无机化学酸碱平衡缓冲溶液.ppt

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1、第1页,第四节缓冲溶液,营养学专家指出，碱性食物对大鱼大肉的现代人来说多有裨益，但这跟食物的酸碱度没有多大关系，其好处在于被归类为“碱性”的食物普遍含有现代人所缺乏的营养物质，食物的酸碱度本身对人体酸碱度及健康影响甚微。,第2页,食物本身是酸性或碱性,不代表摄入体内的PH值是一定的。林秀红说,多数碱性食物摄入体内表现为碱性,但也有的碱性或降低,甚至变为酸性。以牛奶为例,钙离子燃烧之后的灰分,遇水生成氢氧化物,是强碱。可是在人体中,90%以上的钙都是以固体的形式存在,碱性虽强,却体现不出来。同理,肉类属于呈酸性食物,其主要营养成分是蛋白质。蛋白质中的氮元素在我们体内则大部分以氨基酸的形式存在,并

2、且是很多生物碱的中心原子,那么在体内它可以起到提高pH值的作用。肉本身是酸性的,但多数进入体内的酸性很小,甚至变为碱性。,第3页,实验 样品1：0.10 molL-1 NaCl溶液 样品2：含 HAc 和 NaAc 均为0.10 molL-1的混合溶液 操作：滴加强酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL-1 观察现象：pH的变化,一、缓冲溶液的组成和作用原理,第4页,0.10mol/L NaCl溶液,NaCl溶液中加入0.010 mol/HCl，溶液的pH由7变为2，pH=5,0.10mol/LHAc-0.10 mol/L NaAc溶液,0.10mol/L HAc-0.10mol/L

3、 NaAc溶液溶液中加入0.010 mol/L HCl，溶液的pH由4.75变为4.74，pH=0.01,第5页,结论 HAc-NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量强酸、强碱而保持pH基本不变的能力。,第6页,1.定义 能够抵抗外加少量酸碱或水的稀释，而 保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。,2.组成,抗碱组份 抗酸组分,弱酸及对应的盐 HAc NaAc弱碱及对应的盐 NH4Cl NH3H2O酸式盐及其次级盐溶液 NaH2PO4 Na2HPO4,缓冲溶液具有缓冲作用，是因为缓冲溶液中含有共轭酸碱对的两种物质，即抗碱组分和抗酸组分，通常把这两种组分称为缓冲对或缓冲系。,第7页,(1)弱酸及其对应的

4、盐以HAc-NaAc缓冲体系为例,存在共轭酸碱对HAc-Ac-,Ac-是共轭碱，结合质子,HAc是共轭酸，释放质子,NaAc是强电解质完全解离，HAc为弱酸，有同离子效应，降低了HAc的解离度，使HAc仅发生微弱解离。在混合溶液中cHAc（来自弱酸）和cAc-（主要来自NaAc）都较大，存在HAc的解离平衡。,3.作用原理,第8页,加入少量OH-，它与H+结合生成水，平衡向右移动。,加入少量H+，它与Ac-结合生成 HAc，平衡向左移动;,第9页,CO2+H2O,B-,H+,第10页,在HAc-NaAc缓冲体系中加入少量酸（如盐酸）时，溶液中大量的Ac-与H+结合生成HAc，同时其解离平衡左移

5、。当建立新平衡时，cHAc略有增加，cAc-略有减少，而溶液中cH+几乎不变。所以NaAc是缓冲溶液的抗酸成分。,在该缓冲体系中加入少量强碱，增加的OH-与溶液中的H+结合生成H2O，H+浓度的减少使得HAc的解离平衡右移，以补充H+的减少。建立新平衡时，cHAc略有减少，cAc-略有增加，而溶液pH几乎不变。所以HAc是缓冲溶液的抗碱成分。,第11页,当加水稀释时，溶液中的cH+减少，而解离度增加，补充了cH+的减少，因而pH维持相对稳定。,当加入大量的酸、碱，溶液中的HAc或Ac-消耗殆尽，就不再具有缓冲能力。所以缓冲溶液的缓冲能力是有限的。如果外界条件的改变超过了该溶液的缓冲能力，则溶液

