基礎(chǔ)化學第八版第四章課件

1基礎(chǔ)化學第四章緩沖溶液BufferSolution內(nèi)容提要1.緩沖溶液及緩沖機制①緩沖溶液及其作用機制②緩沖溶液的組成2.緩沖溶液pH的計算①緩沖溶液pH的近似計算公式②緩沖溶液pH計算公式的校正3.緩沖容量和緩沖范圍①緩沖容量②影響緩沖容量的因素③緩沖范圍基礎(chǔ)化學第八版第四章內(nèi)容提要4.緩沖溶液的配制①常用緩沖溶液的配制方法②標準緩沖溶液5.血液中的緩沖系基礎(chǔ)化學第八版第四章教學基本要求掌握緩沖溶液的概念、組成和作用機制。掌握影響緩沖溶液pH的因素、應(yīng)用Henderson-Hasselbalch方程式計算緩沖溶液的pH值。掌握緩沖容量的概念、影響因素及有關(guān)計算。熟悉配制緩沖溶液的原則、方法和步驟。了解醫(yī)學上常用緩沖溶液配方和標準緩沖溶液的組成。熟悉血液中的主要緩沖系及其在穩(wěn)定血液pH過程中的作用?；A(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制實驗

樣品1：0.10mol·L-1NaCl溶液樣品2：含HAc

和NaAc

均為0.10mol·L-1的混合溶液操作：滴加強酸HCl

至c(HCl)=0.010mol·L-1觀察現(xiàn)象：pH的變化基礎(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制0.10mol·L-1NaCl溶液NaCl溶液中加入HCl到0.010mol·L-1

，溶液的pH由7變?yōu)?，改變了5個pH單位?；A(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制0.10mol·L-1

HAc—0.10mol·L-1NaAc溶液0.10mol·L-1HAc—0.10mol·L-1NaAc溶液溶液中加入HCl到0.010mol·L-1

，溶液的pH由4.75變?yōu)?.74，改變僅0.01pH單位。基礎(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制結(jié)論

HAc—NaAc

混合溶液具有抵抗外來少量強酸、強堿而保持pH基本不變的能力?；A(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制一、緩沖溶液及其作用機制緩沖溶液（buffersolution）能夠抵抗少量外來強酸、強堿，或在有限量稀釋時，保持其pH基本不變的溶液。緩沖作用（bufferaction）緩沖溶液對強酸、強堿或稀釋的抵抗作用?；A(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制以HAc—Ac-體系為例當加入少量強酸時，增加的H3O+與Ac-作用，質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡左移，溶液的pH保持基本不變。當加入少量強堿時，加入的OH-與H3O+結(jié)合，質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡右移，補充消耗掉的H3O+離子，而溶液的pH保持基本不變。基礎(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制用質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡式表示加少量強酸：H3O++Ac-HAc+H2O

(大量)加少量強堿：H3O++OH-2H2O

HAc+H2OAc-+H3O++(大量)

HAc+OH-Ac-+H2O抗堿成分抗酸成分基礎(chǔ)化學第八版第四章HAc

Ac-H3O+OH-HAcAc-示意圖：第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制

Ac-HAc基礎(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制結(jié)論①緩沖溶液中同時含有較大量的抗堿成分和抗酸成分，分別抵抗的只是外來的少量強酸、強堿。②通過共軛酸堿對的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡的移動，使溶液中H+離子或OH-離子濃度無明顯的變化，因此具有緩沖作用?；A(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制二、緩沖溶液的組成一般由具有足夠濃度和適當比例的共軛酸堿對的兩種物質(zhì)組成。共軛酸稱為抗堿成分，共軛堿稱為抗酸成分。組成緩沖溶液的共軛酸堿對的兩種物質(zhì)合稱為緩沖系(buffersystem)或緩沖對(bufferpair)?；A(chǔ)化學第八版第四章共軛酸共軛堿HAcNH4ClH2PO4-NaAcNH3·H2OHPO42-抗酸成分緩沖系抗堿成分組成示意圖第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制基礎(chǔ)化學第八版第四章第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制常見的緩沖系

基礎(chǔ)化學第八版第四章第二節(jié)緩沖溶液pH的計算一、緩沖溶液pH的近似計算公式1.基本公式Henderson—Hasselbalch方程式弱酸(HB)及其共軛堿(B-)組成的緩沖溶液中HB

+

H2OH3O+

+

B-pH＝pKa+lg＝pKa+lg基礎(chǔ)化學第八版第四章第二節(jié)緩沖溶液pH的計算

2.

