第三章缓冲溶液课件.ppt

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1、第三章缓冲溶液,第一节 缓冲溶液和缓冲作用机理第二节 缓冲溶液的pH第三节 缓冲容量第四节 缓冲溶液在医学中的意义,下列情况均需pH一定的缓冲溶液：大多数为酶所控制的生化反应微生物的培养组织切片细胞染色药物调剂、研制等,第三章 缓冲溶液,第三章缓冲溶液, pH=3 , pH=0.09 ,1L纯水中,(pH= 7 ),+1 molL-1 HCl 0.1 ml,pH=4, pH=3 ,+1 molL-1 NaOH 0.1 ml,pH=10,1L含0.1mol HAc和NaAc的溶液,(pH=4.75 ),+1 molL-1 HCl 10 ml,pH=4.66, pH=0.09 ,+1 molL-1

2、 NaOH 10 ml,pH=4.84, 缓冲溶液,缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的溶液。,缓冲对(系): 组成缓冲溶液的共轭酸碱对。,组成：抗酸成分 + 抗碱成分,缓冲作用：缓冲溶液对少量强酸、强碱或稀释的抵抗作用。,NaAc HAc,3.1. 缓冲溶液和缓冲作用机理,3.1.1 缓冲溶液的组成,缓冲溶液的类型, 酸式盐-次级盐, 弱酸-弱酸盐, 弱碱-弱碱盐,NH3-NH4Cl,NaHCO3-Na2CO3,NaH2PO4-Na2HPO4,H2CO3-NaHCO3,HAc-NaAc,组成特点：均含共轭酸碱对,缓冲溶液的组成,1.下列各组溶液中不是缓冲溶液的是

3、 ( )A、0.2 molL-1NH4Cl与0.1 molL-1NaOH等体积混合B、0.1 molL-1NaOH与0.1 molL-1HAc等体积混合C、0.1 molL-1NaOH与0.2 molL-1HAc等体积混合D、0.1 molL-1NaOH与0.2 molL-1Na2HPO4等体积混合2.下列哪种溶液能与0.2 molL1NaHCO3等体积混合配成缓冲溶液 （ ） A、0.2 molL1HAc B、0.2 molL1KOH C、0.1 molL1H2SO4 D、0.1 molL1NaOH,B,D,3.1.3 缓冲溶液的作用原理,HAcNaAc缓冲体系,NaAc Na+ + Ac-

4、,HAc、Ac- 足够大,Ac- + H+ HAc,加少量酸：(H+),HAc略,加少量碱：(OH-),H+ + OH-H2O , HAc的质子传递平衡右移补充失去的H+,1.,2.,Ac-略,H+基本不变,HAc略,Ac-略,H+基本不变,Ac-是抗酸组分,HAc是抗碱组分,3.,加入大量的强酸或强碱，抗酸抗碱成分将耗尽，缓冲溶液丧失缓冲能力。,4.,浓度较大的强酸或强碱也具有缓冲作用，但缓冲机理不同。它们酸碱性太强，很少作为缓冲溶液用。,通常说的缓冲溶液，指的是由共轭酸碱对组成的缓冲溶液。,3.1.3 缓冲溶液的作用原理,3.2. 缓冲溶液的pH,3.1 缓冲溶液pH的计算公式缓冲公式,缓

5、冲体系 HB NaB：,NaB Na+ + B-,Ka=,H3O+,B-,HB,pH=,pKa,+,lg,B-,=,共轭酸,pKa,+,lg,共轭碱,Henderson- Hasselbach 方程式,缓冲比,HB,缓冲公式,B-=c NaB + c（HB）,HB=c HB - c（HB）,(配制前B- 、HB浓度相同V B-、 VHB为混合前体积),c（HB）为HB已解离部分浓度,由于同离子效应，c（HB）可以忽略,B- c (B_),HB c (HB),缓冲公式,说明：,1.缓冲溶液的pH值决定于共轭酸的Ka和缓冲比,3.缓冲比=1时， pH = pKa。,4.稀释时 c B-, c HB

6、 同等降低, pH 基本不变。,2.同一缓冲系统，pKa一定，pH就决定于缓冲比，改变缓冲比，就可以在一定范围内配制不同pH的缓冲溶液。,例1、0.20 molL-1 HAc溶液和0.20 molL-1 NaAc溶液等体积混合成1.0 L缓冲溶液，求此溶液的pH值。在此溶液中分别加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH、10 mL H2O后，pH值改变为多少？（不考虑体积变化，已知HAc的pKa = 4.75）,解：（1）cHAc = cAc- = 0.20 / 2 = 0.10 ( molL-1 ),（等体积、等初始浓度，pH = pKa）,（2）加入0.010 mol

