第04章缓冲溶液基础化学教学课件

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1、第四章第四章 缓冲溶液缓冲溶液(Buffer Solution)第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制 第二节第二节 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值值第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系1.掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。2.掌握影响缓冲溶液掌握影响缓冲溶液pH的因素、应用亨的因素、应用亨-哈哈 方程式计算缓冲溶液方程式计算缓冲溶液pH值。值。3.掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算4.熟悉配制缓冲溶液的

2、原则和方法。了解常用熟悉配制缓冲溶液的原则和方法。了解常用 缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。5.熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH 过程中的作用。过程中的作用。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制*第二节第二节 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值计算值计算*第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围*第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制*第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系*本章小结本章小结*参考文献参考文献*一、缓冲溶液及其组成一、缓冲溶液及其组成实验：样品实验：样品1，1L 0.10molL-1Na

3、Cl溶液溶液 样品样品2，1L 含含HAc和和NaAc均为均为0.10mol的溶液的溶液操作：分别加入操作：分别加入0.010mol强酸（强酸（HCl）观察现象：观察现象：pH值的变化值的变化结论：结论：HAc和和NaAc混合溶液有抵抗外来少量强酸、混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱而保持强碱而保持pH值基本不变的能力。值基本不变的能力。HAc-NaAc systemHCl滴加HCl滴加NaCl solutionn缓冲溶液：能抵抗外加少量缓冲溶液：能抵抗外加少量 强酸、强碱或稍强酸、强碱或稍 加稀释，而保持其加稀释，而保持其pH值基本不变的溶液值基本不变的溶液n缓冲作用（缓冲作用（buffer

4、action）：缓冲溶液对强）：缓冲溶液对强 酸、强碱或稀释的抵抗作用酸、强碱或稀释的抵抗作用n缓冲溶液的组成：由足够浓度的共轭酸碱缓冲溶液的组成：由足够浓度的共轭酸碱 对组成。对组成。n缓冲系缓冲系(buffer system)或缓冲对或缓冲对(buffer pair)：构成缓冲溶液的共轭酸及其共扼碱。构成缓冲溶液的共轭酸及其共扼碱。二、缓冲机制 HAc+H2O H3O+Ac-（NaAc）+OH-平衡移动方向 +H+强碱 强酸结论：抗酸成分：共轭碱 抗碱成分：共轭酸一、缓冲溶液一、缓冲溶液pH值的近似计算公式值的近似计算公式 (HendersonHasselbalch方程式方程式)1.方程方

5、程 pHpKa+lg pKa+lg pKa ：弱酸解离常数的负对数。弱酸解离常数的负对数。HB和和B-：为平衡浓度。为平衡浓度。B-/HB：缓冲溶液的缓冲比。缓冲溶液的缓冲比。B-+HB：缓冲溶液的总浓度。缓冲溶液的总浓度。HBB共轭酸共轭碱 pHpKa+lg pKa+lg pHpKa+lg pKa+lg pHpKa+lg pKa+lg HBB)(c)(c共轭酸共轭碱VnVn/)HB(/)B()HB()B(nn)HB()HB()B()B(VcVc)HB()B(VVn两种溶液混合求两种溶液混合求pH值（方法）值（方法）两种溶液混合，浓度将改变两种溶液混合，浓度将改变判断反应物的性质（酸碱必反应）

6、判断反应物的性质（酸碱必反应）找到反应最终产物（仅相差一个找到反应最终产物（仅相差一个H+就就不会反应了），如果相差一个不会反应了），如果相差一个H+，则为则为缓冲溶液，用亨缓冲溶液，用亨哈方程式求哈方程式求pH值值)NH()NH(43nnml15Lmol20.0ml20Lmol10.011计算下列混合溶液的计算下列混合溶液的pH值值 (1)10ml 0.2molL-1 Na3PO4+10ml 0.2 molL-1 H3PO4 (2)10ml 0.2molL-1 Na3PO4+10ml 0.4 molL-1 H3PO4 (3)10ml 0.2 molL-1 Na3PO4+10ml 0.6 mo

7、lL-1 H3PO4n已知缓冲溶液已知缓冲溶液Ka，共轭酸碱的量，求加，共轭酸碱的量，求加入少量强酸、强碱，求入少量强酸、强碱，求pH?例例 1L0.1 molL-1 NaH2PO4中加入中加入1L 0.05 molL-1NaOH，pH=?往混合往混合 溶液中加入溶液中加入0.01mol HCl，pH?解：略解：略结论：加强酸后：结论：加强酸后：)H(HB)H(BlgppHnnnnKan 已知缓冲溶液的已知缓冲溶液的pH、共轭酸及其共、共轭酸及其共轭碱的浓度，求轭碱的浓度，求Ka例例 0.5molL-1某一元弱酸某一元弱酸30ml与与0.5 molL-1 NaOH 10ml混合，将混合混合，将

8、混合 溶液稀释至溶液稀释至 100ml，测得该溶液，测得该溶液 的的pH=6.0，求此弱酸的，求此弱酸的Ka 解：略解：略n 欲配制一定欲配制一定pH的缓冲溶液，判断用什的缓冲溶液，判断用什 么缓冲对，求所需共轭酸碱的浓度比么缓冲对，求所需共轭酸碱的浓度比 或体积比或体积比 例例 用用 0.025molL-1 H3PO4 和和 0.025 molL-1 NaOH 配制配制 pH=7.21的缓冲溶液的缓冲溶液100 ml，试求所需试求所需 H3PO4 和和 NaOH的体积比的体积比 （pKa1=2.12,pKa2=7.21,pKa3=12.67）解：略解：略二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH值计算公式

