《醫(yī)用化學基礎(chǔ)》3第三章 電解質(zhì)溶液

第三章電解質(zhì)溶液醫(yī)用化學基礎(chǔ)第一節(jié)弱電解質(zhì)的解離平衡第二節(jié) 水的解離和溶液的pH值第三節(jié)

鹽類的水解第四節(jié)緩沖溶液目錄1．掌握電解質(zhì)、強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的概念，溶液酸堿性與pH的關(guān)系。2．掌握緩沖溶液的組成和緩沖作用。3．理解弱電解質(zhì)的解離平衡和鹽類的水解。4．了解解離平衡的移動和同離子效應(yīng)。5．能進行有關(guān)電解質(zhì)溶液的實驗操作?！緦W習目標】第一節(jié)弱電解質(zhì)的解離平衡一、強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)電解質(zhì)在水溶液能夠?qū)щ?，是由于電解質(zhì)在水溶液能夠自發(fā)地解離成自由移動的陽離子和陰離子（此過程稱為解離）。用同體積同濃度的鹽酸、醋酸、氫氧化鈉、氨水和氯化鈉溶液做導(dǎo)電性實驗，可以觀察到燈泡都會變亮，說明它們都是電解質(zhì)，但燈泡的明暗程度不同，說明它們的導(dǎo)電能力不同。導(dǎo)電能力的大小與單位體積中離子的數(shù)目成正比。單位體積內(nèi)離子數(shù)目的多少是由電解質(zhì)的解離程度決定的。根據(jù)電解質(zhì)解離程度的不同，可把電解質(zhì)分為強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。（一）強電解質(zhì)

在水溶液中能完全解離成陽離子和陰離子的電解質(zhì)稱為強電解質(zhì)，強電解質(zhì)在水溶液中全部以陽離子和陰離子的形式存在，強電解質(zhì)的解離過程是不可逆的（不可逆是指在一定條件只能向一個方向進行的過程）?？梢杂媒怆x方程式表示強電解質(zhì)的解離過程，在解離方程式中，通常用“=”或“→”把左邊的分子和右邊的離子聯(lián)系起來，以表示強電解質(zhì)的解離過程的不可逆性、單向性，例如：（二）弱電解質(zhì)在水溶液中只有部分解離成陽離子和陰離子的電解質(zhì)稱為弱電解質(zhì)，弱電解質(zhì)在水溶液中只有很少部分解離成離子，大部分仍以分子形式存在，弱電解質(zhì)的解離過程是可逆的（可逆是指在同一條件下，能同時向兩個相反方向雙向進行的過程）?？梢杂媒怆x方程式表示弱電解質(zhì)的解離過程，在解離方程式中，用“”可逆號把左邊的分子和右邊的離子聯(lián)系起來，以表示弱電解質(zhì)的解離過程的可逆性、雙向性。

電解質(zhì)飲料：用水將一組化合物按照合理的比例配方溶解，制成電解質(zhì)飲料。此飲料可補充人體新陳代謝的消耗。其電解質(zhì)成分有鈉離子、鉀離子、鎂離子、氯離子、硫酸根離子、磷酸根離子、檸檬酸鹽、蔗糖、葡萄糖、維生素C及維生素B6。為了使飲料無異味、無咸味，可往飲料中加入檸檬風味劑。還可添加其它風味劑、甜味劑和防腐劑。電解質(zhì)飲料可以迅速補充人體水分的消耗、迅速解除疲勞。由于飲料中富含碳水化合物，如葡萄糖、蔗糖和檸檬酸鹽，這些都是有用的能源，在人體內(nèi)可迅速轉(zhuǎn)化為糖原貯藏于肝臟內(nèi)或肌肉內(nèi)。糖原可保護肝臟，可降低膽固醇的形成。飲料中維生素C和維生素B6可促進肝臟的新陳代謝，有利于排除有害物質(zhì)，如酒精、氨等廢物。飲料中的鉀離子可降低或消除人體新陳代謝的鹼中毒。此飲料的磷酸鹽緩沖劑和檸檬酸緩沖劑，使飲料的pH值保持在可允許的范圍內(nèi)，最好是6.8～7.4，緩沖劑可提高糖原的利用率。

