第六章 第四節(jié) 緩沖溶液

1、第六章酸第六章酸 堿堿 平平 衡衡第四節(jié)第四節(jié) 緩緩 沖沖 溶溶 液液一、一、緩沖溶液的基本概念緩沖溶液的基本概念二、二、緩沖溶液緩沖溶液pH值的計算值的計算三、三、緩沖容量緩沖容量（補充）（補充）四、四、緩沖溶液的配制緩沖溶液的配制五、五、緩沖溶液在醫(yī)學上的意義緩沖溶液在醫(yī)學上的意義一、緩沖溶液的基本概念一、緩沖溶液的基本概念（一）（一）緩沖作用緩沖作用（二）（二）緩沖溶液的組成緩沖溶液的組成（三）（三）緩沖作用原理緩沖作用原理返回返回（一）緩沖作用（一）緩沖作用原溶液原溶液1LpH外加物質外加物質/molpHpH純水純水7.000.01HCl2.057.000.01NaOH12.050.1

2、molL-1HAc+ 0.1molL-1NaAc4.750.01HCl4.660.094.750.01NaOH4.840.09抵抗外來少量強酸、強堿或少量水稀釋而保抵抗外來少量強酸、強堿或少量水稀釋而保持本身持本身pH值基本不變的作用稱為緩沖作用值基本不變的作用稱為緩沖作用。具有緩沖作用的溶液稱為具有緩沖作用的溶液稱為緩沖溶液緩沖溶液。較濃的強酸或強堿也具有緩沖作用。較濃的強酸或強堿也具有緩沖作用。返回（二）緩沖溶液的組成（二）緩沖溶液的組成緩沖溶液是由足夠濃度的共軛酸堿對兩緩沖溶液是由足夠濃度的共軛酸堿對兩種物質組成的。種物質組成的。例如：HAcNaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-

3、Na2HPO4等。（ 強酸或強堿緩沖溶液除外）表：表：常見緩沖溶液常見緩沖溶液組成緩沖溶液的共軛酸堿對被稱為組成緩沖溶液的共軛酸堿對被稱為緩沖緩沖系系(buffer system)或或緩沖對緩沖對(buffer pair)。 抗酸組分、抗堿組分？抗酸組分、抗堿組分？返回返回緩沖系 質子轉移平衡 pKa(25C) HAc-NaAc HAc +H2OAc-+ H3O+ 4.76 H2CO3-NaHCO3 H2CO3 +H2O HCO3-+ H3O+ 6.35 H2C8H4O4- KHC8H4O4* H2C8H4O4 +H2O HC8H4O4-+ H3O+ 2.89 TrisHCl-Tris* Tr

4、isH+ +H2O Tris + H3O+ 8.08 NH4Cl-NH3 NH4+ +H2O NH3+ H3O+ 9.25 CH3NH3+Cl- CH3NH2* CH3NH3+ +H2O CH3NH2+ H3O+ 10.63 H3PO4-NaH2PO4 H3PO4 +H2O H2PO4-+ H3O+ 2.16 NaH2PO4 -Na2HPO4 H2PO4- +H2O HPO42-+ H3O+ 7.21 Na2HPO4-Na3PO4 HPO42- +H2OPO43-+ H3O+ 12.32 常見緩沖系常見緩沖系back（三）緩沖作用原理（三）緩沖作用原理緩沖溶液由共軛酸堿對組成，存在質子轉移平衡

5、，以HAc-Ac-為例。 HAc + H2O = H3O+ + Ac- 大量 少量 大量加入少量強酸，？Ac-為抗酸組分加入少量強堿，？HAc為抗堿組分緩沖溶液的緩沖能力是有限的，與抗酸成緩沖溶液的緩沖能力是有限的，與抗酸成分和抗堿成分的含量有關。分和抗堿成分的含量有關。返回強酸、強堿作緩沖溶液的緩沖機制不同強酸、強堿作緩沖溶液的緩沖機制不同二、緩沖溶液二、緩沖溶液pH值的計算值的計算（一）（一）緩沖公式緩沖公式（二）計算緩沖溶液的（二）計算緩沖溶液的pH值值例例（三）緩沖公式的校正（三）緩沖公式的校正(簡單了解簡單了解)返返回回（一）緩沖公式（一）緩沖公式HBH2OH3OB公式）hHasse

