第四章 缓冲 溶液
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第四章 缓冲 溶液. 目的要求 ★掌握缓冲溶液概念、组成和作用机理。 ★掌握缓冲溶液的有关计算。 ★熟悉缓冲溶液的配制。 ★熟悉缓冲容量概念及影响缓冲容量大 小的因素。 ★了解标准缓冲溶液,血液中的缓冲系。. §4-1 缓冲溶液及其缓冲组成. 一缓冲作用及缓冲溶液组成. 1. 缓冲溶液的概念 能抵抗外来 少量强酸 、 强碱 或稍加 稀释,而能保持其 pH 基本不变 的溶液, 称为 缓冲溶液( buffer solution ) 。. 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作 用称为 缓冲作用( buffer action ) 。. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第四章 缓冲溶液
目的要求
★ 掌握缓冲溶液概念、组成和作用机理。★ 掌握缓冲溶液的有关计算。★ 熟悉缓冲溶液的配制。★ 熟悉缓冲容量概念及影响缓冲容量大 小的因素。★ 了解标准缓冲溶液,血液中的缓冲系。
50mlÕôÁóË®pH=7
¼ÓÈë0.05ml 1mol/LHCl pH=3
¼ÓÈë0.05ml 1mol/LNaOH pH=11
0.1mol/L
pH=4.75 ¼ÓÈë0.05ml 1mol/LHCl pH=4.74
¼ÓÈë0.05ml 1mol/LNaOH pH=4.7550ml»º ³å Òº
»º ³å Òº£º HAcNaAc0.1mol/L +
§4-1 缓冲溶液及其缓冲组成一缓冲作用及缓冲溶液组成
缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用( buffer action )。
1. 缓冲溶液的概念能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加
稀释,而能保持其 pH 基本不变的溶液,称为缓冲溶液( buffer solution )。
1. 酸(碱)—共轭碱(酸)2. 缓冲溶液的组成
NaHCO3——Na2CO3
NH3·H2O——NH4Cl
H3PO4——Na3PO4 非缓冲溶液
Na2HPO4——Na3PO4
H3PO4——NaH2PO4
2. 弱酸弱碱
3. 足够总浓度 (c 总在 0.05—0.2mol/L 范围内 )
4. 浓度相差不能太大
10][
][
10
1
共轭酸共轭碱
判断下列溶液是否为缓冲溶液 ?1. 0.1mol/LHAc+0.1mol/LNaAc
2. 0.1mol/LHAc+0.1mol/LNaOH
3. 0.1mol/LHAc+0.05mol/LNaOH 是否是
4. 0.05mol/LHAc+0.1mol/LNaOH 否5. 0.0010mol/LHAc+0.001mol/LNaAc
6. 0.0125mol/LHAc+0.1875mol/LNaAc
否否
一般采用如下方法组成缓冲液 :
弱酸(碱)(过量) + 强碱(酸)
例如: HAc (过量) +NaOH
NH3·H2O (过量) +HCl
思考题:对 H3PO4+NaOH 分六种情况讨论组成缓冲对的情况;
NaH2PO4+H2ONaOH+H3PO4
1n:n)1(43POHNaOH
1n:n)2(43POHNaOH
NaH2PO4
NaH2PO4 ~ H3PO4
2n:n1)3(43POHNaOH
Na2HPO4 ~ NaH2PO4
2n:n)4(43POHNaOH
Na2HPO4
2NaOH+H3PO4 Na2HPO4+2H2O
3NaOH+2H3PO4 NaH2PO4+Na2HPO4 +3H2O
3n:n2)5(43POHNaOH
3n:n)6(43POHNaOH
Na2HPO4 ~ Na3PO4
Na3PO4
3NaOH+H3PO4 Na3PO4+3H2O
