課題1溶液的酸堿性

拓展：酸堿花的奧秘在趣味化學(xué)表演會(huì)上，有一個(gè)同學(xué)制作的酸堿花最引人注目。這簇花五顏六色，有紅色的、淺橙色的、淺藍(lán)色的，等等。這些花之所以討人喜歡，并不是因?yàn)樗拿利愼r艷，而是由于它的特殊性格，因?yàn)閷?duì)酸堿的反應(yīng)非常靈敏，所以人們送給它一個(gè)美稱——酸堿花。別看這簇花沒有芳香，可是卻有一個(gè)非常重要的用途，它能及時(shí)無誤地告訴人們空氣中是否污染，準(zhǔn)確地顯示出空氣的酸堿度來。你要不信，請(qǐng)看這簇花的制作者的表演吧！只見他千里拿著噴霧器，向花束噴去，當(dāng)噴出的霧落到花上時(shí)，花的顏色全變了：大紅色的變成深藍(lán)色的，淺橙色變成粉紅色的，淺藍(lán)色變成淡紅色……過一會(huì)兒，這個(gè)表演者又拿起另外一個(gè)噴霧器，再向這些花噴霧時(shí)，又出現(xiàn)了另外的景象：潔白的花變成了鮮艷的玫瑰紅，粉紅色的花則變成了閃閃發(fā)亮的黃色，棕藍(lán)色的花又恢復(fù)了其艷麗的鮮紅，淡紅色變成淡藍(lán)色，棕紅色變成淺藍(lán)……等等。真是變化多端，美不勝舉。親愛的讀者，你知道這束酸堿花的奧秘嗎？答案原來，這些紙花都分別浸在如下的化學(xué)藥品中：石蕊、酚酞、甲基紅、甲基橙、剛果紅。然后取出晾干，就成為五顏六色的酸堿花了。浸剛果紅的紙花是大紅色，浸過甲基紅的是淺橙色，浸過石蕊的是淺藍(lán)色，浸過甲基橙的是黃色，而浸過酚酞的是白色。浸過的這些化學(xué)藥品都是人們通常所稱的“指示劑”。這些指示劑會(huì)隨溶液的酸堿性不同而變化其顏色。表演者第一次噴出的是濃度為0．2％的稀鹽酸溶液。第二次噴出的0．6％的燒堿溶液。嘿嘿任何花都對(duì)酸堿過敏。人體的pH緩沖體系多數(shù)細(xì)胞僅能在很窄的pH范圍內(nèi)進(jìn)行活動(dòng)，而且需要有緩沖體系來抵抗在代謝過程中出現(xiàn)的pH變化。在生物體中的三種主要緩沖體系是蛋白質(zhì)、碳酸氫鹽和磷酸鹽（見下表），每種緩沖體系所占的分量在各類細(xì)胞和器官中是不同的。表：人體的主要緩沖體系系統(tǒng)解離反應(yīng)pKa蛋白質(zhì)HPr=H++Pr﹣碳酸氫鹽H2CO3=H++HCO3﹣磷酸鹽H2PO4﹣=H++HPO42﹣人體血漿里最重要的緩沖體系是碳酸氫鹽緩沖體系。H2CO3=H++HCO3﹣有Henderson—Hasselbach方程可知：pH=pKa+lg〔HCO3﹣〕/〔H2CO3〕血漿的pH決定于碳酸氫鹽與碳酸的比例，而不是決定于它們的絕對(duì)濃度。任何使pH改變的趨勢(shì)都可以被緩沖，并通過調(diào)節(jié)這個(gè)比例而得到校正。如在正常代謝反應(yīng)中形成的大量的酸與碳酸氫鹽形成難解離的碳酸，有效地除掉了游離的氫離子。碳酸中的CO2又能通過肺部排除，從而穩(wěn)定了血漿的pH。腎臟通過調(diào)節(jié)尿中酸或堿的排泄，也在保持體液的酸堿平衡中起重要作用，所以人尿的pH的正常變化范圍是從~。細(xì)胞外液通常是弱堿性的，pH為，而許多動(dòng)物胞漿的平均pH約為，在37℃時(shí)是中性的。幾乎可以肯定，細(xì)胞器的pH不是，而且大多數(shù)細(xì)胞膜表面的pH要低于，這是由于帶負(fù)電荷的細(xì)胞表面吸收H+的緣故。人的血液能清楚地說明pH調(diào)控的重要性。血液的pH必須保持在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)，人才能存活，健康人血漿pH的變化范圍就更窄了，正常人的血液pH在~的范圍內(nèi)，當(dāng)pH低于時(shí)會(huì)發(fā)生酸中毒，pH低于會(huì)發(fā)生嚴(yán)重酸中毒昏迷致死；血液的pH高于會(huì)發(fā)生堿中毒，pH高于就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重堿中毒導(dǎo)致的手足抽搐致死的嚴(yán)重后果。血液的pH之所以能保持相對(duì)穩(wěn)定，是由于體內(nèi)有良好的調(diào)節(jié)作用，其中一個(gè)重要因素就是血液中存在著多種緩沖對(duì)：血漿中：NaHCO3/H2CO3，Na~蛋白質(zhì)/H~蛋白質(zhì)，Na2HPO4/NaH2PO4其中HCO3﹣/H2CO3緩沖對(duì)在血液中濃度最高，緩沖能力最強(qiáng)，對(duì)維持血液正常pH的作用最重要。