知識鏈接二、弱電解質(zhì)的解離平衡（一）解離平衡弱電解質(zhì)的解離過程是可逆的，以醋酸為例：（二）解離度不同的弱電解質(zhì)在溶液中的解離程度是不同的。弱電解質(zhì)解離程度的大小可用解離度來表示。解離度是指弱電解質(zhì)在溶液中達到解離平衡時，已解離的弱電解質(zhì)分子數(shù)占弱電解質(zhì)分子總數(shù)（包括已解離和未解離）的百分比。解離度通常用符號α來表示，計算公式為：α=影響解離度大小的因素：影響解離度大小的因素除與電解質(zhì)和溶劑的極性強弱有關(guān)外，還與溶液的濃度及溫度有關(guān)。一般來講，離子化合物和強極性共價化合物在水溶液中解離度大，弱極性共價化合物在水溶液中解離度??；溶液濃度越稀電解質(zhì)的解離度越大，濃度增大，解離度反而減??；溫度升高，解離度增大，溫度降低，解離度減小。

知識鏈接（三）解離平衡的移動解離平衡是化學平衡的一種形式，解離平衡是暫時的、相對的動態(tài)平衡。當外界條件改變時，解離平衡會發(fā)生移動。以氨水為例，說明解離平衡的移動。在氨水中存在下列解離平衡：

NH3·H2ONH4++OH-

三、同離子效應(yīng)在小燒杯里加適量氨水，滴加一滴酚酞試液振搖后，溶液因呈堿性而顯紅色。把此溶液分別倒入兩支試管中。在其中一只試管中加入少量氯化銨固體，振搖使之溶解，觀察兩支試管中溶液的顏色是否發(fā)生變化。結(jié)果顯示加人氯化銨后，紅色變淺，說明溶液的堿性減弱，既[OH-]減小。這是因為在氨水中加入氯化銨后，由于氯化銨是強電解質(zhì)，在溶液里完全電離，溶液中NH4+濃度增大，破壞了原來的解離平衡，使氨水的解離平衡向左移動，從而降低了氨水的電離度，溶液中的OH-濃度減小。氯化銨對氨水的解離影響可表示為：第二節(jié) 水的解離和溶液的pH值一、水的解離和離子積人們用普通儀器測量純水的導(dǎo)電性，純水不能使燈泡變亮，因此通常認為純水是不能導(dǎo)電的。但用精密儀器測定，純水仍有微弱的導(dǎo)電性，說明純水有微弱的解離，它是一種極弱的電解質(zhì)，能解離出極少量的H+和OH-。

H2OH++OH-二、溶液的酸堿性和pH值（一）溶液的酸堿性溶液的酸堿性與[H+]、[OH-]濃度的關(guān)系可表示為：中性溶液[H+]=[OH-]=1.0×10-7mol/L酸性溶液[H+]＞[OH-]且[H+]＞1.0×10-7mol/L堿性溶液[H+]＜[OH-]且[H+]＜1.0×10-7mol/L(二)溶液的pH值溶液的酸堿性可用[H+]濃度或[OH-]濃度來表示，習慣上用[H+]濃度來表示。但當溶液中的[H+]很小時，用[H+]表示溶液的酸堿性就很不方便，因此，化學上常用pH來表示溶液的酸堿性。所謂pH值就是氫離子濃度的負對數(shù)（常用對數(shù)）。pH=-lg[H+]酸堿指示劑：著名化學家羅伯特·波義耳在一次實驗中，不慎將鹽酸濺到紫羅蘭花瓣上。過了一會兒，他驚奇地發(fā)現(xiàn)，紫色的花瓣上出現(xiàn)了紅點點。波義耳對這意外的發(fā)現(xiàn)做出了種種假設(shè)，經(jīng)過多次實驗驗證．終于得知有些有機染料在不同的酸堿性溶液中能顯示不同的顏色。于是，人們就利用它們來確定溶液的酸堿性。這種借助顏色的變化來指示溶液酸堿性的物質(zhì)稱為酸堿指示劑，它們多為有機弱酸或有機弱堿，或者是既具有弱酸性又具有弱堿性的兩性物質(zhì)。其變色的原理是由于其分子和解離出的離子的結(jié)構(gòu)不同，而具有不同的顏色。例如，石蕊在pH≤5時，溶液顯紅色。當pH≥8時，溶液顯藍色。一般將指示劑由一種顏色過渡到另一種顏色時溶液的pH值變化范圍稱為指示劑的變色范圍，如石蕊的變色范圍是pH=5~8。