5NaOH+2H3PO4 Na2HPO4+Na3PO4 +5H2O
二 . 缓冲机制(机理)HAc+H2O H3O++Ac-
NaAc Na++Ac-
+H+
HAc
平衡左移H+ 没有明显升高Ac- 消耗了一些HAc 增加了一些Ac- 抗酸成分
HAc+H2O H3O++Ac-
NaAc Na++Ac-
+OH-
2H2O
平衡右移补充消耗的 H3O+
[H+] 没有明显降低
HAc 抗碱成分
§4-2 缓冲溶液的 pH 值一 . 缓冲溶液 pH 的计算公式
同离子效应 缓冲对 HB —NaB
解释:缓冲溶液稍加稀释而 pH保持不变
HB
Ba C
ClgpKpH
][
][lgpKpH a 共轭酸共轭碱
Vn
Vn
lgpKpHHB
B
a
HB
Ba n
nlgpKpH
NaBHB CC 若
HBHB
BBa VC
VClgpKpH
HB
Ba V
VlgpKpH
注:1. 公式推导时 [B-] 及 [HB] 是指平衡浓度 ;
HAc+H2O Ac-+H3O+
cHAc cAc-¿ª ʼ
cHAc cHAc cAc- cHAcƽºâ - ¦Á + ¦Á
¡Ö cHAc ¡Ö cAc-
近似处理使计算 pH值与实际 pH值有偏差
2. 对多元酸酸式盐及其次级盐的缓冲系要注意公式的内容 ;
例如 :
H3PO4—NaH2PO4
NaH2PO4—Na2HPO4
Na2HPO4—Na3PO4
][
][lg
43
421 POH
POHpKpH a
][
][lg
42
24
2
POH
HPOpKpH a
][
][lg 2
4
34
3
HPO
POpKpH a
3. 注意 pKa 的含义 ;
例如 :NH3—NH4Cl
]NH[
]NH[lgpKpH
4
3
)NH(a 4
例 1. 将 100ml0.50mol/LNH3.H2O 与 60ml 0.50mol/LHCl 混合
( 1 )求此溶液 pH 值。
( 2 )加入 0.1 克 NaOH ,求 pH 值。
( 3 )加入 1.5ml1mol/LHCl ,求 pH 值。
解:( 1 )
50mmol 30mmol
NH3¡¤ H2O+HCl NH4Cl+H2O
反应初反应终 30mmol20mmol
][
][lg
4
3
NH
NHpKpH a
30
20lg apKpH
07.9
18.025.9
pH
pH
( 2 )mmolmol 5.20025.0
40
1.0
mmoln
mmoln
NH
NH
5.225.220
5.275.230
3
4
16.95.27
5.22lg25.9 pH
mmolHCl 5.1加入
mmoln
mmoln
NH
NH
5.185.120
5.315.130
3
4
16.95.31
5.18lg25.9 pH
( 3 )
例 2. 取 0.1mol/L 某一元弱酸 50ml 与 20ml 0.1mol/LKOH 混合,将此溶液稀释至 100ml ,测得该溶液pH 为 5.30 ,求一元弱酸的 Ka 。
解: KOH+HB KB+H2O
mmoln
mmoln
HB
KB
325
2
6103.3
48.5
18.030.53
2lg
a
a
a
a
K
pK
pK
pKpH
1:)1(43POHNaOH nn
43
42lgPOH
POHpKpH a
1:)2(43POHNaOH nn
)(2
121 aa pKpKpH
例 3. H3PO4+NaOH 分六种情况讨论各自 pH 值的计算公式。
NaH2PO4 ~ H3PO4
NaH2PO4
2:1)3(43 POHNaOH nn
42
24lg
POH
HPOpKpH a
2:)4(43POHNaOH nn
)(2
132 aa pKpKpH
Na2HPO4 ~ NaH2PO4
Na2HPO4
3:2)5(43 POHNaOH nn
24
34lg
HPO
POpKpH a
3:)6(43POHNaOH nn
31
a
wb K
KcKcpH
Na2HPO4 ~ Na3PO4
Na3PO4
1mmolNaOH
0.1mol/LHAc