在血液或細(xì)胞中，H2CO3主要以CO2形式存在，與HCO3﹣存在以下平衡：在正常血漿中，〔HCO3﹣〕︰〔CO2〕=20︰1pH=+lg20/1=人體各組織、細(xì)胞代謝產(chǎn)生的CO2，主要通過血紅蛋白和氧合血紅蛋白的運(yùn)輸作用，被迅速運(yùn)到肺部排出，故幾乎不影響血漿的pH，當(dāng)產(chǎn)生比CO2酸性更強(qiáng)的酸（如磷酸、硫酸、乙酸等）時(shí)，血液中HCO3﹣/CO2緩沖對(duì)便發(fā)揮緩沖作用，其中HCO3-可與代謝產(chǎn)生或外合產(chǎn)生CO2和H2O。增加的CO2大部分從肺部排出或通過血漿中蛋白質(zhì)緩沖對(duì)和與之作用，，使〔CO2〕降低；減少的HCO3﹣可通過腎臟進(jìn)行調(diào)節(jié)而得到補(bǔ)充，從而使〔HCO3﹣〕，〔CO2〕和〔HCO3﹣〕/〔CO2〕都恢復(fù)正常。當(dāng)人體新陳代謝過程中產(chǎn)生的堿進(jìn)入血液時(shí)，血液中的H3O+便立即與它結(jié)合生成水。H3O+的消耗有H2CO3的解離來補(bǔ)充，結(jié)果也使血液的pH保持穩(wěn)定。蔬菜試酸堿你知道紅椰菜也能試出酸堿度嗎？蔬菜所以呈現(xiàn)綠色，是因?yàn)楫?dāng)中含有葉綠素。其實(shí)，蔬果呈現(xiàn)不同的顏色也是因?yàn)樗鼈兒胁煌纳兀患t椰菜便是其中的一種。紅椰菜除了可供食用外，它的色素對(duì)酸堿度也非常敏感。只要用熱水作為溶劑把紅椰菜的色素提煉出來，它的色素便會(huì)在不同的酸堿值呈現(xiàn)出不同的顏色，與通用指示劑相似。表：紅椰菜的色素在不同酸堿值所顯示的顏色酸堿值顏色1深紅2~3紫紅4~6淺紅7~9藍(lán)10綠11黃綠12~14黃不過，化學(xué)家通常會(huì)使用甲基橙、石蕊或酚酞來測(cè)試溶液的酸堿值，因?yàn)檫@些指示劑在不同的酸堿值下會(huì)有明顯的轉(zhuǎn)變，在滴定時(shí)很容易便可以找到終點(diǎn)。這些指示劑在不同酸堿值下呈現(xiàn)不同的顏色：表：酸堿度指示劑酸堿值1234567891011121314甲基橙紅橙黃石蕊紅紫藍(lán)酚酞透明淺粉紅紅飲用水的pH應(yīng)為多少？我國最新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》即將于7月1日實(shí)施。該《標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定生活飲用水的pH范圍為~。pH值成為生活飲用水的水質(zhì)指標(biāo)之一一事已引起人們的普遍關(guān)注。事實(shí)上，目前市場(chǎng)上銷售的瓶(桶)裝飲用水除農(nóng)夫山泉、依云等少數(shù)品牌外，大部分品牌的產(chǎn)品包裝上并不標(biāo)注pH值，使消費(fèi)者在選購時(shí)無法辨別。那么，什么是水中的pH值？它與人體健康有什么關(guān)系？如何選擇健康飲用水？針對(duì)這些消費(fèi)者十分關(guān)心的問題，日前，記者采訪了杭州養(yǎng)生堂研究所副所長(zhǎng)周力博士。pH是最重要的水質(zhì)參數(shù)之一據(jù)周力博士介紹，概括國內(nèi)外水專家及權(quán)威文獻(xiàn)的論述，健康飲用水具有三大特征：一是含有一定量的硬度(鈣鎂離子的總和)；二是含有一定量的溶解性總固體(水中礦物質(zhì)的總和)，即含有人體所需的全面而均衡的天然礦物質(zhì)和微量元素；三是pH值在以上，呈弱堿性。他介紹說，水質(zhì)指標(biāo)很多，其中，pH值是最重要的水質(zhì)參數(shù)之一。水的酸堿度均用pH值表達(dá)。一般天然水源的pH值為～。酸性物質(zhì)(包括大部分的有機(jī)污染物)或酸雨的影響會(huì)使水的pH值降低到5左右。眾所周知，在一般情況下水可以發(fā)生微弱的電離，即產(chǎn)生一個(gè)氫離子和一個(gè)氫氧根離子。習(xí)慣上，我們把氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值作為溶液酸堿性的指標(biāo)，簡(jiǎn)寫為pH。在中性溶液中pH=7，pH大于7越多，則堿性越強(qiáng)，小于7越少，則酸性越強(qiáng)。在純凈水和人工礦物質(zhì)水中，由于氫離子過剩均