Henderson—Hasselbalch方程式的應(yīng)用由于緩沖溶液中存在同離子效應(yīng)，

[B-]≈c(B-)，

[HB]≈c(HB)所以基礎(chǔ)化學第八版第四章第二節(jié)緩沖溶液pH的計算

由于c=n/V，所以基礎(chǔ)化學第八版第四章第二節(jié)緩沖溶液pH的計算

根據(jù)n=cV，若取儲備液c(B-)=c(HB)基礎(chǔ)化學第八版第四章第二節(jié)緩沖溶液pH的計算

3.緩沖溶液pH計算公式的意義緩沖溶液的pH主要取決于Ka。溫度對Ka有影響。

pKa值一定，其pH隨著緩沖比[B-]/[HB]的改變而改變。當緩沖比等于l時，pH等于pKa。緩沖溶液稀釋時，B-]/[HB]比值基本不變，pH基本不變。上述公式只適用于緩沖溶液pH的近似計算?；A(chǔ)化學第八版第四章第二節(jié)緩沖溶液pH的計算

例在500mL0.200mol·L-1NH3溶液中，加入4.78gNH4Cl固體，配制1L緩沖溶液，求此緩沖溶液的pH。解

查表4-1，NH3·H2O的pKb=4.75，則的pKa=14.00-4.75=9.25c(NH3)=0.200mol·L-1/2=0.100mol·L-1

pH=pKa

基礎(chǔ)化學第八版第四章第二節(jié)緩沖溶液pH的計算例檸檬酸(縮寫H3Cit)及其鹽是一種供細菌培養(yǎng)的常用緩沖體系，用0.100mol·L-1NaH2Cit溶液與0.050mol·L-1NaOH溶液等體積混合，求此緩沖溶液的pH。解H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40。過量H2Cit-與OH-反應(yīng)：

H2Cit-(aq)+OH-(aq)HCit2-(aq)+H2O(l)

剩余的H2Cit-與生成的HCit2-組成緩沖系c(H2Cit-)=(0.100-0.050)mol·L-1/2=0.025mol·L-1c(HCit2-)=0.050mol·L-1/2=0.025mol·L-1

基礎(chǔ)化學第八版第四章第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量緩沖溶液的緩沖能力是有一定限度的。當加入過量的強酸或強堿，緩沖溶液的pH將發(fā)生較大變化，失去緩沖能力。用緩沖容量β作為衡量緩沖能力大小的尺度。定義為β愈大，說明緩沖溶液的緩沖能力愈強?；A(chǔ)化學第八版第四章第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍二、影響緩沖容量的因素緩沖容量與緩沖溶液的總濃度c總(c總=[HB]+[B-])及[B-]、[HB]的關(guān)系基礎(chǔ)化學第八版第四章第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍結(jié)論：緩沖容量與總濃度和緩沖比有關(guān)。

總濃度的影響：當緩沖比一定時，c總愈大，緩沖容量β愈大。通常c總在0.05～0.2mol·L-1之間。

緩沖比的影響：當總濃度一定時，緩沖比愈接近1，緩沖容量β愈大。緩沖比等于1時，緩沖容量有最大值基礎(chǔ)化學第八版第四章第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍三、緩沖范圍pH=pKa±1變化范圍稱為有效緩沖范圍。基礎(chǔ)化學第八版第四章第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍緩沖容量與pH的關(guān)系（1）HCl+KCl（2）0.1mol·L-1HAc+NaOH（3）0.2mol·L-1HAc+NaOH（4）0.05mol·L-1KH2PO4+NaOH（5）0.05mol·L-1H2BO3+NaOH（6）NaOH+KCl基礎(chǔ)化學第八版第四章第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍例將0.20mol·L-1HB溶液和0.20mol·L-1B-溶液