6、的pH不再维持稳定。,(2)弱碱及其对应的盐自学(3)多元酸的酸式盐及其对应的次级盐自学,第12页,二、缓冲溶液pH值的计算,对于弱酸及其盐体系：,上式称为亨德森-哈塞巴赫方程，又称缓冲公式。式中，HA是弱电解质，加之共轭碱(A-)的同离子效应，致使HA的解离度更小，故平衡时：,缓冲比,c(HAc)ca c(Ac-)cb,第13页,上式又可近似为：,缓冲溶液的pH取决于缓冲对中弱酸的解离常数Ka和和缓冲液中的缓冲比；对于同一缓冲溶液，Ka相同，其pH只取决于缓冲比。当缓冲比等于1（即cb=ca）时，缓冲溶液的pH=pKa。,第14页,【例】等体积的0.2mol/L HAc与0.2mol/L N

7、aAc混合，计算其 pH值。（已知HAc的pKa=4.75）,pH=4.75+lg（0.1/0.1）=4.75,解：由公式,答：0.2mol/L HAc与0.2mol/L NaAc混合液的pH值为4.75,第15页,解：(1)原缓冲溶液的pH为：,【例】在100mL浓度各为0.10 mol/L的HAc和NaAc缓冲溶液中，加入0.1mL 1mol/L的HCl溶液，计算pH如何改变？（已知HAc的pKa=4.75。）,(2)加入HCl溶液后，HCl浓度变为,第16页,溶液的pH比原来降低了约0.01单位，几乎未改变。而若向纯水中加入，则改变约4个单位。,则：HAc=0.1+0.001=0.101

8、 mol/L Ac-=0.1 0.001=0.099 mol/L,此时发生反应：HCl+NaAc=HAc+NaCl,代入公式，得：,第17页,三、缓冲溶液的配制,选择适当的缓冲对原则：缓冲溶液的pH应该落在pKa-1 pH pKa+1之间，并尽量接近共轭酸的pKa，这样所配缓冲溶液具有较大的缓冲容量。,欲配制的缓冲溶液的 pH 值,应选择的缓冲组分,第18页,所选择的缓冲对不能与反应物或生成物发生作用，药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等。,缓冲溶液的总浓度控制在0.10.5mol/L之间较适宜,为了使缓冲溶液具有较大的缓冲容量，应尽量使 缓冲比接近于1。并计算出所需共轭酸、碱的量。,用精密pH

9、试纸或pH计对缓冲溶液的pH进行校正。,第19页,缓冲溶液在医学上的意义 在人体内缓冲溶液非常重要。人体内的pH只所以能保持在7.357.45之间，是因为人体内存在多种缓冲对。人体血液中存在的主要缓冲对有：血浆中：H2CO3-HCO3-；H2PO4-HPO4 2-；血浆蛋白酸-血浆蛋白盐 研究证明：在这些主要缓冲对中，H2CO3-HCO3-共轭酸碱对在血液中浓度最高，缓冲能力最大，对维持血液正常的pH起着决定性的作用。,第20页,【例】在研究酸雨造成某低土壤酸化问题时，需要pH=10.00的碳酸盐缓冲溶液，在500mL 0.20mol/L的NaHCO3中，需要加入多少克碳酸钠来配制？,已知：H2CO3 的Ka1=4.3010-7；Ka2=5.6210-11；,解：该缓冲溶液中：n(HCO3-)=0.20.5=0.10mol,答：所需要碳酸钠的质量为：0.0561066.0g,第21页,水到底有没有缓冲能力？,pH=4,体系的pH值由7迅速变为4。,在50ml水中加入1滴0.1molL-1HCl，计算体系pH的变化。,第22页,当加入1滴0.1molL-1NaOH时：,pH=10,体系的pH值由7迅速变为10。,由此证明：水没有缓冲能力,