課程設(shè)計(jì)第四章緩沖溶液

1、陜西中醫(yī)學(xué)院醫(yī)用化學(xué)課程設(shè)計(jì)（首頁(yè)）課程名稱(chēng)：醫(yī)用化學(xué) 任課教師： 職稱(chēng)： 所在系部：醫(yī)學(xué)技術(shù)系   教 研 室：化學(xué)教研室授課對(duì)象：醫(yī)學(xué)影像 授課時(shí)間：課程類(lèi)型：必修基礎(chǔ)課授課章節(jié)：第四章 緩沖溶液 基本教材：魏祖期主編基礎(chǔ)化學(xué)第八版, 人民衛(wèi)生出版社，2013年3月。自學(xué)資源：1、無(wú)機(jī)化學(xué)許善錦主編，人民衛(wèi)生出版社.2、基礎(chǔ)化學(xué)第五版.魏祖期主編，人民衛(wèi)生出版社.3、基礎(chǔ)化學(xué)徐春祥主編，高等教育出版社.4、現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)朱裕貞主編，化學(xué)工業(yè)出版社.5、現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)胡忠鯁主編，高等教育出版社.教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)目標(biāo)：1. 掌握緩沖溶液的概念、組成和作用機(jī)制；影響緩沖溶液p

2、H的因素、Henderson-Hasselbalch方程式及應(yīng)用；緩沖容量的概念、影響因素及有關(guān)計(jì)算。2. 熟悉緩沖溶液的配制原則、方法和步驟；血液中的主要緩沖系及其在穩(wěn)定血液pH過(guò)程中的作用。3. 了解醫(yī)學(xué)上常用的緩沖溶液的配方和標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的組成。（二）能力目標(biāo)：通過(guò)本章節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握緩沖溶液的組成、緩沖溶液的緩沖機(jī)理、緩沖溶液的配制方法、緩沖溶液PH值的計(jì)算、緩沖范圍、影響緩沖容量的因素以及緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用等等，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。（三）情感目標(biāo) 通過(guò)緩沖溶液的學(xué)習(xí)，學(xué)生特點(diǎn)分析：本課程針對(duì)臨床專(zhuān)業(yè)大一學(xué)生開(kāi)設(shè)，學(xué)生在中學(xué)階段選修課程部分內(nèi)容不講解，知識(shí)

3、結(jié)構(gòu)不系統(tǒng)，在講解時(shí)要精講，并結(jié)合臨床專(zhuān)業(yè)的實(shí)例，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)化學(xué)課程的興趣。教學(xué)重點(diǎn)：1.緩沖溶液的概念、組成和緩沖作用的機(jī)理；影響緩沖溶液pH的因素及緩沖溶液pH的計(jì)算；緩沖溶液的配制原則、方法和步驟；緩沖容量的概念及緩沖容量的有關(guān)計(jì)算。教學(xué)難點(diǎn)：1. 緩沖容量的概念及緩沖容量的有關(guān)計(jì)算。2. 緩沖對(duì)的選擇。解決方法和處理措施：1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生首先了解緩沖容量的概念和影響緩沖容量的因素，然后通過(guò)結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果講述這些因素對(duì)緩沖容量的影響情況，并且引出如何計(jì)算緩沖容量。2. 通過(guò)醫(yī)學(xué)上的實(shí)例說(shuō)明所選擇的緩沖對(duì)，然后通過(guò)計(jì)算得出緩沖溶液的PH值，再說(shuō)

4、明決定緩沖溶液PH值的因素，進(jìn)而指出如何選擇緩沖對(duì)。教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)活動(dòng)： 本章內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多，過(guò)程中可以采用多種教學(xué)活動(dòng)，比如人體中的重要緩沖系、人體如何通過(guò)呼吸調(diào)節(jié)自身PH值基本恒定不變，小孩為什么消化能力比成人差等等，均可以采用設(shè)問(wèn)，然后通過(guò)平衡的移動(dòng)等來(lái)進(jìn)行解釋。增強(qiáng)學(xué)生通過(guò)化學(xué)原理來(lái)解釋一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)他們解決問(wèn)題的能力。教學(xué)媒體的選擇和使用方法： 通過(guò)動(dòng)畫(huà)展示向加有酚酞的NaAc溶液和NaAc-HAc溶液中加入氫氧化鈉溶液，溶液顏色的深淺差異，說(shuō)明這兩種溶液性質(zhì)上的差異，通過(guò)講解引出NaAc-HAc溶液具有緩沖作用，同時(shí)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教學(xué)反思與評(píng)價(jià)：基本概念學(xué)生易接