0.1mol/LNaAc
1mmolNaOH
0.01mol/LHAc
0.01mol/LNaAc
01.0
76.410111.0
10111.0lg
75.4
2
3
3
2
1
pH
pH
pKpH
pKpH
a
a
09.0
84.4101101.0
101101.0lg
75.4
2
3
3
2
1
pH
pH
pKpH
pKpH
a
a
§4-3 缓冲容量和缓冲范围一 . 缓冲容量
1mmolNaOH
0.1mol/LHAc
0.1mol/LNaAc
0.1mmolNaOH
0.1mol/LHAc
0.1mol/LNaAc
01.0
76.410111.0
10111.0lg
75.4
2
3
3
2
1
pH
pH
pKpH
pKpH
a
a
01.0
76.4101.0101.0
101.0101.0lg
75.4
2
3
3
2
1
pH
pH
pKpH
pKpH
a
a
缓冲容量 β 是用来衡量缓冲溶液缓冲能力的一个物理量,它与缓冲溶液加入的强酸强碱的物质的量成正比,与缓冲溶液的 pH 改变量成反比。
1. 定义 使单位体积缓冲溶液的 pH 改变 1 个单位时 , 所需加入的强酸、强碱的物质的量。
单位: mol/L·pH 或 mmol/L·pH
β=Hdp.V
dn)b(a
2. 影响缓冲容量的因素β=Hdp.V
dn)b(a
a=[HB] b=[B-] a+b=[HB]+[B
-] a
b=]HB[
]B[
β=2.303×ba
ab
β=2.303× 2baab
C总
β=2.303× 总C
BHB
⑴ 当 b/a 一定时,C 总越大 ,β 也越大 ;
β=2.303×ba
a
×ba
b
×C总
β=2.303× 2baab
C总
⑵ 当 C 总一定时,缓冲比越趋于 1 ,β 越趋于极大值;
β=2.303× 2baab
C总
ab1a
b 即
极大
( 3 )曲线( 1 )、( 6 )无极大值二 . 缓冲范围
缓冲比 1/10 ~ 10pH 值 pKa-1 ~ pKa+1
例 . 下列各缓冲溶液,缓冲容量最大的是A. 500ml 中含有 0.15molHAc 和 0.05molNaAcB. 500ml 中含有 0.05molHAc 和 0.15molNaAcC. 500ml 中含有 0.1molHAc 和 0.1molNaAcD.1000ml 中含有 0.15molHAc 和 0.05molNaAcE.1000ml 中含有 0.1molHAc 和 0.1molNaAc
答案: C
§4-4 缓冲溶液的配制一 . 缓冲溶液配制方法
实际中我们需要配缓冲溶液 , 一般分四步 :
1. 选择缓冲对
无毒,稳定,不反应
范围内在接近,并且与 1pKpHpHpK aa
例 : 欲配 pH=4.5 缓冲溶液 , 可选择
)20.7pK(HPONaPONaH.D
)75.3pK(HCOONaHCOOH.C
)76.4pK(NaAcHAc.B
)75.4pK(ClNHNH.A
2a4242
)HCOOH(a
)HAc(a
)NH(b43 3
(B)
)NH(b)NH(a 34pK14pK
2. 确定总浓度
0.05 ~ 0.2mol/L太低,缓冲容量太小
适用太高,离子强度大,不
3. 计算缓冲比
酸
碱
c
clgpKpH a
4. 校正
P58 例 4-5
例题
(1) 选择缓冲系pH=5.00 HAc 的 pKa=4.75选 HAc—NaAc 缓冲系
(2) 确定总浓度NaBHB CC
HB
Ba V
VlgpKpH
设取 V ml 0.1mol/L 的 NaAc则 HAc 为 (100-V)ml
根据HB
Ba V
VlgpKpH
ml64V
74.1V100
VV100
Vlg75.4pH
将 64ml0.10mol/LNaAc 与 36ml0.1mol/LHAc混合就可配 pH=5.00 的缓冲溶液
例 2. 如要配置 pH=5.10 缓冲液 100ml 需在6mol/LHAc10ml 中加入 2mol/LNaOH 多少ml ?