7、HCl （H+ 与Ac- 作用生成HAc） cAc- = 0.10 0.010 = 0.090 ( molL-1 ) cHAc = 0.10 + 0.010 = 0.110 ( molL-1 ),（3）加入0.010 mol NaOH （NaOH与HAc反应） cAc- = 0.10 + 0.010 = 0.110 ( molL-1 ) cHAc = 0.10 0.010 = 0.090 ( molL-1 ),（4）加入10 mL水cHAc = cAc- = 0.101.0 / 1.010 = 0.099 ( molL-1 ),本例很好地说明了加入少量强酸、少量强碱及少量水后，溶液的pH值基本

8、不变。,3.2.2 计算缓冲溶液 pH 值,例 将0.10 molL-1的 NaH2PO4 溶液 10.0 ml 和 0.20 molL-1的Na2HPO4 溶液 1.0 ml 混合，计算该混合液的 pH 值。,例 50ml 0.10 molL-1HAc溶液与25 ml 0.10 molL-1NaOH 溶液相混合，是否具有缓冲作用？并计算该溶液的pH值。,解： HAc + NaOH NaAc + H2O反应前/mmol 0.1050 0.1025 0反应后/mmol 0.10(50-25) 0.1025,= 4.75+lg1=4.75,3.3 缓冲容量,3.3.1 缓冲容量 (buffer c

9、apacity),2.定义：使单位体积缓冲溶液的pH值改变1时（ pH=1) ，所需加入一元强酸(碱)的物质的量。,1.意义：衡量缓冲能力大小的尺度。,V表示缓冲溶液的体积，n表示加入的一元强酸或强碱的物质的量，pH表示缓冲溶液pH值的变化。,例 用浓度均为 0.20 molL-1 的 HAc 和 NaAc 溶液等体积比混合成 10 ml 缓冲液，计算该缓冲液的 pH 值。若在该溶液中加入 0.10 molL-1 NaOH 0.30 ml ，再计算该缓冲液的缓冲容量 。( HAc 的 pKa = 4.75 ),解: , 加入强碱后：,pH = 4.78 4.75 = 0.03,3.3.2 影响

10、的因素,缓冲比一定时，c总越大，越大；,1、 总浓度,稀释时，c总， 。,c总=B- + HB c(B-) + c(HB),2、 缓冲比,缓冲比= 1， pH = pKa, 缓冲能力最强,1,通常把缓冲比为 1 时的缓冲容量称为最大缓冲容量,缓冲范围,当缓冲比大于10或小于1 / 10时，很小，缓冲能力显著下降甚至消失。当缓冲比等于1时， ，最大，缓冲能力最强。,（3.755.75）,缓冲溶液的缓冲作用有一定的范围，缓冲作用的有效pH范围叫做缓冲范围。,缓冲溶液的缓冲范围：,例如HAc-NaAc缓冲体系的缓冲范围：,3.3.3 缓冲溶液的配制,配制缓冲溶液可按下列原则和步骤进行：,1. 选择缓

11、冲对,5. pH值校正。,4. 计算所需缓冲对的量。,2. 控制缓冲对的总浓度。,3. 缓冲系物质稳定、无毒，不能与溶液发生反应。,pH=5.00,c总 = 0.050.2 molL-1,HAc-NaAc (pKa=4.75),（用pH计矫正）,例 配制pH = 5.00 的缓冲溶液 100 ml ，应选择哪 种缓冲？ 如何配制？,解：选用0.10 molL-1HAc - 0.10 molL-1NaAc 设需HAc xml，则NaAc为（100 -x）ml, VHAc=x 36(ml) VNaAc= 100 -x 64 (ml),一、人体血液pH值的正常范围： 7.357.451、当pH 7.

