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1、无机化学,第四章 酸碱平衡,第四章 电解质溶液,第一节 酸碱质子理论 第二节 溶液的酸碱性 第三节 电解质溶液 第四节 缓冲溶液,第四节 缓冲溶液,一、 缓冲溶液的组成和作用原理 二、 缓冲溶液pH的计算 三、 缓冲溶液的配制,生物体液都有各自相对稳定的pH值。比如血液pH=7.357.45，超过此范围，就会引起酸碱中毒。 而生物体自身代谢一些酸碱物质，如柠檬酸、乳酸等，体外也要引入一些酸碱物质，但体液pH值并不以这些酸碱性物质的摄入而改变原因是体液中存在缓冲对，具有缓冲作用。,第四节 缓冲溶液,100mL HCl pH = 5.00,第四节 缓冲溶液,滴加少量强酸、强碱后pH变化很大,滴加1
2、ml 1molL-1HCl,滴加1ml 1molL-1NaOH,第四节 缓冲溶液,100mL 醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00,第四节 缓冲溶液,滴加少量强酸、强碱pH几乎不变,滴加1ml 1molL-1HCl,滴加1ml 1molL-1NaOH,第四节 缓冲溶液,实 验 小 结,100 mL HCl pH = 5.00,滴加1ml 1molL-1HCl,pH=2.00,滴加1ml 1mol L-1NaOH,pH=12.00,100 mL HAc NaAc pH = 5.00,滴加1ml 1molL-1HCl,pH=5.02,滴加1ml 1mol L-1NaOH,pH=4.98,一、缓冲溶液的
3、组成和作用原理,1.缓冲作用：能抵御外加少量强酸、强碱或适当稀释而保持pH基本不变的作用。,2.缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。,第四节 缓冲溶液,“少量” “基本不变”说明缓冲作用有限度,（一）缓冲溶液的组成,缓冲溶液中含有抗酸、抗碱两种成分，通常将这两种成分称为缓冲对或缓冲系。缓冲系为共轭酸碱对，缓冲对一般分为三类：,1. 弱酸及其共轭碱组成的缓冲液 HAc Ac-, HCN CN-, H2CO3HCO3-,2. 弱碱及其共轭酸组成的缓冲液 NH3 NH4+, ,3. 酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液 H2PO4- HPO42- , HCO3- CO32- ,第四节 缓冲溶液,3.缓冲溶液的组成
4、,一、缓冲溶液的组成及缓冲原理,NaAc,Na Ac-,大量,大量,少量,第四节 缓冲溶液,一、缓冲溶液的组成及缓冲原理,（二）缓冲溶液的作用原理,H+ + Ac- HAc,（1）抗酸作用,平衡向左移动,少量H+,缓冲对中的共轭碱发挥抵抗外加的强酸的作用,故称为缓冲溶液的抗酸成分。,抗酸成分,HAc H+ + Ac-,大量,第四节 缓冲溶液,一、缓冲溶液的组成及缓冲原理,（二）缓冲溶液的作用原理,H+ + OH- H2O,（2）抗碱作用：,HAc + OH- H2O + Ac-,缓冲对中的共轭酸发挥抵抗外加的强碱的作用,故称为缓冲溶液的抗碱成分。,抗碱成分,少量OH-,平衡向右移动,HAc H
5、+ + Ac-,大量,第四节 缓冲溶液,一、缓冲溶液的组成及缓冲原理,（二）缓冲溶液的作用原理,结论： （1）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用 的物质基础。 （2）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓 冲作用的内在动力。,第四节 缓冲溶液,下列各组溶液，有缓冲作用的是 A. 0.2 molL-1KCl B. 0.02 molL-1 NH3H2O C. 0.2 molL-1 NaH2PO4和0.2 molL-1 Na2HPO4 D. 0.01 molL-1HAc和0.2 molL-1HCl,下列各组溶液，是否有缓冲作用？ 0.1 molL-1HAc 20mL 0.1 molL-1HAc 20mL
