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1、无机化学,缓冲溶液,第四章 缓冲溶液,第一节 缓冲溶液的基本概念 第二节 缓冲溶液pH值的计算 第三节 缓冲容量 第四节 缓冲溶液的配制 第五节 缓冲溶液在医学上的意义,4-1 缓冲溶液的基本概念,许多反应，往往都需要在一定的pH值条件下才能正常进行。,如反应：M2+H2Y=MY+2H+,要求在pH=7.0左右才能正常进行,一、缓冲作用, 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0.05mol HAc和0.05mol NaAc的溶液,(pH=4.75
2、),+1 molL-1 HCl 10 ml,pH=4.66, pH=0.09,+1 molL-1 NaOH 10 ml,pH=4.84,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。,(buffer solution),HAcNaAc体系,同时大量存在,Ac- + H3O + HAc +H2O,H+不会显著变化,加少量强酸,Ac-是抗酸组分,二、缓冲作用机理,一对共轭酸碱对,HAc + OH-H2O + Ac-,加少量强碱,OH-,OH-不会显著变化,HAc是抗碱组分,H+不会显著变化,缓冲溶液的的组成特征：,抗酸组分,抗碱组分,缓冲对（系）,一对共轭酸碱对同时大量存
3、在,三、缓冲对, 酸式盐 + 次级盐 NaHCO3Na2CO3 NaH2PO4Na2HPO4 , 弱酸 + 弱酸盐 HAcNaAc H2CO3NaHCO3 , 弱碱 + 弱碱盐 NH3NH4Cl ,缓冲对的类型,一对弱共轭酸碱对,4-2 缓冲溶液 pH 值的计算,一、缓冲公式,缓冲比,-C,+C ,1.pH与缓冲系中的共轭酸的Ka值有关。,NH3-NH4+， NH4+的pKa,H2PO4-HPO42-,2.pH与缓冲比有关，缓冲比=1时， pH = pKa。,H3PO4 的pKa2,二、计算缓冲溶液 pH 值,例4-1 将0.10 molL-1的 NaH2PO4 溶液 10.0 ml 和 0.
4、20 molL-1的Na2HPO4 溶液 1.0 ml 混合，计算该混合液的 pH 值。,已知磷酸的 Ka2 = 6.2310-8,= 6.51,例4-2 将 0.10 molL-1 盐酸溶液 100 ml 与 400 ml 0.10 molL-1 氨水溶液相混合，求混合后溶液的 pH 值（已知NH3 的 K b = 1.76 10-5）。,解：NH3 + H+ NH4+,= 9.72,4-3 缓冲容量,一、缓冲容量 (buffering capicity) ,n ：加入一元强酸 或碱的物质的量,pH : pH的变化值,单位 : mmolmL-1p-1 molL-1p-1,定义：单位体积缓冲溶
5、液的pH值改变1个单位 (pH=1)时，所需加入一元强酸(碱)的物质的量。,意义：衡量缓冲能力大小的尺度。,二、如何计算缓冲容量,关键是计算出加入少量一元强酸或强碱（n）前后的PH值，从而计算出 PH。,根据,前,后,代入,即得,例4-3 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NaOH后：,pH = pH2pH1 = 4.78 4.75 = 0.03,d
6、na(b):加入微小量的一元强酸(碱) 物质的量；,|dpH|:为缓冲溶液pH值的微小改变量。,三、影响的因素,缓冲比一定时,c总越大,越大。,1. 总浓度 c总=B- + HB = c(B-) + c(HB),2.303总比/(比+1)2,缓冲比= 1， pH = pKa, 最大,c总一定时，,极大=0.576总,极大,比= 1,2.303总比/(比+1)2,稀释时，c总， 。,三、影响的因素,缓冲范围：缓冲作用的有效区间,(pKa1 pH pKa1),pHpKa1,大于10或小于1/10时,缓冲容量就已很小,一般认为不再具有缓冲能力,4-4 缓冲溶液的配制,作为测量溶液pH值时的参照标准,