知識鏈接三、pH值在醫(yī)學上的意義pH值不僅在化學中很重要，在醫(yī)學和生物學中也很重要。例如各種生物催化劑——酶只有在一定的pH時才有活性，否則將會降低或失去其活性。正常人血液的pH值總是維持在7.35～7.45之間。臨床上把血液的pH值小于7.35時稱為酸中毒，血液的pH值大于7.45時稱為堿中毒。無論是酸中毒還是堿中毒，都會引起嚴重的后果，甚至發(fā)生生命危險。pH偏離正常范圍0.4個單位以上，就有生命危險，必須采取適當?shù)拇胧┘m正血液的pH。體液pH體液pH血清7.35～7.45大腸液8.3～8.4成人胃液0.9～1.5腦脊液7.35～7.45嬰兒胃液5.0尿液4.8～7.5唾液6.35～6.85乳汁6.0～6.9胰液7.5～8.0淚水7.3～7.4小腸液7.5～7.6人體中各種體液的pH值酸性體液與癌癥：人體組織的正常pH值應(yīng)是在7~7.4。血液的正常pH值是在7.35~7.45。最新科學研究表明,癌癥僅僅能在酸性體液中形成，一個堿性的身體是不會生癌癥的。我們的體液，特別是血液變酸了，首先我們先會感到疲勞、感冒，如果變得發(fā)酸，我們會感到疼痛、胸悶、胃痛、頭痛等等，如果血液變的更酸，我們的身體就會把多余的酸性物質(zhì)放在身體的某些地方，這些地方將會變得更酸，這里的細胞環(huán)境就會變的酸性化和缺氧狀態(tài)。如果這個過程繼續(xù)下去，這些地方的酸性會增加，有些細胞會死亡，死亡的細胞自己又轉(zhuǎn)變成酸，可是有另外一些細胞適應(yīng)這種環(huán)境，它生存了，但變成一種不正常的細胞，這些不正常的細胞被稱作惡性的細胞。惡性細胞不聽從大腦的指揮，也不服從自己的DNA的記憶，這些惡性細胞無規(guī)則的迅速生長，這就是癌癥。如果身體能酸性體液變成堿性,癌癥就不能擴展，會進入睡眠狀況和被醫(yī)治。所有的疾病都是從酸性體液開始。

知識鏈接第三節(jié)鹽類的水解一、鹽類的水解水溶液的酸堿性，取決于溶液中氫離子和氫氧根離子濃度的相對大小。有些鹽類既不能解離出氫離子，也不能解離出氫氧根離子，鹽類的水溶液似乎應(yīng)該顯中性，但事實并非如此。用pH試紙分別測定相同濃度的Na2CO3溶液、NH4Cl溶液和NaCl溶液的pH值，結(jié)果表明，Na2CO3溶液的pH>7，顯堿性；NH4Cl溶液的pH<7，顯酸性；而NaCl溶液的pH=7，顯中性。這三種鹽本身是不能解離出H+或OH-的鹽，為什它們的水溶液會顯示不同的酸堿性呢？這是因為有些鹽溶于水后解離出的離子與水中的H+或OH-作用，生成了弱酸或弱堿，引起了水的解離平衡發(fā)生移動，使溶液中[H+]和[OH-]發(fā)生了改變，使溶液的pH值發(fā)生了變化。二、能水解的鹽類及鹽溶液的酸堿性1．強堿弱酸鹽的水解強堿弱酸鹽可以看成是相應(yīng)的強堿和弱酸所生成的鹽。以NaAc為例，水解過程為：NaAcNa+

