第7章缓冲溶液.ppt

1,第7章 缓冲溶液buffer solution,镰抉郝檬墓烂萌讶狼逐究暂尚亢努璃傅隅霞巳巨帕结剪迸借型双镐歌值云第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,2,学习要求,掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。掌握影响缓冲溶液pH的因素、应用Henderson-Hasselbalch方程式计算缓冲溶液pH值。掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。熟悉配制缓冲溶液的原则和方法。了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程中的作用。,纬押漫砰涟般棺钦初卜型瓶玩榷晦掣饶拐辽茵烘溉烽襟谴爷罚坠尚佩靠秒第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,3,缓冲溶液的作用人体内生物化学反应与 酶有关 酶的活性与pH有关如胃蛋白酶具有活性的pH范围：1.5 2.0 当胃液pH4.0，胃蛋白酶失活血液的pH值在7.35 7.45 酸中毒(糖尿病酮症酸中毒)与碱中毒维持体液的pH值恒定非常重要,溅科溪僚炒靖筛窟忿侯潞舅适览俩人蜀深侧诵酪盾茎湖人斯喧魔索吐霜铡第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,4,?,?,茬瞅剑递钡支函迭厘扫嚣藏葵征袁蛮谷臼怂耪驳贷馋巴局嫁巳赚市媚炒网第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,5,第一节 缓冲溶液及其缓冲作用,一、缓冲溶液的缓冲作用1.缓冲溶液,把当加入少量的强酸、强碱或稍加稀释，而能保持其pH值基本不变的溶液，称为缓冲溶液。2.缓冲作用 缓冲溶液对少量的强酸、强碱或稍加稀释的抵抗作用,称为缓冲作用。,浮诌羹示助凤惩瞳标粤胯瞎真逢腻祁筐羞兴划涌疚按魂请腊涌犹搞屯恤系第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,6,3.缓冲溶液的组成,缓冲溶液:由共轭酸碱对构成的溶液。(1)弱酸及其盐型:HAc-NaAc(2)弱碱及其盐型:NH3-NH4Cl(3)酸式盐与其次级盐型:NaH2PO4-Na2HPO4,弱情戎茄骤砾村驰啡听览殊街诞绽锌前碧峦骏野激浦蛀勋逗葵枪刽沥了勤第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,7,表1 常见的缓冲系,缓冲系 弱酸 共轭碱 pKa（25）HAc-NaAc HAc Ac-4.75H2CO3-NaHCO3 H2CO3 HCO3-6.37H3PO4-NaH2PO4 H3PO4 H2PO4 2.12NaH2PO4-Na2HPO4 H2PO4 HPO42-7.21H3BO3-NaH2BO3 H3BO3 H2BO3 9.14H2C8H4O4 H2C8H4O4 HC8H4O4-2.92-KHC8H4O4NH4Cl-NH3 NH4+NH3 9.25Na2HPO4-Na3PO4 HPO42-PO43-12.67,炸菌僳朵边捶壁甸缺硷对遮崎钢绷惹轻惩涪捍账逛崖观娃凉电疗电盔蕾梳第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,8,二、缓冲溶液的缓冲作用机制,强酸和强碱溶液的缓冲作用机制:含有高浓度的H+或OH-;弱酸与其共轭碱溶液的缓冲作用机制:转化与补偿机制。以HAc NaAc为例:,便柿倪瀑垣渝嫉未刨信悦火光剿衫辛显谁挑川愁剑忆橱装快匣梧另愁将种第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,9,Ac-抗酸成分,HAc抗碱成分,H+基本不增大，pH值基本保持不变；,H+基本不减小，pH值基本保持不变。,危佯香畸珐白勋盼账评须猴蓝伪桩买卤涪嘲宿幻仑廊恢铸凛汕蝶牺乐斋驻第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,10,在缓冲体系中：,加水稀释：比值基本不变，pH值基本保持不变。,H+基本不增大，pH值基本保持不变；,H+基本不减小，pH值基本保持不变。,实质：是共轭酸碱对之间质子转移平衡发生移动 的过程。,侍摆窄咳熬廉峡怀勉愤讲推共庞福旧涅趾戍公臀啦詹邹矣援肘俏疼胯蕊庚第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,11,练习，判断下列说法：20ml 0.025 molL-1 HAc和10ml 0.025 molL-1NaOH的混合液是否具有缓冲作用；酸性缓冲溶液（H3PO4NaH2PO4）（pH=2.12）对外来酸有抵抗作用，对外来碱是否具有抵抗作用。