2019/6/20,第三章 缓冲溶液,Chapter Three Buffer Solution,2019/6/20,主要内容,缓冲溶液的概念和缓冲作用原理,第三章 缓冲溶液（Buffer Solution）,缓冲溶液的pH值,缓冲容量,缓冲溶液配制,缓冲溶液在医学上的应用,2019/6/20,【内容提要】 一、缓冲溶液的缓冲作用和组成 二、缓冲类型,第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,实验1：25 oC 时，纯水的pH=7.00, 在1L纯水溶液中加入0.01 mol的强酸(HCl)或0.01mol强碱(NaOH)，溶液的pH发生了显著变化，改变了5个pH单位 结论： 纯水易受外加少量强酸或强碱的影响，pH发生显著变化 纯水不具有抵抗外加少量强酸或强碱而使溶液的pH保持基本不变的能力第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,实验2： 在1L含HAc和NaAc均为0.1mol·L-1溶液中加入0.01mol的强酸(HCl)，溶液的pH由4.75下降到4.66，仅改变了0.09个pH单位； 若改加入0.01mol强碱(NaOH)，溶液的pH由4.75上升到4.84，也仅改变了0.09个pH单位； 此混合溶液pH改变很小。
如用水稍加稀释时，亦有类似现象，即HAc-NaAc溶液pH保持基本不变 结论： HAc-NaAc混合溶液具有抵抗外加少量强酸、强碱或稍加稀释而保持溶液的pH基本不变的能力第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,1、缓冲溶液的概念（Concept of Buffer Solution) 能抵抗少量强酸、强碱和水的稀释而保持体系的PH值基本不变的溶液称缓冲溶液（Buffer Solution） 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用叫做缓冲作用（ Buffer action ）.,第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,较浓的强酸、强碱也具有缓冲作用*，但实际上很少作为缓冲溶液使用 通常我们所说的缓冲溶液，一般是由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成2019/6/20,,第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,（1）加入少量强酸（Adding a small amount of acid） 当向混合溶液中加入强酸时，溶液中的H3O+浓度增加，但Ac-能接受H3O+ 的质子，转变成HAc ，使平衡向左移动由于加入的强酸量比较少，大量的Ac- 仅少部分与H3O+ 反应，达到新的平衡时， Ac- 的离子略有降低，HAc 分子的浓度略有升高，而 H+ 浓度几乎没有升高，所以溶液的pH 值基本保持不变。
Ac-叫做抗酸成分第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,（2）加入少量强碱（Adding a small amount of base） 当向混合溶液中加入强碱时，溶液中的OH-浓度增加， OH-与H3O+ 反应生成H2O，从而使H3O+减少 ，使平衡向右移动，促使HAc离解生成H3O+ 与OH- 反应所消耗的H3O+ 由 HAc离解生成H3O+ 来补充，达到新的平衡时，HAc 的浓度略有降低， Ac- 离子的浓度略有升高，而 H3O+ 浓度几乎没有降低，所以溶液的pH 值基本保持不变 HAc 叫做抗碱成分第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,（3）稀释（Dilution） 当缓冲溶液稀释时， H3O+离子的浓度改变不大，其原因是稀释了共轭酸和共轭碱相同的倍数第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,3、缓冲系类型 （Composition and Type of buffer solution） 对于其它类型的缓冲溶液与HAc – NaAc 所组成的缓冲溶液类似由一种共轭酸和相应的共轭碱组成的缓冲溶液，在溶液中都存在着如下的质子转移平衡： A + H2O B + HO3+,2019/6/20,,抗酸时，消耗共轭碱，平衡向左移动，同时产生共轭酸；抗碱时，消耗共轭酸，平衡向右移动，同时产生共轭碱。
因此，溶液的pH 值保持基本不变像这种弱酸及其共轭碱组成的混合液，只要具有足够的浓度，就具有缓冲作用A 称为抗碱成分， B 称为抗酸成分，这两种成分合称缓冲系（buffer system）或缓冲对（buffer pair）第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,3、缓冲系类型 （Composition and Type of buffer solution） （1）弱酸及其它的共轭碱（盐）组成的缓冲系 [ Weak acid and its conjugate base (salt)] HAc-NaAc, H2CO3-NaHCO3 Z=0, A0-B- （ 2）弱减及其它的共轭酸（盐）组成的缓冲系 [Weak base and its conjugate base (salt)] NH3·H2O-NH4Cl， ph-+ NH3 -- ph–NH2 Z=+1, A+-B0 （ 3）多元酸的酸式盐及其它的次级盐组成的缓冲系 [Polyprotic acid salt and its conjugate] NaHCO3- Na2CO3 ； NaH2PO4-Na2HPO4Z=-1, A--B2,第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理,2019/6/20,【内容提要】 