以9:1的體積比混合，計算緩沖系的緩沖容量。解：用相同濃度的共軛堿和共軛酸配制緩沖溶液時，其體積比等于緩沖比，取aV體積HB溶液與bV體積B-溶液混合,則[B-]/[HB]=b/a，

c總

=[HB]+[B-]=0.20mol·L-1，當a:b=9:1時，

基礎(chǔ)化學第八版第四章第四節(jié)緩沖溶液的配制一、緩沖溶液的配制方法（一）配制原則和步驟1．選擇合適的緩沖系（1）pH在pKa±1緩沖范圍內(nèi)并盡量接近弱酸pKa。（2）緩沖系的物質(zhì)必須對主反應(yīng)無干擾。2．所配緩沖溶液的總濃度要適當一般總濃度0.05mol·L-1～0.2mol·L-1。3．計算所需緩沖系的量根據(jù)Henderson-Hasselbalch方程計算。4．校正需在pH計監(jiān)控下，對所配緩沖溶液的pH校正?；A(chǔ)化學第八版第四章第四節(jié)緩沖溶液的配制（二）常用配制方法1.為操作方便，常用相同濃度的共軛酸堿配制緩沖溶液。2.可采用過量弱酸（堿）與強堿（酸）反應(yīng)組成緩沖系，如：

HAc(aq,過量)+NaOH(aq)═NaAc(aq)+H2O(l)

優(yōu)點：

HCl和

NaOH溶液為常備試劑，容易獲得。

弱酸或弱堿的濃度即緩沖系的總濃度。

通常緩沖溶液的pH需要在pH計監(jiān)控下調(diào)整，滴加強堿/酸易于操作?；A(chǔ)化學第八版第四章第四節(jié)緩沖溶液的配制例如何配制pH=4.50的緩沖溶液1000mL?解(1)選擇緩沖系由于HAc的pKa=4.756，接近所配緩沖溶液

pH=4.50，所以可選用HAc-Ac-緩沖系。

(2)

確定總濃度，計算所需緩沖系的量一般要求具備中等緩沖能力即可，并考慮計算方便，選用0.10mol·L-1的HAc和0.10mol·L-1

NaAc溶液。應(yīng)用式(4.5)可得基礎(chǔ)化學第八版第四章第四節(jié)緩沖溶液的配制設(shè)V(NaAc)=xmL則：V(Ac-)=xmL=355mLV(HAc)=1000mL-355mL=645mL基礎(chǔ)化學第八版第四章第四節(jié)緩沖溶液的配制

例pH接近于7.0的磷酸鹽緩沖溶液常用來培養(yǎng)酶?，F(xiàn)采用H3PO4與NaOH溶液混合配制pH=6.90的緩沖溶液，在450mL0.10mol·L-1的H3PO4溶液中，應(yīng)加入多少mL0.10mol·L-1NaOH溶液？已知H3PO4的pKa1=2.16、pKa2=7.21、pKa3=12.32(忽略溶液體積加合引起的體積變化)。

解

根據(jù)配制原則，應(yīng)選－緩沖系，質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)分兩步進行：

(1)H3PO4(aq)+NaOH(aq)=NaH2PO4(aq)+H2O(l)(2)NaH2PO4(aq)+NaOH(aq)=Na2HPO4(aq)+H2O(l)基礎(chǔ)化學第八版第四章第四節(jié)緩沖溶液的配制(1)H3PO4

(aq)+NaOH(aq)=NaH2PO4(aq)+H2O(l)將H3PO4完全中和生成NaH2PO4，需0.10mol·L-1NaOH450mL，并生成NaH2PO4

450mL×0.10mol·L-1=45mmol(2)NaH2PO4(aq)+NaOH(aq)=Na2HPO4(aq)+H2O(l)設(shè)中和部分NaH2PO4需NaOH溶液的體積V(NaOH)=xmL，則生成Na2HPO40.10xmmol，剩余NaH2PO4(45-0.10x)mmol，解得x=148

共需NaOH溶液的體積為：450mL+148mL=598mL基礎(chǔ)化學第八版第四章第四節(jié)緩沖溶液的配制二、標準緩沖溶液標準緩沖溶液性質(zhì)穩(wěn)定，有一定的緩沖容量和抗稀釋能力，用來校準pH計?；A(chǔ)化學第八版第四章第五節(jié)血液中的緩沖系一、血液中存在的緩沖系血漿中：H2CO3-HCO3-

、H2PO4--HPO42-

、HnP-Hn-1P-紅細胞中：H2b-Hb-(血紅蛋白)、H2bO2-HbO2-(氧合血紅蛋白)H2CO3-HCO3-、H2PO4--HPO42-

因為血液中存在多種緩沖系，以及在腎、肺共同協(xié)調(diào)作用下，所以其pH保持在7.35~7.45之間?；A(chǔ)化學第八版第四章第五節(jié)血液中的緩沖系

上述緩沖系中，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。來源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，與其離解產(chǎn)生的碳酸氫根離子，以及血液中貯存的碳酸氫根離子達成平衡：