6、 + 0.1 molL-1NaOH 20mL C. 0.1 molL-1HAc 20mL + 0.1 molL-1NaOH 10mL,HAc + NaOH NaAc + H2O,C,C,练习,二、 缓冲溶液的pH的计算,NaB,Na B-,缓冲溶液的pH计算式，或称亨德生公式,缓冲比,（一）缓冲公式,公式的几种变形,若用同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，可用下列公式,结论：,缓冲溶液的pH取决于缓冲系中弱酸的pKa， 温度对其有影响,同一缓冲系的缓冲溶液，pH随缓冲比的改变而改变,缓冲溶液在稍加稀释时，pH基本不变。只有当稀释到一定程度（溶液电离度和离子强度发生较大变化），溶液pH 会发
7、生变化。,缓冲比等于1时，pHpKa,例 用200 ml 0.10 mol/L HAc溶液和300 ml 0.10 mol/L NaAc溶液混合配成500 ml缓冲溶液，计算此溶液的pH值。并计算此缓冲溶液分别加入10ml 0.10 mol/L HCl和10ml 0.10 mol/L NaOH后，溶液pH值的变化值。,na=0.10200103 =0.020（mol） nb=0.10300103 =0.030（mol）,缓冲系为HAc-Ac，HAc的pKa=4.75,解： (1) 求原缓冲溶液的pH值,（二）缓冲溶液pH的计算,（2）求加入HCl后缓冲溶液pH值的变化值,加入HCl的量 nHC
8、l=0.1010103=1.0103（mol）,加入HCl后， na=0.020 +1.0103=0.021（mol） nb=0.0301.0103=0.029（mol）,pH=4.894.93=-0.04,加入NaOH的量 nNaOH=0.1010103=1.0103（mol）,（3）求加入NaOH后缓冲溶液pH值的变化值,pH=4.964.93=0.03,加入NaOH后 na=0.0201.0103=0.019（mol） nb=0.030+1.0103=0.031（mol）,例题,计算0.10molL-1NH3 50mL和0.20molL-1 NH4Cl 30mL混合溶液的pH。K(NH3
9、)=1.7910-5,pH9.17,（二）缓冲溶液pH的计算,对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲比一定时，缓冲溶液的总浓度越大，溶液中抗酸抗碱成分越多，缓冲能力越大。,缓冲溶液总浓度 (c总),c总 = ca+cb,对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比越接近1，缓冲容量越大；缓冲比等于1时，缓冲能力最大。,缓冲能力与总浓度的关系,缓冲能力与缓冲比的关系,缓冲范围,缓冲比大于10:1或小于1:10，缓冲溶液失去缓冲能力。,pHpKa1,pKa HAc Ac- 4.75 H2CO3HCO3- 6.35 NH3 NH4+ 9.25 H2PO4- HPO42- 7.21 H
10、CO3- CO32- 10.33,如HAc-Ac的缓冲范围为3.755.75。,例题：,下列溶液缓冲能力最大的是： A. 1L中含0.06molHAc 与0.03molNaAc B. 1L中含0.05molHAc 与0.04molNaAc C. 1L中含0.02molHAc 与0.07molNaAc D. 1L中含0.01molHAc 与0.08molNaAc,c总都为0 .09mol L-1， 再看缓冲比，哪个接近1:1，所以选 B,三、缓冲溶液的配制,（一）缓冲溶液的配制方法,1. 选择合适的缓冲系,pH在pKa1范围内，pH接近pKa,2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜,0.05