一、缓冲溶液pH的计算公式 二、缓冲溶液pH的计算,第二节 缓冲溶液的pH (The pH of Buffer Solution),2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,1、缓冲溶液pH 值的计算公式 （亨德森- 哈塞尔巴赫方程式） （Henderson Hasselbalch equation） HA (aq) H+ (aq) + A- (aq) [H+][A-] K a = -------------- [HA] [HA] [H+] = Ka -------- [A-] [HA] -log [H+] = -log Ka - log------- [A-],2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,[HA] [A-] pH = p K a - log -------- = p K a + log-------- [A-] [HA] [base] pH = p K a + log --------- [acid] 这就是亨德森- 哈塞尔巴赫方程式 （Henderson-Hasselbalch equation）,2019/6/20,缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,HA的浓度为c(HA) (或称起始浓度,配制浓度)， NaA的浓度为c(NaA)；HA解离部分的浓度为c'(HA) 。
则： [HA]平 = c(HA) - c'(HA) [A-]平 = c(NaA)+ c'(HA) [HA]平≈c(HA) ，[A-]平≈c(NaA) ＝c(A-) * 又可表示为： [A] pH = p K a + log --------- [HA] c(A) pH ≈ p K a + log --------- c(HA) c（共轭碱） pH ≈ p K a + log ------------- c（共轭酸）,2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,对于具体的缓冲系： （1）HAc – NaAc缓冲系 [HA] [共轭酸] [H+] = Ka -------- = Ka -------- [A-] [共轭碱] （2） NH 4Cl – NH 3缓冲系 [NH 3] [共轭碱] [OH -] = Kb -------- = Kb -------- [NH 4+] [共轭酸],2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,由上面公式可知: (1)缓冲溶液的pH值取决于共轭酸的Ka 和缓冲溶液的缓冲比值（buffer ratio， r a ）即[共轭酸] / [共轭碱] 。
（The pH of a buffer solution depends on the Ka of conjugate acid and the ratio of conjugate acid and conjugate base. The ratio is called buffer ratio） （2）同一缓冲系，当温度和 Ka 一定时，其pH值取决于缓冲比只要改变缓冲比，可在一定范围内配制不同pH值的缓冲溶液 （ For certain buffer solution, at a given temperature, Ka is a constant. pH depends on the buffer ratio. We can design different buffer solutions by changing the buffer ratio） （3）当缓冲比等于1，即[共轭酸] = [共轭碱] 时，缓冲溶液的pH值等于组成缓冲溶液的弱酸的pka （ When buffer ratio =1 , [A-] = [HA], pH = pKa ）,2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,（4）加入少量水稀释，若只考虑体积变化，缓冲比不变。
实际上溶液稀释时可改变溶液的离子强度和弱酸的电离度，缓冲比随之改变，必然引起pH值的改变若稀释后的体积改变不大时，pH值的改变是很小的When buffer solution is diluted, the buffer ratio is not changed, so pH of buffer solution is not changed） （5） p K a = -log K a H2PO4- - HPO42- NH4+ - NH3,2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,若缓冲溶液中弱酸及其共轭碱的浓度相同，c(A)=c(B)时，可改写为： c（B）V（B） pH = p K a + log ------------------ c（A）V（A） V（B） pH = p K a + log --------- V（A）,2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution,若缓冲溶液的体积以V 表示，若以n A 、n B 分别表示的 溶液中所含共轭酸和共轭碱的物质的量， 则 n（B） n（B） c（A） = -------- c（HA） = -------- V V 则： n（B） pH = p K a + log --------- n（A） n B pH = p K a + log ----- n A 亨德森- 哈塞尔巴赫方程式（Henderson-Hasselbalch equation）,2019/6/20,3.2 缓冲溶液的pH值The pH of Buffer Solution,2、缓冲溶液的pH值计算 [例4-1] 计算1.0mol/L HAc和1.0mol/LNaAc缓冲系的pH 值。
pKa H Ac= 4.75 [A。