HAc+NaOH NaAc+H2O60
60-2x
2x
2x
³õ ʼ
ƽºâ
HAc
AcpKpH a
lg
mlxx
x
7.20260
2lg75.410.5
例 3. 在浓度为 0.05mol/L 的 Tris( 三—羟甲基—甲氨 )溶液 50ml 中 , 加入浓度为 0.05mol/L 的 HCl 溶液多少毫升 , 用水稀释到 100ml 后溶液的 pH 值为 7.40?( 已知 Tris·HCl 的 pKa=8.17)
Tris
Tris·HCl
C
CH2OH
NH2
CH2OHHOH2C
C
CH2OH
NH2
CH2OHHOH2C
. HCl
解 : 设需加入 HCl 溶液 xml
Tris+HCl Tris.HCl
³õ ʼ
ƽºâ
0.05x
50-x0.05
2.5
0.05x
HB
Ba n
nlgpKpH
7.42
50lg17.8
xx
xpH
P60 表 4-5
表 4-6
HClTris
Tris 甲胺—(羟甲基)—三
医学上广泛使用缓冲溶液配方表
C
CH2OH
NH2
CH2OHHOH2C
二 . 标准缓冲溶液表 4-7中所列物质,为什么可单独配置缓冲溶液?1. 硼砂( Na2B4O7·10H2O )
B4O72-+H2O 2HBO2+2BO2
-
(共轭碱)(弱酸)
缓冲溶液2
2
NaBO
HBO
2. 酒石酸氢钾 ( KHX )( 1 ) HX- ~ H2X pKa1=2.98( 2 ) X2- ~ HX- pKa2=4.30
KHX pH=1/2 ( pKa1 + pKa2 ) =3.64
思考题: NaH2PO4 能否单独配缓冲溶液?
§4-5 血液中的缓冲系1. 血浆中的缓冲系
⑴H2CO3 ~ HCO3-( 或 CO2( 溶解 ) ~ HCO3
-)
2. 血浆中正常 pH 的计算
CO2(Èܽâ) + H2OK1
H2CO3
K2H+ + HCO3
-
溶解)(2
321a ]CO[
]HCO[]H[KKK
溶解)(2
321a ]CO[
]HCO[]H[KKK
]HCO[
K]CO[]H[
3
a(2
溶解)
]HCO[
]CO[lg'pKpH
3
(2
a 溶解)
1
20
]CO[
]HCO[
(2
3
溶解)
40.720lg10.6pH
3. 血液 pH 维持 7.35 ~ 7.45 原因H+ + HCO3
- H2CO3
)呼吸性酸中毒(肾衰等)代谢性酸中毒(肺癌等
酸中毒
碱中毒(癔病)
Éö CO2+H2O ·Î
CO2 + H2O + Hb- HHb + HCO3-
HHb + O2 HHbO2
H2OHCO3- + HHbO2 HbO2
- + + CO2
2. 红细胞中的缓冲液H2b ~ Hb- 、 HHbO2 ~ HbO2
-
输送 O2 ,排出 CO2 ;血液中
肺中
补充题:How many grams of NaC3H5O3 must be added to 0.1mol of HC3H5O3 in order to prepare 1.0 liter of a buffer solution whose pH equals 4.15(pKa=3.86)?(key:22g)
作业:P64 , 5 (求最大缓冲容量改为求 pH
值) 7 , 8 , 9 (答案改为 1.24 ), 1
0
预习第五章—酸碱滴定法讨论题 :
(1) 酸碱指示剂工作原理是什么 , 它的理论变色范围如何确定 ? 甲基红、甲基橙、酚酞的实际变色范围是多少?(2) 一元强酸碱相互滴定,计量点附近的 pH突跃是如何产生的?突跃范围对滴定有什么实际意义?突跃范围是大好还是小好?影响突跃范围的因素是什么?指示剂如何选择?
(3) 一元弱碱酸被强酸碱滴定的突跃范围与上者突跃范围有那些不同?影响滴定突跃范围的因素是什么?弱酸弱碱被直接滴定的条件是什么?
附加题:
计算 0.1000mol/LHNO2 ( Ka=4.6×10-4 ) 20.00ml被 0.1000mol/LNaOH滴定, NaOH 加入 19.98ml 、20.00ml 、 20.02ml 时各点的 pH 值,选择指示剂,指示剂颜色如何变化。
第四章小结★ 缓冲溶液的概念、组成、缓冲作用机制★ 缓冲溶液 pH 的计算
][
][lgpKpH a 共轭酸共轭碱
★ 缓冲容量、缓冲范围影响缓冲容量的因素: C 总、缓冲比
★ 血液中的缓冲系: 血浆中的缓冲系、红细胞中的缓冲系