6、lbalcHenderson(HBBlgppHBHBOHHBBOH33aaaKKKpKa為弱酸的酸常數(shù)的負對數(shù)為弱酸的酸常數(shù)的負對數(shù)B-/HB稱為稱為緩沖比緩沖比。由于共軛酸堿對HB、B均為大量，存在較強的同離子效應，故HB解離的部分很少，可近似認為HBc(HB)、B c(B)。Henderson-Hasselbalch公式可寫為：HBBlgppHccKa(611b)為近似表示式)HB()B(lgpH)HB()B(lgpHVVpKnnpKaa則酸堿對配制緩沖溶液，若使用相同濃度的共軛由上式可知：由上式可知：pH值首先取決于緩沖系中弱酸的酸常數(shù)Ka值， Ka值又與溫度有關，所以溫度對緩沖溶液pH

7、值也是有影響的 。同一緩沖系的緩沖溶液，pKa值一定，其pH值隨著緩沖比的改變而改變。 緩沖溶液加水稀釋時，n(B-)與n(HB)的比值不變，則由上式計算的pH值也不變。只有當稀釋到一定程度后（當電離度和離子強度的影響變化較大時）才產生較顯著的影響。 返回三、緩沖容量三、緩沖容量（一）（一）緩沖容量緩沖容量（二）（二）影響緩沖容量的因素影響緩沖容量的因素（三）緩沖范圍（三）緩沖范圍同一緩沖系，緩沖比越遠離1，緩沖容量越小，當緩沖比大于10或小于0.1時，可認為緩沖溶液已基本失去緩沖能力。 一般認為pH=pKa1為緩沖溶液的有效區(qū)間，稱為緩沖溶液的緩沖范圍。此時，緩沖比在101/10之間。返回返

8、回（一）緩沖容量（一）緩沖容量任何緩沖溶液的緩沖能力都有一定的限度緩沖容量是衡量緩沖溶液的緩沖能力的物理量。定義：單位體積緩沖溶液的定義：單位體積緩沖溶液的pH值改變值改變1（即（即 pH=1）時，所需加入一元強酸或一元強堿的物質的量。時，所需加入一元強酸或一元強堿的物質的量。 dpHda(b)VndefpHVn（某一范圍內的（某一范圍內的平均緩沖容量平均緩沖容量）（緩沖溶液的（緩沖溶液的瞬時緩沖容量瞬時緩沖容量）返返回回（二）影響緩沖容量的因素（二）影響緩沖容量的因素總總cVnBHB303. 2dpHd)a(b c總=HB+B-，稱為緩沖溶液總濃度(推導過程推導過程)從上式可以看出：影響緩沖

9、容量的因素有c總、HB及B。B- 及 HB決定緩沖比 ，所以影響緩沖容量的因素有： c總總和緩沖比和緩沖比。當HB=B-=c總/2時，緩沖容量有極大值。極大極大2.303(c總總/2)(c總總/2)/c總總0.576c總總 證明證明緩沖容量與緩沖容量與pH值的關系圖值的關系圖 back緩沖容量與pH值的關系(+NaOH固體)(1) HCl (2) 0.1 molL-1 HAc(3) 0.2molL-1 HAc (4) 0.05 molL-1 KH2PO4 (5) 0.05 molL-1 H3BO3 (6) NaOH 結論：結論：1.(1)和(6)形狀不同，因為緩沖機制不同。返回返回2. 當c總

10、一定時，緩沖比越接近于1，其越大，緩沖比等于1時，pH=pKa，最大。3. 當緩沖比一定時，c總越大，越大。且相應的極大也增大。4.不同緩沖系，c總相同，曲線形狀相同；當緩沖比相同時，相同， 極大也相同。四、緩沖溶液的配制四、緩沖溶液的配制（一）（一）緩沖溶液的配制方法緩沖溶液的配制方法（二）（二）常用緩沖溶液常用緩沖溶液返回（一）緩沖溶液的配制方法（一）緩沖溶液的配制方法pH12和pH1213的強酸性或強堿性緩沖溶液用HCl或NaOH并加入KCl配制，其余pH=212的緩沖溶液均采用共軛酸中加入NaOH或共軛堿中加入HCl的方法配制。具體配制步驟如下：1.選擇適當?shù)木彌_系2.選擇適當?shù)目倽舛?/p>