12、45时，出现碱中毒。 超过7.07.8这一范围，生命就不能继续维持。,3.4 缓冲溶液在医学中的意义,二、为什么正常人体血液pH值会保持基本恒定？,人体血液中存在多种缓冲对： 血浆中有H2CO3-HCO3-、蛋白质、H2PO4-HPO42-等； 红细胞中有血红蛋白、含氧血红蛋白、H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-等。 其中H2CO3-HCO3-缓冲对因其浓度最高、缓冲能力最强，对维持血液正常pH值起主要作用。,超过1 / 1010 / 1 的缓冲范围，为什么仍能很好地维持血液的pH值?,因为血液为敞开系统，抗酸、抗碱成分的消耗与补充可由肺、肾的生理功能得到及时的调节。,课后作业：

13、第二章课后习题； 第三章1、2、3、4、5、8（第4题改为“欲配制pH=9.2的缓冲溶液。”）,.缓冲溶液稀释后，溶液的pH值基本不变，缓冲能力也不变。 （ ）2.能对抗外界加入的少量强酸、强碱或水稀释的影响，保持溶液的pH值几乎不变的溶液称为缓冲溶液。（ ）3.总浓度一定时，缓冲溶液的缓冲比愈大，其缓冲容量愈大。 （ ）4. 缓冲能力愈大的缓冲溶液，缓冲范围愈大。 （ ）5. pH=5.00的缓冲溶液，其缓冲范围为6.007.00。 （ ）,判断：,错,错,错,错,对,1.C总一定时,缓冲溶液在下列哪种情况时缓冲能力最大 A. A-/HA=1 B. A-/HA=10 C. HA/A-=10

14、D. HA/A- =202.某缓冲溶液的缓冲范围为5.307.30，则该缓冲溶液的共轭酸的酸常数Ka为 A.10-5.30 B.10-6.30 C.10-7.30 D.10-7.70 3. 用初始浓度为0.05 molL-1 HAc和0.05 molL-1 NaAc等体积混合后配制而成的缓冲溶液pH 值是 (HAc: pKa=4.75) A. 9.25 B. 4.75 C. 5.00 D. 5.104. 人体血浆中最重要的抗碱成分是 A. H2PO4- B. HPO42- C. HCO3- D. H2CO3,选择：,5. 配制pH= 5.00的缓冲溶液，应选择下列哪一对缓冲对最合适 A. HA

15、c - Ac-，HAc: pKa = 4.75 B. HCO3- - CO32-，HCO3-: pKa = 10.25 C. NH4+ - NH3，NH3: pKb = 4.75 D. H2PO4- - HPO42-，H2PO4-: pKa =12.676. 以下说法不正确的是 A. 缓冲作用原理是因为溶液中含有足够浓度的共轭酸与共轭碱，通过质子转移平衡的移动，调节溶液的pH值不发生显著的变化。 B. 缓冲溶液的pH值取决于共轭酸的解离常数与缓冲比。 C. 当总浓度一定时，在缓冲比等于1时，缓冲溶液具有最大的缓冲容量。 D. 缓冲容量的大小与缓冲对的性质有关。,习题,填空,1.已知 NH3的

16、pKb=4.75 ，则NH3NH4Cl缓冲溶液的缓冲范围为 。2.正常人血液的pH值为 ，其中最重要抗酸成分 为 、抗碱成分为 。3. 缓冲容量与 和 有关。,8.25 10.25,HCO3-,H2CO3,7.35 7.45,总浓度,缓冲比,7、以下各组溶液中，哪组不是缓冲溶液 A、0.1 mol/L HCl与0.2 mol/L NH3等体积混合 B、0.2 mol/L NH4Cl与0.1 mol/L NaOH等体积混合 C、0.1 mol/L NaOH 与0.1 mol/L HAC等体积混合 D、0.1 mol/L NaOH与0.2 mol/L HAC等体积混合,解（1）混合液为0.05 m

17、olL-1 NH4Cl溶液,H+=,=5.30 10-6(molL-1),pH =- lg5.30 10-6=5.27,/Ka=,500,=,一元弱酸,1、将0.10 molL-1 盐酸溶液 30.0 ml与不同体积0.10 molL-1 氨水下列溶液相混合，求混合后溶液的 pH 值（已知NH3 的 pK b = 4.75）。 （1） 30.0 ml （2） 60.0 ml,1、将0.10 molL-1 盐酸溶液 30.0 ml与不同体积0.10 molL-1 氨水下列溶液相混合，求混合后溶液的 pH 值（已知NH3 的 pK b = 4.75）。 （1） 30.0 ml （2） 60.0 ml,=14- pKb,+,=14-4.75=9.25,解（2）混合液由生成的NH4Cl和剩余的NH3组成,