11、0.2molL1,3. 计算所需的共轭酸，共轭碱的量,4. 校正,第四节 缓冲溶液,例题：,已知: H3PO4的各级酸常数是pKa1=2.12, pKa2=7.21, pKa3=12.67。 问：欲配制pH = 7.40的缓冲溶液，应选择什么作缓冲对？,而Ka 2是H2PO4-的酸常数， H2PO4-作共轭酸， 则共轭碱就是HPO42-,解: pKa2=7.21最接近7.40,应该选择H2PO4-HPO42-作缓冲系,三、缓冲溶液的配制,例题：,已知:pKa(HAc)=4.75, pKb(NH3)=4.75, pKa(H2PO4-)=7.21 若配制pH= 9 的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最
12、好？ A. HAc-NaAc B. NH3-NH4Cl C. NaH2PO4 -Na2HPO4,B 最好, pKNH4+ =14.004.75 = 9. 25,三、缓冲溶液的配制,如何配制100ml pH为4.95的缓冲液？,HAc的pKa=4.75 与pH值4.95接近 选用HAcNaAc缓冲系。,解：,设需HAc Va ml，则需NaAc Vb=100Va ml,将38.7ml 0.10mol/L/ HAc和61.3ml 0.10mol/L NaAc 混合就可配成100ml pH值为4.95的缓冲液。,Va = 38.7ml Vb = 100Va= 61.3 ml,选用0.10 mol/L
13、 HAc和0.10 mol/L NaAc溶液来配制。,例题：,三、缓冲溶液的配制,配制缓冲溶液时，除直接选用共轭酸碱溶液配制外，还可选用弱酸与强碱或弱碱与强酸进行配制。弱酸或弱碱的物质的量一定要大于强碱或强酸的物质的量，根据二者之间的化学反应，计算出剩余的弱酸或弱碱的物质的量及生成的共轭碱或共轭酸的物质的量。,三、缓冲溶液的配制,解：,0.20V 1000.20 0,0.20V-20 0 20,设需加入HAc的体积为V ml,V = 150ml,将150 ml 0.20 mol/L HAc溶液与100ml0.20mol/L NaOH溶液混合均匀，再用水稀释至500ml，即得所需配制的缓冲溶液。
14、,反应前 n (mmol),反应后 n (mmol),例 欲配制pH为 5.05的缓冲溶液500 ml，计算应向100ml 0.20 mol/L NaOH溶液中加入0.20 mol/L HAc溶液的体积，已知HAc的pKa = 4.75。,三、缓冲溶液的配制,在人体内各种体液都要保持一定的较稳定pH值，组织、细胞才能进行正常的物质代谢和维持正常的生理活动。人体血液正常pH值在7.357.45之间，血液的pH7.35时发生酸中毒;当血液的pH7.45时发生碱中毒 。,第四节 缓冲溶液,血液中存在多种缓冲对，其中H2CO3HCO3缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最强，维持血液正常pH值也最重要。,
15、血液中的缓冲系及缓冲作用,血浆中H2CO3 - NaHCO3缓冲系缓冲原理,肾,肺,CO2 + H2O,H2CO3 + H2O H3O+ + HCO3,第四节 缓冲溶液,抗酸成分：缓冲对中的共轭碱，HCO3,抗碱成分：缓冲对中的共轭酸， H2CO3,三、缓冲溶液的配制,正常人血浆的pH值约为7.35 7.45, 临床上常用 ： NH4Cl 纠正碱中毒;乳酸钠、NaHCO3纠正酸中毒,6.10,正常人血浆中 H2CO3 = 0.0012mol/L，HCO3 = 0.024 mol/L,第四节 缓冲溶液,案例 临床检验测得甲、乙两人血浆中HCO3和H2CO3的浓度分别为： 甲：HCO3=21.0 mmol/L，H2CO3=1.40 mmol/L 乙：HCO3=54.0 mmol/L，H2CO3=1.35 mmol/L 两人血浆的pH正常吗？若不正常，是酸中毒还是碱中毒？,甲的pH= = 7.28，低于7.35 属于酸中毒,分析：,乙的pH= = 7.70，高于7.45 属于碱中毒,第四节 缓冲溶液,讨论：,人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是 HCO3- CO2(aq)