11、。一般選擇0.050.2molL-1之間，以保證有足夠的緩沖容量。3. 計算用量。4. 校正。（用pH計測量、調節(jié)）例題例題返回返回（二）常用緩沖溶液（二）常用緩沖溶液1.標準緩沖溶液標準緩沖溶液一定溫度、濃度下，一定溫度、濃度下，pH值精確已知。值精確已知。標準緩沖溶液表標準緩沖溶液表如何如何解釋解釋表中同一種化合物配制緩沖溶液？表中同一種化合物配制緩沖溶液？2.常用緩沖溶液常用緩沖溶液TrisTrisHCl緩沖體系緩沖體系H2PO4HPO42緩沖體系緩沖體系返回返回溶 液 濃度(molL-1) pH(25) pH(30) pH(35) 酒石酸氫鉀(KHC4H4O6) 飽和 3.56 3.5

12、5 3.55 鄰苯二甲酸氫鉀(KHC8H4O4) 0.05 4.01 4.01 4.02 磷酸鹽 KH2PO4-Na2HPO4 0.025-0.025 6.86 6.85 6.84 硼砂 (Na2B4O710H2O) 0.01 9.18 9.14 9.10 返回酒石酸氫鉀：由于HC4H4O6的離解與水解，溶液中存在有濃度較大的C4H4O62與H2C4H4O6分子，H2C4H4O6(18.8%)HC4H4O6-(69.8%)HC4H4O6-(69.8%)C4H4O62-(11.4%)pKa1=2.98，緩沖范圍為1.983.98pKa2=4.30，緩沖范圍為3.305.30足夠的抗酸、抗堿成分濃

13、度，且兩個緩沖范圍有重合，增強緩沖能力。鄰苯二甲酸氫鉀的情況與此類似。硼砂：B4O72H2O2HBO22BO2返回五、緩沖溶液在醫(yī)學上的意義五、緩沖溶液在醫(yī)學上的意義正常人血漿的pH值約為7.357.45 )(HbHHbHPOPOHHCO)(CO244232血紅蛋白溶解血漿中的緩沖對：左邊三對氧合血紅蛋白紅細胞中的緩沖對：)(HbOHHbO22血漿中最重要的緩沖對是CO2(溶解)HCO3。)(COHCOlgppH231溶解aK(pKa1 = 6.10)正常人血漿中HCO3-和CO2(aq)濃度分別為0.024molL-1和0.0012molL-1 pH=6.10+lg(0.024/0.0012

14、)=7.40人體血漿內重要 的緩沖對的緩沖比為20/1，超出緩沖范圍，為什么能起緩沖作用？敞開體系，與外界有物質與能量的交換，肺與腎的調節(jié)功能返回返回例：1L緩沖溶液中含有0.10mol HAc和 0.20 mol NaAc，求該溶液的pH值（已知298K時HAc的Ka1.76105）例：將0.10 molL-1的NaH2PO4溶液 10.0 ml 和0.20 molL-1的Na2HPO4溶液1.0 ml 混合，計算該混合溶液的pH值。例：將0.10 molL-1 HCl溶液 100 ml與0.10 molL-1 NH3溶液 400 ml 相混合，求混合溶液的pH值。(NH3的pKb= 4.7

15、5)返回返回推導過程：的微小變化或必將引起，一元強酸或強堿加入BHBdpH)(dpHdVndVn) 1 (dHBdpH1dpHdHBdpHdHBHBlg)HBlg(pHBHBlgpHBBlgppHaa總總cKacKKHBB303. 2HBB303. 2)HBB()HB1B1(303. 21HB303. 21)HB(303. 21HBHBlgHB)HBlg(ddHBdpH總總總ccdddc總c/ BHB303. 2dHBdpH1返回)HBHB(303. 2/ HB)HB(303. 2/ BHB303. 22總總總總總ccccc總總總總極大值cccc576. 01222.303返回有極大值。時，當

16、0HBdd0)HB 2(303. 2HB總總ccdd有極大值。時，當總2HBc例題：檸檬酸（H3Cit）及鹽是一種多質子酸緩沖體系，常用于培養(yǎng)基中。如在 0.200 molL-1 檸檬酸 500 ml 中，需加入 0.400 molL-1 的NaOH溶液多少 ml，才能配成 pH5.00 的緩沖溶液？（已知H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40）選擇緩沖系為：選擇緩沖系為：H2Cit-HCit2溶液中溶液中n(H3Cit)=0.2000.500=0.100mol =n(H2Cit)+n(HCit2)mol0635. 0)HCit()HCit(1 . 0)HCit(lg76. 400. 5)CitH()HCit(lgppH222222nnnnnKamol0365. 0)CitH(2 n耗用耗用n(NaOH)10.0365+20.0635 0.1635moln(NaOH)=c(NaOH) V(NaOH)V(NaOH)=0.1635/0.40