5、受，但是緩沖對(duì)的選擇是難點(diǎn)，應(yīng)該重點(diǎn)從緩沖溶液PH值的計(jì)算公式入手，重點(diǎn)講解影響緩沖溶液PH的主要因素為緩沖對(duì)中的共軛算的，因此總結(jié)出確定緩沖對(duì)的首要問(wèn)題是依據(jù)所需要的PH，選擇最接近的此PH的Ka共軛酸，隨之算的共軛堿也確定，緩沖對(duì)隨之確定。然后通過(guò)舉例進(jìn)行加強(qiáng)，可獲得較好的教學(xué)效果。板書(shū)設(shè)計(jì)和課件：本課程采用自制的多媒體課件，通過(guò)大量的圖片進(jìn)行感官刺激，達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生記憶公示的目的。板書(shū)設(shè)計(jì)如下： 第四章 緩沖溶液第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機(jī)制一、緩沖溶液二、緩沖機(jī)制四、緩沖溶液的組成第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量 =二、影響緩沖容量的因素 2.303×HBB-/c總 三、有效

6、緩沖范圍 PH=PKa±1第四節(jié) 緩沖溶液的配制二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液第五節(jié) 血液中的緩沖系教學(xué)改革：1. 2. 陜西中醫(yī)學(xué)院醫(yī)用化學(xué)課程設(shè)計(jì)（續(xù)頁(yè)）時(shí)間分配教學(xué)重點(diǎn)、內(nèi)容和步驟板書(shū)提要、課堂提問(wèn)、舉例要點(diǎn)教學(xué)方法與手段 5min    20min10min20min5min5min10min20min第四章 緩沖溶液緩沖溶液在自然界普遍存在，在化工生產(chǎn)、化學(xué)分析、分離、細(xì)菌培養(yǎng)、藥劑生產(chǎn)和使用，尤其在生物體內(nèi)調(diào)節(jié)酸堿平衡等方面起著重要作用。下面，我們通過(guò)通過(guò)一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：相同濃度的HCl和HAc-NaAc溶液中加入氫氧化鈉，用PH值試紙測(cè)

7、試溶液PH的變化情況？來(lái)說(shuō)明什么緩沖溶液？緩沖溶液的性質(zhì)，組成、緩沖機(jī)理、緩沖范圍、，并推到出緩沖溶液pH值的計(jì)算公式，探討影響緩沖溶液緩沖容量（能力）的因素，并且從中掌握如何來(lái)配制緩沖溶液？最后了解人體內(nèi)的緩沖對(duì)，及其在人體內(nèi)的作用？第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機(jī)制一、緩沖溶液及其作用機(jī)制什么是緩沖溶液？純水有無(wú)抵抗外加少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿而使溶液的pH保持基本不變的能力？HAc-NaAc混合溶液是否具有抵抗外加少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋的能力？緩沖溶液及緩沖作用的概念較濃的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿是否也具有緩沖作用？緩沖溶液為什么具有緩沖作用呢？以HAc-NaAc組成的緩沖溶液為例，說(shuō)明緩沖溶液的作用原理。HAc(a

8、q)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq) （大量） （大量）當(dāng)向該溶液中加入少量強(qiáng)酸時(shí)，Ac- 離子接受H3O+傳遞的質(zhì)子使上式的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡左移，消耗掉外來(lái)的H3O+離子，溶液中H3O+離子濃度沒(méi)有明顯地升高，溶液的pH基本保持不變。當(dāng)向溶液中加入少量強(qiáng)堿時(shí)，OH-接受溶液中H3O+傳遞的質(zhì)子OH-(aq) + H3O+(aq) 2H2O(l)使HAc的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡右移，HAc分子進(jìn)一步解離以補(bǔ)充消耗掉的H3O+離子，而溶液中的H3O+離子濃度不會(huì)明顯降低，溶液的 pH基本保持不變。共軛酸HAc發(fā)揮了抵抗少量外來(lái)強(qiáng)堿的作用，故稱(chēng)之為緩沖溶液的抗堿成分。當(dāng)溶液稀釋時(shí)，H3O+和Ac-

9、離子濃度同時(shí)降低，同離子效應(yīng)減弱，使HAc解離度增大，HAc進(jìn)一步解離產(chǎn)生的H+可使溶液的pH保持基本不變。可見(jiàn)，緩沖作用是在有足量的抗酸成分和抗堿成分共存的緩沖體系中，通過(guò)共軛酸堿對(duì)之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二、緩沖溶液的組成緩沖溶液一般是由具有足夠濃度、適當(dāng)比例的共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)組成。第二節(jié) 緩沖溶液pH的計(jì)算一、緩沖溶液pH的近似計(jì)算公式弱酸(HB)及其共軛堿(B-)組成的緩沖溶液中，HB和B-之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡為：HB + H2O H3O+ + B-pHpKa+lgpKa+lg (4-2)由于NaB提供了大量的B-，產(chǎn)生同離子效應(yīng)，使HB解離很少，c(HB)可忽略，故HB和B