下列溶液是具有缓冲作用(1)1 L水中加入0.01 molL-1HAc和0.01 molL-1 NaAc各一滴。(2)含0.1 molL-1 NaOH和0.1 molL-1NaCl溶液。(3)含0.02 molL-1 HCl和0.02 molL-1NH3等体积混合。,森崔匝狸析彩竭馈粘庚添抚卜酣瞳贪咳只架适禽渔结瑟侨涉誉柬预揉嚎鞭第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,12,第二节 缓冲溶液pH值计算,一、缓冲溶液pH值的计算公式以HB-B-为例：,HB+H2O H3O+B,Henderson-Hasselbalch方程式,叫脆萨稍琳宛攘堤往唁皆话矮隐韩唆错笺帛泽徊午置氮哄良沧轨跟市草焕第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,13,缓冲溶液的缓冲比；,B+HB 缓冲溶液的总浓度,由于B的同离子效应，HB的解离很少，故可用浓度代替平衡浓度，即,棵练骚回描力谰轰燎峰寂乍置芦天健怒齿桅笛妙尸语蝉拢鼻苔寓聊换炔俞第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,14,pH=pKa+lg,nB/VnHB/V,共轭酸碱共处于一个溶液中，体积相同，故浓度之比即为摩尔数之比,pH=pKa+lg,nBnHB,由以上各式可知：（1）缓冲溶液的pH值首先取决于弱酸的酸常数Ka。(pH值与温度有关。)（2）缓冲系一定时，Ka一定，则pH随缓冲比的变化而变化。（3）缓冲溶液加少量水稀释时，缓冲比不变，故pH不变。,朗藕岗峙亨刮添帆颊梳硒继辅改勿泳正淌缄孙厕担焉悔繁爪懦晕掸伯乐热第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,15,例1 0.080 molL-1HAc和0.20 molL-1NaAc等体积混合成1L缓冲溶液 求此溶液的pH值？分别计算加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，缓冲溶液pH值的改变值(体积视为不变)。,解：,加入HCl，缓冲溶液pH值的改变值,店估狮佰条疙碘啃妙较言桶锨蔡凑樱钨茁厌搬左啤硼嚼箱蔼仲献报聘坝茂第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,16,加入NaOH，1L溶液中其浓度为0.010molL-1,问题:如果把同样多的HCl或NaOH加入同样量纯水 中，pH会改变多少？,闸娠尽旁篓振显楼凤诉捶马疚皮莆聂喝瑚瓢金懊梭五税独畦对意蓬麦挛作第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,17,二、缓冲溶液pH值的计算公式的校正,前面用浓度计算出的缓冲溶液pH只是近似值.以下用活度计算缓冲溶液pH准确值:,pH=pKa+lg,aBaHB,=pKa+lg,BBHBHB,=pKa+lg+lg,B HB,BHB,=近似值+校正因数,加砧泡棉面华肮仔惹滤政葡稀条虾妄谊炭尉坷随激总时颜给裳删痔仔召业第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,18,匹锹挥芒娘舒曝曹吓臃早弯普惧颂恳裤笺盗役言壕迎蝶勿厂如岔简墟堕渐第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,19,例2：已知25时，H2CO3的pKa=6.38，现将CO2加压后达到饱和的H2CO3溶液(0.30molL-1)，与0.10 molL-1 NaOH各10mL混合配成缓冲溶液（假定混合后溶液体积为20mL），试计算其pH值:（1）不考虑活度因子的影响；（2）考虑活度因子的影响。,解 缓冲对H2CO3-HCO3-V(总)=20mL,(1)不考虑活度因子的影响,安苍獭薯羞明揍渗冲势烹嘲衅借电怂燎傲详呻渤患大染淋逗要鹊歹途术甩第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,20,(2)考虑活度因子的影响 H2CO3是弱电解质，NaHCO3是强电解质，因此离子强度,根据表3，当z=0，I=0.050 时，,欣岛浓色驮勉现机沸汞镶虹砰脓橱颅童泞钮禁蔚焙作睫栏鞘卒痊称烷胖膘第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,21,第三节 缓冲容量（buffer capacity）一、缓冲容量 1.缓冲容量的概念 缓冲溶液的缓冲容量是有限的:当其抗酸成分或抗碱成分被消耗到一定程度时，便失去缓冲功效。van Slyke提出 2.定义 使单位体积的缓冲溶液的pH值改变1个单位时，所需外加一元强酸或一元强碱的物质的量。