9、的校正值计算公式的校正HBBpHpKa+lgdpH d)b(aVndpH d)b(aVnn 无最高点的强酸或无最高点的强酸或 强碱体系也有缓冲强碱体系也有缓冲能力，但与典型的能力，但与典型的缓冲溶液有区别：缓冲溶液有区别：典型的缓冲溶液能典型的缓冲溶液能抗稀释，有缓冲对，抗稀释，有缓冲对，具有抗酸抗碱机理。具有抗酸抗碱机理。C总一定总一定,b/a=1,极大极大=0.576C总总；b/a10:1或或b/a1:10,较小，缓冲能力显著下降较小，缓冲能力显著下降Ac-molL-1HAcmolL-1缓冲比缓冲比c总总molL-1molL-1pH-10.0950.00519 10.10.010 90.0

10、90.019 10.10.020 70.050.051 10.10.057 60.010.091 90.10.020 7V0.0050.0951 190.10.010 9溶液溶液n原则：选原则：选pKa与与pH相接近的缓冲对相接近的缓冲对 控制总浓度在控制总浓度在0.05-0.2 molL-1n方法：直接：查表配制方法：直接：查表配制 间接：计算出体积再配（一般取间接：计算出体积再配（一般取 C同同，配，配V体积），有三种情况体积），有三种情况 弱酸弱酸+弱碱弱碱 弱碱弱碱+少量强酸少量强酸 弱酸弱酸+少量强碱少量强碱n实例：例1 用1.00 molL-1NaOH和1.00 molL-1 丙酸

11、（HPr）的方法如何配制1L总 浓度0.1 molL-1 pH=5.0的缓冲溶液 （HPr:pKa=4.87）解：略例2 配制500ml，pH=7.21的缓冲溶液，问：(1)0.1molL-1 NaH2PO4和0.1 molL-1 NaOH各需体积？(2)0.1 molL-1 NaH2PO4和0.2 molL-1 NaOH各需体积？（pKa1=2.12,pKa2=7.21,pKa3=12.67）解：略标准缓冲溶液标准缓冲溶液n定义：测量定义：测量pH值时用来校正值时用来校正pH计的溶液计的溶液n必备条件：配制简单、性能稳定、具有满意必备条件：配制简单、性能稳定、具有满意的缓冲容量和抗稀释作用的

12、缓冲容量和抗稀释作用n常用标准缓冲溶液的配制特点与原因：常用标准缓冲溶液的配制特点与原因：本身为两性物质：饱和酒石酸氢钾本身为两性物质：饱和酒石酸氢钾 化合物的组成相当于一对缓冲对：化合物的组成相当于一对缓冲对：强酸、强碱体系强酸、强碱体系：n标准缓冲溶液表 标准缓冲溶液溶溶 液液浓度浓度/(molL-1-1)pH(25)温度系数温度系数/(pH-1 1)酒石酸氢钾酒石酸氢钾(KHC4H4O6)饱和，饱和，253.557-0.001邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)0.054.008+0.001KH2PO4-Na2HPO40.025，0.0256.865-0.003KH2PO4-

13、Na2HPO40.008 695，0.03 0437.413-0.003硼砂硼砂(Na2B4O710H2O)0.019.180-0.008n人体中最重要的缓冲系人体中最重要的缓冲系:H2CO3HCO3-血浆中：血浆中：H2CO3HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnPHn-1P-(HnP代表蛋白质代表蛋白质)红细胞中：红细胞中：H2bHb-(血红蛋白血红蛋白)、H2bO2HbO2-(氧合血红蛋白氧合血红蛋白)、H2CO3HCO3-、H2PO4-HPO42-n 人体中缓冲溶液PH值的计算用PKa血浆中：H2CO3HCO3-（pKa =6.10）溶解COHCOlgppH23,aK溶解COHCO

14、lg10.6pH23n 血液的PH值之所以恒定在7.35-7.45之 间，是由于血液中各种缓冲系的缓冲 作用和肾肺的调节作用的结果。H2CO3 HCO3-肺 CO2+H2O 肾+OH-+H+n HendersonHasselbalch方程式HBB)(c)(c共轭酸共轭碱VnVn/)HB(/)B()HB()B(nn)HB()HB()B()B(VcVc)HB()B(VVn 缓冲溶液是由足够浓度的共轭酸碱对 组成，其中共轭酸为抗碱成分，共轭 碱为抗酸成分。n 缓冲容量取决于缓冲溶液的总浓度和 缓冲比：当缓冲对的总浓度一定时，缓冲比愈接 近1，缓冲容量愈大。当缓冲比相同时，缓冲对的总浓度愈 大，缓冲容

15、量也愈大。n 缓冲溶液的缓冲范围为缓冲溶液的缓冲范围为pHpKa土土1n 在血液中存在的主要缓冲对有在血液中存在的主要缓冲对有H2CO3HCO3-、H2PO4-HPO42-等，其中以等，其中以碳酸缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能碳酸缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，在维持血液正常力最大，在维持血液正常pH值中发挥值中发挥的作用最重要。的作用最重要。参考资料1.华彤文，杨骏英，陈景祖等华彤文，杨骏英，陈景祖等.普通化学原理普通化学原理:第二版第二版.北京：北京大学出版社，北京：北京大学出版社，19942.高鸿高鸿.分析化学分析化学.福州：福建科学技术出版社，福州：福建科学技术出版社，19883.人体体液是怎样维持其人体体液是怎样维持其pH和物种浓度的和物种浓度的.大学大学 化学化学,1987.（1）：）：55及及1989.（5）：）：48