10、-可以分別用初始濃度c(HB)和c(B-)來(lái)表示 pHpKa+lgpKa+lg (4-3) 若以n(HB)和n(B-)分別表示體積V的緩沖溶液中所含共軛酸堿的物質(zhì)的量，則有pHpKa+lgpKa+lg (4-4)若使用相同濃度的弱酸及共軛堿，即c(HB)=c(B-)，則有pH= (4-5)由以上各式可知：(1) 緩沖溶液的pH主要取決于弱酸的 pKa，其次是緩沖比。pKa一定，緩沖溶液的pH隨著緩沖比的改變而改變。當(dāng)緩沖比等于l時(shí)，pH=pKa。(2) 弱酸的解離常數(shù)Ka與溫度有關(guān)，所以溫度對(duì)緩沖溶液的pH有影響。但溫度對(duì)緩沖溶液pH的影響比較復(fù)雜，在此不加以深入討論。 (3) 在一定范圍內(nèi)加

11、水稀釋時(shí)，緩沖溶液的緩沖比不變，則由HendersonHasselbalch方程式計(jì)算的pH也不變，即緩沖溶液有一定的抗稀釋能力。原因是當(dāng)緩沖溶液稀釋時(shí)，H3O+離子濃度降低，B-離子濃度也同時(shí)降低，因而同離子效應(yīng)減弱，促使弱酸HB解離度增大。HB進(jìn)一步離解所產(chǎn)生的H3O+離子使得溶液的pH基本保持不變。應(yīng)當(dāng)指出，稀釋會(huì)引起離子強(qiáng)度改變，使HB和B-的活度因子受到不同程度的影響，因此緩沖溶液的pH也會(huì)隨之有微小的改變。緩沖溶液pH隨溶液稀釋的改變，一般用稀釋值表示。第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量任何緩沖溶液的緩沖能力都是有一定限度的，即當(dāng)加入的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿超過(guò)某一定量時(shí)，緩沖溶液的pH值

12、將發(fā)生較大的變化，從而失去緩沖能力。 (4-7) 由式（4-7）可知，為正值，單位是濃度·pH-1。在dna(b)和V一定的條件下，pH改變值|dpH|愈小，愈大，緩沖溶液的緩沖能力愈強(qiáng)。二、影響緩沖容量的因素從式(4.7)可導(dǎo)出緩沖容量與緩沖溶液的總濃度c總、以及HB和B-的關(guān)系：2.303×HBB-/c總 (4-8)1總濃度對(duì)的影響2緩沖比對(duì)的影響3有效緩沖范圍4強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的緩沖能力第四節(jié) 緩沖溶液的配制為了能準(zhǔn)確而又方便地配制所需pH的緩沖溶液，科學(xué)家們?cè)鴮?duì)緩沖溶液的配制進(jìn)行了精密的系統(tǒng)研究，并制訂了許多配制具有準(zhǔn)確pH的緩沖溶液的配方。如：表4-4，如何配制pH6.

13、00的緩沖溶液？二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液性質(zhì)穩(wěn)定，有一定的緩沖容量和抗稀釋能力。是用來(lái)校準(zhǔn)pH計(jì)的，即應(yīng)用pH計(jì)測(cè)定溶液pH時(shí)，必須用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液校正儀器在表4-6中，酒石酸氫鉀、鄰苯二甲酸氫鉀和硼砂標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，都是由一種化合物配制而成的。三、如何配制緩沖溶液第五節(jié) 血液中的緩沖系人體內(nèi)各種體液都有一定的pH范圍，如胃液的pH范圍為1.03.0，尿液的pH范圍為4.78.4，相比之下血液的pH范圍最窄，為7.357.45。血液能保持如此狹窄的pH范圍，主要原因是血液中存在可保持pH基本恒定的多種緩沖系。血液中存在的緩沖系主要有血漿中：H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-(HnP代表蛋白質(zhì))紅細(xì)胞中：H2b-Hb-(H2b代表血紅蛋白)、H2bO2-HbO2-(H2bO2代表氧合血紅蛋白)、H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-在這些緩沖系中，碳酸緩沖系的濃度最高，在維持血液pH的正常范圍中發(fā)揮的作用最重要。二氧化碳是人體在正常新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，溶于體液的二氧化碳存在形式？當(dāng)血液中HCO3- CO2(溶解)緩沖系的緩沖比等于201時(shí)