+H2OOH-

+2．強酸弱堿鹽的水解強酸弱堿鹽可以看成是對應(yīng)的強酸和弱堿所生成的鹽。以NH4Cl為例，水解過程為：

NH4Cl+Cl-

H2O+H+

Ac-+H+

HAcNH4++OH-

NH3·H2O三、鹽的水解在醫(yī)學中的作用鹽類的水解在許多方面都有重要意義。如明礬水解產(chǎn)生的Al(OH)3溶膠能吸附雜質(zhì)而凈水。在醫(yī)學上，用NaHCO3糾止胃酸過多或代謝性酸中毒，就是利用其水解后顯弱堿性的原理。用氯化銨治療堿中毒，也是利用該鹽水解后顯酸性的原理。在藥物的貯存方面，如某些藥物容易水解變質(zhì)，就應(yīng)密閉保存在干燥處。在藥物的配制方面，對容易水解的鹽溶液，就應(yīng)注意控制溶液的酸度或溫度。第四節(jié)緩沖溶液一、緩沖作用和緩沖溶液在有些溶液中，加入少量強酸或強堿后，溶液的pH值會發(fā)生明顯的變化。如在純水和氯化鈉溶液中加入少量的強酸，pH值立即變得比7小許多；若加入少量的強堿，pH值立即變得比7大許多。另有一些溶液，加入少量強酸或強堿后，溶液的pH值幾乎不發(fā)生變化。如pH=4.75的HAc和NaAc組成的混合溶液，在加少量的強酸或強堿后，pH值仍保持在4.75左右，幾乎不發(fā)生變化；再如在人們的飲食中，每天有許多酸堿性不同的代謝物質(zhì)進入體內(nèi)，而血液的pH值卻能維持在7.35~7.45之間不發(fā)生變化。這說明HAc和NaAc組成的混合溶液及血液具有抵抗外加少量強酸或強堿的能力。能夠抵抗外加少量強酸或強堿而保持溶液pH值幾乎不變的作用稱為緩沖作用。具有緩沖作用的溶液稱為緩沖溶液。二、緩沖溶液的組成緩沖溶液具有緩沖作用，是因為緩沖溶液中含有足量的抗堿成份和抗酸成分，能夠抵抗外來的少量強酸和強堿，這兩種成分通常稱為緩沖對或緩沖系。根據(jù)緩沖對的組成不同，可將緩沖溶液分為三種類型。1．弱酸及其對應(yīng)的鹽弱酸（抗堿成分）對應(yīng)鹽（抗酸成分）緩沖對HAc

NaAc

NaAc/HAcH2CO3NaHCO3NaHCO3/H2CO3H3PO4NaH2PO4NaH2PO4/H3PO4二、緩沖溶液的組成2．弱堿及其對應(yīng)的鹽弱堿（抗酸成分）對應(yīng)鹽（抗堿成分）緩沖對NH3?H2ONH4ClNH3?H2O/NH4Cl3．多元弱酸的酸式鹽及其對應(yīng)的次級鹽多元弱酸的酸式鹽（抗堿成分）對應(yīng)的次級鹽（抗酸成分）緩沖對NaHCO3Na2CO3Na2CO3/NaHCO3NaH2PO4Na2HPO4Na2HPO4/NaH2PO4

緩沖作用原理：以NaHC03和H2CO3所組成的緩沖溶液為例解釋緩沖溶液的作用原理。NaHC03是強電解質(zhì)，在溶液中完全解離成Na+和HCO3-；H2CO3是弱電解質(zhì)，在溶液中只能少部分解離，而且由于來自NaHCO3溶液中HCO3-的同離子效應(yīng)抑制了碳酸的解離，使碳酸幾乎以分子形式存在于溶液中。在溶液里存在大量的H2CO3和HCO3-。

當溶液中加入少量強酸時．溶液中大量存在的HCO3-便和少量外來的H+作用，生成弱電解質(zhì)的H2CO3分子，使溶液的pH幾乎保持不變。因此，碳酸氫鈉發(fā)揮抵抗外來強酸的作用，是抗酸成分。

當溶液里加人少量強堿時，溶液里大量存在的H2CO3解離出的H+便與外來少量的OH-結(jié)合生成H2O，使溶液的pH幾乎保持不變。在此，H2CO3發(fā)揮了抵抗外來少量強堿的作用，是抗堿成分。

知識鏈接三、緩沖溶液在醫(yī)學上的意義緩沖溶液在醫(yī)學上有著重要的意義。例如，測定體液pH值時，需用一定pH值的緩沖溶液作比較。微生物的培養(yǎng)、組織切片、細菌的染色都需要在一定pH緩沖溶液中進行。血庫中血液的冷藏也需要一定pH值的緩沖溶液。緩沖溶液在人體內(nèi)也很重要。如人體血液的