第四節(jié) 緩沖溶液

第四節(jié)緩沖溶液第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、緩沖溶液的基本概念（一）緩沖作用（二）緩沖溶液的組成（三）緩沖作用原理返回第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）緩沖作用原溶液1LpH外加物質(zhì)/molpH│ΔpH│純水7.000.01HCl2.057.000.01NaOH12.050.1mol·L-1HAc+0.1mol·L-1NaAc4.750.01HCl4.660.094.750.01NaOH4.840.09抵抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或少量水稀釋而保持本身pH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緩沖溶液。較濃的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿也具有緩沖作用。返回第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）緩沖溶液的組成

緩沖溶液是由足夠濃度的共軛酸堿對(duì)兩種物質(zhì)組成的。例如：HAc－NaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等。（強(qiáng)酸或強(qiáng)堿緩沖溶液除外）表：常見緩沖溶液

組成緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)被稱為緩沖系(buffersystem)或緩沖對(duì)(bufferpair)?？顾峤M分、抗堿組分？返回第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三常見緩沖系back第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）緩沖作用原理緩沖溶液由共軛酸堿對(duì)組成，存在質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡，以HAc-Ac-為例。

HAc+H2O=H3O++Ac-大量少量大量加入少量強(qiáng)酸，？Ac-為抗酸組分加入少量強(qiáng)堿，？HAc為抗堿組分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(guān)。返回強(qiáng)酸、強(qiáng)堿作緩沖溶液的緩沖機(jī)制不同第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、緩沖溶液pH值的計(jì)算（一）緩沖公式（二）計(jì)算緩沖溶液的pH值例（三）緩沖公式的校正(簡(jiǎn)單了解)返回第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）緩沖公式HB＋H2O＝H3O＋＋B－pKa為弱酸的酸常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)[B-]/[HB]稱為緩沖比。由于共軛酸堿對(duì)HB、B－均為大量，存在較強(qiáng)的同離子效應(yīng)，故HB解離的部分很少，可近似認(rèn)為[HB]≈c(HB)、[B－]≈c(B－)。第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Henderson-Hasselbalch公式可寫為：(6－11b)為近似表示式第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由上式可知：

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(guān)，所以溫度對(duì)緩沖溶液pH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(shí)，n(B-)與n(HB)的比值不變，則由上式計(jì)算的pH值也不變。只有當(dāng)稀釋到一定程度后（當(dāng)電離度和離子強(qiáng)度的影響變化較大時(shí)）才產(chǎn)生較顯著的影響。返回第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、緩沖容量（一）緩沖容量（二）影響緩沖容量的因素（三）緩沖范圍同一緩沖系，緩沖比越遠(yuǎn)離1，緩沖容量越小，當(dāng)緩沖比大于10或小于0.1時(shí)，可認(rèn)為緩沖溶液已基本失去緩沖能力。一般認(rèn)為pH=pKa±1為緩沖溶液的有效區(qū)間，稱為緩沖溶液的緩沖范圍。此時(shí)，緩沖比在10～1/10之間。返回第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（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：?jiǎn)挝惑w積緩沖溶液的pH值改變1（即pH=1）時(shí)，所需加入一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。

（某一范圍內(nèi)的平均緩沖容量）（緩沖溶液的瞬時(shí)緩沖容量）返回第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）影響緩沖容量的因素c總=[HB]+[B-]，稱為緩沖溶液總濃度(推導(dǎo)過程)從上式可以看出：影響緩沖容量的因素有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總和緩沖比。當(dāng)[HB]=[B-]=c總/2時(shí)，緩沖容量有極大值。β極大＝2.303×(c總/2)(c總/2)/c總＝0.576c總

證明緩沖容量與pH值的關(guān)系圖back第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三緩沖容量與pH值的關(guān)系(+NaOH固體)(1)

HCl(2)0.1mol·L-1HAc(3)0.2mol·L-1HAc(4)0.05mol·L-1KH2PO4

(5)0.05mol·L-1H3BO3

(6)NaOH第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三結(jié)論：1.(1)和(6)形狀不同，因?yàn)榫彌_機(jī)制不同。返回2.當(dāng)c總一定時(shí)，緩沖比越接近于1，其β越大，緩沖比等于1時(shí)，pH=pKa，β最大。3.當(dāng)緩沖比一定時(shí)，c總越大，β越大。且相應(yīng)的β極大也增大。4.不同緩沖系，c總相同，曲線形狀相同；當(dāng)緩沖比相同時(shí)，β相同，β極大也相同。第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、緩沖溶液的配制（一）緩沖溶液的配制方法（二）常用緩沖溶液返回第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）緩沖溶液的配制方法

pH＝1～2和pH＝12～13的強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性緩沖溶液用HCl或NaOH并加入KCl配制，其余pH=2～12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(dāng)?shù)木彌_系2.選擇適當(dāng)?shù)目倽舛?。一般選擇0.05～0.2mol·L-1之間，以保證有足夠的緩沖容量。3.計(jì)算用量。4.校正。（用pH計(jì)測(cè)量、調(diào)節(jié)）例題返回第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）常用緩沖溶液1.標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液一定溫度、濃度下，pH值精確已知。標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液表如何解釋表中同一種化合物配制緩沖溶液？2.常用緩沖溶液Tris－Tris·HCl緩沖體系H2PO4－－HPO42－緩沖體系返回第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三返回第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三酒石酸氫鉀：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，pKa1=2.98，緩沖范圍為1.98－3.98pKa2=4.30，緩沖范圍為3.30－5.30足夠的抗酸、抗堿成分濃度，且兩個(gè)緩沖范圍有重合，增強(qiáng)緩沖能力。鄰苯二甲酸氫鉀的情況與此類似。硼砂：B4O72－＋H2O＝2HBO2＋2BO2－返回第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三五、緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的意義正常人血漿的pH值約為7.35—7.45

血漿中最重要的緩沖對(duì)是CO2(溶解)－HCO3－。(pKa1’=6.10)正常人血漿中[HCO3-]和[CO2(aq)]濃度分別為0.024mol·L-1和0.0012mol·L-1

第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三pH=6.10+lg(0.024/0.0012)=7.40人體血漿內(nèi)重要的緩沖對(duì)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(zhì)與能量的交換，肺與腎的調(diào)節(jié)功能返回第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例：1L緩沖溶液中含有0.10molHAc和0.20molNaAc，求該溶液的pH值（已知298K時(shí)HAc的Ka＝1.76×10－5）例：將0.10mol·L-1的NaH2PO4溶液10.0ml和0.20mol·L-1的Na2HPO4溶液1.0ml混合，計(jì)算該混合溶液的pH值。例：將0.10mol·L-1HCl溶液100ml與0.10mol·L-1NH3溶液400ml相混合，求混合溶液的pH值。(NH3的pKb=4.75)返回第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三推導(dǎo)過程：第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三返回第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三返回第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例題：檸檬酸（H3Cit）及鹽是一種多質(zhì)子酸緩沖體系，常用于培養(yǎng)基中。如在0.200mol·L-1檸檬酸500ml中，需加入0.400mol·L-1的NaOH溶液多少ml，才能配成pH＝5.00的緩沖溶液？（已知H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40）選擇緩沖系為：H2Cit－-HCit2－溶液中n(H3Cit)=0.200×0.500=0.100mol=n(H2Cit－)+n(HCit2－)第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期三耗用n(NaOH)＝1×0.0365+2×0.0635

＝0.1635moln(NaOH)=c(NaOH)×V