,加碱=,nBV pH,加酸=-,nAV pH,趁周被喇逗恐漱沃馏娠舰叠徘债甲辣范汾扳拳咽讳兢漏砂歼圆搂裹耻胶炎第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,22,例3 0.080 molL-1HAc和0.20 molL-1NaAc等体积混合成1L缓冲溶液(1)求此溶液的pH值。(2)分别计算加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，该缓冲溶液的缓冲容量。,(2)在1L溶液中加入0.010mol HCl，则：nA=0.010（mol）pH=5.00 5.14=-0.14,在1L缓冲溶液加0.010mol NaOH，则 nB=0.010（mol）pH=5.305.14=0.16,削配寸幸禹痊谢申腺焚绎乡驳挤陀料便滚幼氖舅枫请笋凉眷竣弃惦婶磷狭第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,23,二、影响缓冲容量的因素,由=,nV pH,计算得出的为某pH变化范围内的平均值,而某一pH时的瞬时值为,=,dnV d pH,由此可见，是随pH的变化而变化的.,熬狗呸渭碍未艘矛揭卜岔嚼肚窘今卡萤编寥砂削孕腿仁竹非炮恫瞩抄继职第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,24,（1）缓冲溶液总浓度的影响,缓冲比一定，总浓度对缓冲容量的影响,结论：当缓冲比一定时，c缓总越大，越大，缓 冲能力越大。一般c总在0.050.2 molL-1范围内最好。c缓总太小，太小；c缓总过大，离子强度大；,肤谗坍私抨括瘴搪券目命慌钞净褒陡鹊潘射渴涂斧欠尤几铂唁抖冗姓吻辉第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,25,缓冲容量与缓冲比的关系,缓冲溶液总浓度一定，缓冲比等于1时,缓冲比等于1时，缓冲容量最大,2.缓冲比对缓冲容量的影响,券落蘸腕桅钳伟旭葫株驭吏本邀语士鞭娜委盲牟捐耽率饮活列稍拓塑凌昨第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,26,结论 1.强酸、强碱缓冲能力强，单向变化。2.缓冲系不同，pKa不同，缓冲范围不同。3.缓冲比一定时，总浓度越大，其max越大；缓冲比一定时，总浓度相同，max相同。,HCl NaOH 0.1molL-1HAc+NaOH 0.2molL-1HAc+NaOH 0.05molL-1KH2PO4+NaOH 0.05molL-1H3BO3+NaOH,楷唱卞哟崇谷狮痘潘型盾矗都汐折祖暑继特秀景誊苇互擅尽尉风唉真贞煌第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,27,4.总浓度一定时，当B/HB=1时，缓冲容量值最大：max=0.576c总5.缓冲比越偏离1时，缓冲容量越小。当B/HB 10，或1/10，失去缓冲作用；当1/10 B/HB 10，具有缓冲作用。缓冲范围：pH=pKa 1,业渴邪歧盒蚌蜕尚逐漠烘湖维郡赛现茹耶盛惶侵狼氛届截诵歪棘帜酸嫌都第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,28,就欢郸仗抉涸粳伍咋腆宋购春刁四某尔竭秸盅氖腰铀蚕锐愿雁霍埂大鸳淆第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,29,一、缓冲溶液的粗略配制方法 1.选择适当的缓冲系：（1）使所选缓冲系的缓冲范围包括所配缓冲溶液的pH值；（2）弱酸的pKa值尽量接近pH值，以使缓冲容量接近极大值。2.配制的缓冲溶液要有适当的总浓度。一般以0.050.20 mol L-1为宜。,第四节 缓冲溶液的配制,躺唬窍养匹赔金写献刷患绪垮坊截帅阔髓壕革午这帝犀仆猿旬浊饶绅荚屈第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,30,3.选定缓冲系及总浓度后，根据Henderson公式计算所需弱酸及其共轭碱的量。,荫天鄙镭柄廉显忿株陀势杏茄锚闷演允荧衫差捡宫定班巍呕枣释辈感占齿第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,31,一般配c（B-）=c（HB），则,而V总=VB+VHB，,pH=pKa+lg,VBVHB,pH=pKa+lg,VBV-VB-,4.将求得的VB和VHB相混合。,外假庙索吁颅燥清霄轿数藕震桃叫铱昼违矗债逗能钉画悸脚赐描单瘦幢桥第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,32,例4 如何配制100mLpH约为5.00的缓冲溶液？,解 HAc 的pKa=4.75,与5.00最为接近，故选HAc-NaAc缓冲系.然后配制浓度在0.050.20 mol L-1范围内(如0.10 mol L-1)相同浓度的HAc和NaAc溶液。