7、目的,标准缓冲溶液,控制溶液pH值,一、配制方法 选择缓冲对 pH(pKa1) 无干扰反应发生。 控制缓冲对的总浓度，c总 = 0.050.2 molL-1 缓冲容量 = 0.02 0.1 molL-1 pH-1 3. 计算所需缓冲对物质的量。 4. pH值校正。,二、计算,采用相同浓度的共轭酸碱溶液按一定的体积比混合。,例4-4 配制pH = 5.00 的缓冲溶液 100 ml ,应选择哪 种缓冲对？如何配制？,解：选用0.10 molL-1HAc - 0.10 molL-1NaAc 设需HAcml，则NaAc为（100 -）ml, VHAc= 36(ml) VNaAc= 100 - 64
8、(ml),2.在一定量的弱酸（或弱碱）溶液中，加入较小量的强碱 （或强酸）。,例4-5 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,例4-6 在浓度为 0.05 molL-1的 Tris（三羟甲基氨基甲烷）溶液 50ml 中，加入浓度为 0.05 molL-1 的 HCl 溶液多少 ml ，用水稀释到 100
9、ml 后溶液的 pH 值为 7.40 (298K) ？已知 TrisH+ 的 pKa = 8.17,解：设需加入 HCl 溶液 x ml,Tris + H+ TrisH+ 起始 n (mmol) 0.0550 0.05 x 平衡 n (mmol) 0.05 ( 50 - x ) 0.05 x, x = 42.7(ml),1.选择缓冲对,2.选择缓冲对的总浓度,3.查表,例：,H2PO4-HPO42-,缓冲溶液的实际配制,4. pH值校正。,4-5 缓冲溶液在医学上的意义,血液的主要缓冲体系:血红蛋白和血浆蛋白缓冲体系;H2CO3-HCO3- ;H2PO4-HPO42-,正常人血浆的pH值约为7
10、.357.45,pKa = 6.10,其中抗酸成分为 HCO3- 、抗碱成分为H2CO3 。,小结,一、缓冲溶液的组成 缓冲对： HB B- （抗碱成分、抗酸成分）,二、缓冲溶液 pH 值的计算,三、缓冲溶液的选择和配制,下列混合溶液是否具有缓冲作用?为什么? 0.1 molL-1的H2PO4溶液50ml与0.1 molL-1Na2HPO4溶液50ml混合。 0.2 molL-1的HAc溶液50ml与0.2molL-1的NaOH溶液25ml混合。 0.1 molL-1的NH3H2O溶液50ml与0.2molL-1的HCl溶液25ml混合 0.1 molL-1的HCl溶液50ml与0.1 mol
11、L-1的KCl溶液10ml混合。 110molL-1的HAc溶液50ml与110molL-1的NaAc溶液50ml混合。,解：（1）（2）（4）具有缓冲作用，（3）（5）无缓冲作用。因为（1）（2）中存在着足够浓度的共轭酸碱对，（4）是pH3的强酸，（3）（5）中无足够浓度的共轭酸碱对。,2今需配制pH为7.40的缓冲液100ml，问应取0.067 molL-1的Na2HPO4溶液和0.067 molL-1的KH2PO4溶液各若干ml(H3PO4的pKa26.80)？,解:,3欲配制pH为5.00的缓冲溶液,需称取多少的CH3COONa3H2O固体,溶解在500ml0.500 molL-1CH
12、3COOH中?(HAc的pKa4.75),解:,需称取NaAc3H2O的质量为：0.445136=60.52(g),4已知TrisHCl在37时的pKa为7.85，今欲配制pH为7.40的缓冲液，问在含有Tris和TrisHCl各为0.05 molL-1的溶液100ml中，需加入0.05 molL-1的HCl溶液多少ml？,解:,设需加入HCl的体积为x mol,解得：x=47.6(ml),5用0.025 molL-1的H3PO4溶液配成pH为7.4的缓冲溶液100ml，需加入0.025 molL-1的NaOH溶液与之中和，试计算所需H3PO4溶液与NaOH溶液的体积,已知H3PO4 的Pka
13、1=2.12, Pka2=7. 21, PKa3=12.67 。,解:,根据题意，应用缓冲对H2PO4- - HPO42- 。,设需H3PO4 x ml，与H3PO4反应生成H2PO4-的NaOH(第一步）为 x ml，与H2PO4-反应生成HPO42-的NaOH (第二步）为yml。,H3PO4 + OH- = H2PO4- + H2O 0.025x 0.025x 0.025x H2PO4- + OH- = HPO42- + H2O 0.025x-0.025y 0.025y 0.025y,x+x+y=100,y=100-2x,解得：x=38.34(ml)，即需要H3PO438.34ml。NaOH需要：100-38.34=61.66(ml),
