl溶液，計(jì)算pH如何改變？（已知HAc的pKa=4.75。）(2)加入HCl溶液后，HCl濃度變?yōu)榈?5頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第16頁溶液的pH比原來降低了約0.01單位，幾乎未改變。而若向純水中加入，則改變約4個(gè)單位。則：[HAc]=0.1+0.001=0.101mol/L[Ac-]=0.1–0.001=0.099mol/L此時(shí)發(fā)生反應(yīng)：HCl+NaAc=HAc+NaCl代入公式，得：第16頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第17頁三、緩沖溶液的配制

選擇適當(dāng)?shù)木彌_對(duì)原則：

緩沖溶液的pH應(yīng)該落在pKa-1<pH<pKa+1之間，并盡量接近共軛酸的pKa，這樣所配緩沖溶液具有較大的緩沖容量。欲配制的緩沖溶液的pH值應(yīng)選擇的緩沖組分第17頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第18頁

所選擇的緩沖對(duì)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。

緩沖溶液的總濃度控制在0.1~0.5mol/L之間較適宜

為了使緩沖溶液具有較大的緩沖容量，應(yīng)盡量使緩沖比接近于1。并計(jì)算出所需共軛酸、堿的量。

用精密pH試紙或pH計(jì)對(duì)緩沖溶液的pH進(jìn)行校正。第18頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第19頁緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的意義

在人體內(nèi)緩沖溶液非常重要。人體內(nèi)的pH只所以能保持在7.35~7.45之間，是因?yàn)槿梭w內(nèi)存在多種緩沖對(duì)。人體血液中存在的主要緩沖對(duì)有：血漿中：H2CO3-HCO3-；H2PO4--HPO42-；血漿蛋白酸-血漿蛋白鹽研究證明：在這些主要緩沖對(duì)中，H2CO3-HCO3-共軛酸堿對(duì)在血液中濃度最高，緩沖能力最大，對(duì)維持血液正常的pH起著決定性的作用。第19頁,共22頁，2024年2月25日，星期天第20頁【例】在研究酸雨造成某低土壤酸化問題時(shí)，需要pH=10.00的碳酸鹽緩沖溶液，在500mL0.20mol/L的NaHCO3中，需要加入多少克碳酸鈉來配制？已知：H2CO3的Ka1=4.30×10-7；Ka2=5.62×10-11；解：該緩沖溶液中：n(HCO3-)=0.2×0.5=0.10mol答：所需要碳酸鈉的質(zhì)量為：0.