,pH=pKa+lg,VBV-VB-,5.00=4.75+lg,VAc100-VAc-,VNaAc=64mL,VHAc=36mL.,故将64mL浓度在0.050.20 mol L-1的NaAc溶液和36mL相同浓度的HAc溶液混合均匀，即得所需缓冲溶液.,爆栋秤辱执角脉呆浦更锻感骸驭窘饼谁钎耀茶妥瘤胆环贞秤仲刚赃鸳芍肋第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,33,二、缓冲溶液的准确配制方法 1.应用配方进行配制 文献资料，准确方便 表4 H2PO4 和 HPO42-组成的缓冲溶液（25）,嗡惋吴迄瑟场晕耿板谜湖奥芍罗骚呜臃揖克圾腥具副蜒续痛间搁疗凡滚徽第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,34,2.用pH计校准,将所配的粗略pH值缓冲溶液在pH计监控下用稀的强酸或强碱调至准确的pH值。应用pH计时，必须用标准缓冲溶液校准。,读塘姬八乃棺苯颈踢醋赶报预荡庚当烽碗均泽诬毕拒馁诲军令拎驾粱枕挂第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,35,练习,1.下列各溶液有无缓冲性?(1)20mL0.1 mol L-1 HAc+20mL0.1 mol L-1 NaOH;(2)20mL0.1 mol L-1 HAc+1mL0.1 mol L-1 NaOH;(3)20mL0.1 mol L-1 HAc+10mL0.1 mol L-1 NaOH.2.用0.025 mol L-1 H3PO4溶液和0.025 mol L-1 NaOH溶液配制pH值为7.40的缓冲溶液100mL,计算所需H3PO4和NaOH溶液各为多少mL?解 首先应选择合适的缓冲系。H3PO4的pKa1=2.12,pKa2=7.21,pKa3=12.36,其pKa2与所配缓冲溶液的pH值最为接近，故缓冲系应为H2PO4-HPO42-,涧阑谱虚头胸掠毯囊晕莎土涧落妮争啃督苟变宰复梆戈瞻纹予颖溅窒椽邯第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,36,缓冲系为H2PO4-HPO42-,需加NaOH包括两部分:一部分NaOH将H3PO4全部转化成了H2PO4-;另一部分NaOH将一部分H2PO4-再转化成了HPO42-。设需加H3PO4 x mL,NaOH y mL,则 n(HPO42-)=0.025(y-x)mmol n(H2PO4-)=0.025 x-0.025(y-x)=0.050 x-0.025 y mmol,pH=pKa2+lg,n(HPO42-)n(H2PO4-),7.40=7.21+lg,0.025(y-x)0.050 x-0.025 y,晴晚鹊沿缓谷衫灵彤另哟那辕沪寓捕曼词瓷废圈搐孰葱抵山脸蹦嚎蕴针屎第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,37,=1.55 y=1.61 x,y-x 2 x-y,需配100mL缓冲溶液,故 y+x=100,x=38 mLy=62 mL,故需H3PO4 和 NaOH溶液分别为38 mL 和62mL.,霍跟厩奔贸痞找轿砚下釉臂叁职辉软棘袁晒姥刺糟凤鬼掏汕荐哥炎脚麦谤第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,38,一、缓冲溶液及其缓冲作用把当加入少量的强酸、强碱或稍加稀释，而能保持其pH值基本不变的溶液，称为缓冲溶液。对少量的强酸、强碱或稍加稀释的抵抗作用,称为缓冲作用。缓冲溶液组成:由共轭酸碱对构成 B-HB缓冲实质：是共轭酸碱对之间质子转移平衡发生移动的过程。二、缓冲溶液pH值的计算公式,三、缓冲容量 1.缓冲系不同，pKa不同，缓冲范围不同。缓冲范围：pH=pKa 1 2.缓冲比一定时，总浓度越大，其max越大；缓冲比一定时，总浓度相同，max相同。3.总浓度一定时，当B/HB=1时，max最大；,抗传誓倡瞒哄诉危移带硼佑苞瞬灭如甘掘恿衔颖狙滚咬艳悉圣驹孔充琐邵第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,39,根据pH值计算公式,求出缓冲比及其共轭酸、碱的量;,选用等浓度的共轭酸碱对配制缓冲溶液;,选择适当的缓冲系.选择所配缓冲液的pH值尽量接近弱酸(弱碱)的pKa(pKb)，以使接近极大值,四、缓冲溶液的配制,选择适当的总浓度0.050.2 mol L-1,注意离子强度的影响,注意校正;,夹母霍敌熔材妹猾弛撅沧朝差镁害宵沛稿抠嚣暮坤座玻积权旗沛烂吠理拐第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,40,作业:5,6,10,驻弥图到大搅年缠校枷乔抢须辊本疮亩鸡郡钳抿二喂炭秧妮遣弥掳矽卜弘第7章缓冲溶液第7章缓冲溶液,