無機化學酸堿平衡 緩沖溶液課件

1、無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,1,第四節(jié)緩沖溶液,營養(yǎng)學專家指出，堿性食物對大魚大肉的現(xiàn)代人來說多有裨益，但這跟食物的酸堿度沒有多大關系，其好處在于被歸類為“堿性”的食物普遍含有現(xiàn)代人所缺乏的營養(yǎng)物質(zhì)，食物的酸堿度本身對人體酸堿度及健康影響甚微,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,2,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,是強堿?？墒窃谌梭w中,90%以上的鈣都是以固體的形式存在,堿性雖強,卻體現(xiàn)不出來。同理,肉類屬于呈酸性食物,其主要營養(yǎng)成分是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)中的

2、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)進入體內(nèi)的酸性很小,甚至變?yōu)閴A性,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,3,實驗 樣品1：0.10 molL-1 NaCl溶液 樣品2：含 HAc 和 NaAc 均為0.10 molL-1的混合溶液 操作：滴加強酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL-1 觀察現(xiàn)象：pH的變化,一、緩沖溶液的組成和作用原理,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,4,0.10mol/L NaCl溶液,NaCl溶液中加入0.010 mol/ HCl，溶液的pH由7變?yōu)?，pH=5,0.10mol

3、/LHAc-0.10 mol/L NaAc溶液,0.10mol/L HAc-0.10mol/L NaAc溶液溶液中加入0.010 mol/L HCl，溶液的pH由4.75變?yōu)?.74，pH=0.01,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,5,結論 HAc-NaAc 混合溶液具有抵抗外來少量強酸、強堿而保持pH基本不變的能力,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,6,1. 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,弱酸及對應的鹽 HAc NaAc 弱堿及對應的鹽 NH4Cl NH3H2O 酸式鹽及其次級鹽溶液 NaH2PO4 Na2HPO4,緩沖

4、溶液具有緩沖作用，是因為緩沖溶液中含有共軛酸堿對的兩種物質(zhì)，即抗堿組分和抗酸組分，通常把這兩種組分稱為緩沖對或緩沖系,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,7,1) 弱酸及其對應的鹽以HAc-NaAc緩沖體系為例,存在共軛酸堿對HAc-Ac,Ac-是共軛堿，結合質(zhì)子,HAc是共軛酸，釋放質(zhì)子,NaAc是強電解質(zhì)完全解離，HAc為弱酸，有同離子效應，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,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,8,加入少量OH- ，它與H+結合生成水，平衡向右移動,加入少量H+ ，它與Ac

5、-結合生成 HAc，平衡向左移動,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,9,CO2 + H2O,B,H,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,10,在HAc-NaAc緩沖體系中加入少量酸（如鹽酸）時，溶液中大量的Ac-與H+結合生成HAc，同時其解離平衡左移。當建立新平衡時，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,在該緩沖體系中加入少量強堿，增加的OH-與溶液中的H+結合生成H2O，H+濃度的減少使得HAc的解離平衡右移，以補充H+的減少。建立新平衡時，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,無機化學酸堿平衡

6、 緩沖溶液,11,當加水稀釋時，溶液中的cH+減少，而解離度增加，補充了cH+的減少，因而pH維持相對穩(wěn)定,當加入大量的酸、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) 弱堿及其對應的鹽自學 (3) 多元酸的酸式鹽及其對應的次級鹽自學,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,12,二、緩沖溶液pH值的計算,對于弱酸及其鹽體系,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，致使HA的解離度更小，故平衡時,緩沖比,c(HAc) ca c(Ac-

7、) cb,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,13,上式又可近似為,緩沖溶液的pH取決于緩沖對中弱酸的解離常數(shù)Ka和和緩沖液中的緩沖比； 對于同一緩沖溶液， Ka相同，其pH只取決于緩沖比。當緩沖比等于1（即cb=ca）時，緩沖溶液的pH=pKa,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,14,例】等體積的0.2mol/L HAc與0.2mol/L NaAc混合，計算其 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/L HAc與0.2mol/L NaAc混合液的pH值為4.75,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,15,解：(1) 原緩沖溶

8、液的pH為,例】在100mL濃度各為0.10 mol/L的HAc和NaAc緩沖溶液中，加入0.1mL 1mol/L的HCl溶液，計算pH如何改變？（已知HAc的pKa=4.75。,2) 加入HCl溶液后， HCl濃度變?yōu)?無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,16,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個單位,則：HAc = 0.1 + 0.001= 0.101 mol/L Ac- = 0.1 0.001= 0.099 mol/L,此時發(fā)生反應：HCl + NaAc = HAc + NaCl,代入公式，得,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,17,三、緩沖溶液的配制,選擇

9、適當?shù)木彌_對 原則： 緩沖溶液的pH應該落在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,應選擇的緩沖組分,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,18,所選擇的緩沖對不能與反應物或生成物發(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0.10.5mol/L之間較適宜,為了使緩沖溶液具有較大的緩沖容量，應盡量使 緩沖比接近于1。并計算出所需共軛酸、堿的量,用精密pH試紙或pH計對緩沖溶液的pH進行校正,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,19,緩沖溶液在醫(yī)學上的意義 在人體內(nèi)緩沖溶液非常重要。人體內(nèi)的pH只所以能保

10、持在7.357.45之間，是因為人體內(nèi)存在多種緩沖對。人體血液中存在的主要緩沖對有：血漿中： H2CO3-HCO3-； H2PO4-HPO4 2-；血漿蛋白酸-血漿蛋白鹽 研究證明：在這些主要緩沖對中，H2CO3-HCO3-共軛酸堿對在血液中濃度最高，緩沖能力最大，對維持血液正常的pH起著決定性的作用,無機化學酸堿平衡 緩沖溶液,20,例】在研究酸雨造成某低土壤酸化問題時，需要pH=10.00的碳酸鹽緩沖溶液，在500mL 0.20mol/L的NaHCO3中，需要加入多少克碳酸鈉來配制,已知：H2CO3 的Ka1 = 4.3010-7；Ka2= 5.6210-11,解：該緩沖溶液中： n(HCO3-)= 0.20.5 = 0.10mol,答：所需要碳酸鈉的質(zhì)量為：0.0561066