第四节 缓冲溶液精选文档.ppt

第四节 缓冲溶液本讲稿第一页，共三十八页一、缓冲溶液的基本概念一、缓冲溶液的基本概念（一）（一）缓冲作用缓冲作用（二）（二）缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成（三）缓冲作用原理（三）缓冲作用原理返回返回本讲稿第二页，共三十八页（一）缓冲作用（一）缓冲作用原溶液原溶液1LpH外加物质外加物质/molpHpH纯水纯水7.000.01HCl2.057.000.01NaOH12.050.1molL-1HAc+0.1molL-1NaAc4.750.01HCl4.660.094.750.01NaOH4.840.09抵抗外来少量强酸、强碱或少量水稀释而保持抵抗外来少量强酸、强碱或少量水稀释而保持本身本身pH值基本不变的作用称为缓冲作用值基本不变的作用称为缓冲作用。具有缓冲作用的溶液称为具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液缓冲溶液。较浓的强酸或强碱也具有缓冲作用。较浓的强酸或强碱也具有缓冲作用。返回本讲稿第三页，共三十八页（二）缓冲溶液的组成（二）缓冲溶液的组成缓冲溶液是由足够浓度的共轭酸碱对两种物质缓冲溶液是由足够浓度的共轭酸碱对两种物质组成的。组成的。例如：HAcNaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等。（强酸或强碱缓冲溶液除外）表：表：常见缓冲溶液常见缓冲溶液组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系缓冲系(buffer system)或或缓冲对缓冲对(buffer pair)。抗酸组分、抗碱组分？抗酸组分、抗碱组分？返回返回本讲稿第四页，共三十八页常见缓冲系常见缓冲系back本讲稿第五页，共三十八页（三）缓冲作用原理（三）缓冲作用原理缓冲溶液由共轭酸碱对组成，存在质子转移平衡，以HAc-Ac-为例。HAc +H2O =H3O+Ac-大量 少量 大量加入少量强酸，？Ac-为抗酸组分加入少量强碱，？HAc为抗碱组分缓冲溶液的缓冲能力是有限的，与抗酸成分缓冲溶液的缓冲能力是有限的，与抗酸成分和抗碱成分的含量有关。和抗碱成分的含量有关。返回强酸、强碱作缓冲溶液的缓冲机制不同强酸、强碱作缓冲溶液的缓冲机制不同本讲稿第六页，共三十八页二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH值的计算值的计算（一）缓冲公式（一）缓冲公式（二）计算缓冲溶液的（二）计算缓冲溶液的pH值值例例（三）缓冲公式的校正（三）缓冲公式的校正(简单了解简单了解)返返回回本讲稿第七页，共三十八页（一）缓冲公式（一）缓冲公式HBH2OH3OBpKa为弱酸的酸常数的负对数为弱酸的酸常数的负对数B-/HB称为称为缓冲比缓冲比。由于共轭酸碱对HB、B均为大量，存在较强的同离子效应，故HB解离的部分很少，可近似认为HBc(HB)、B c(B)。本讲稿第八页，共三十八页Henderson-Hasselbalch公式可写为：(611b)为近似表示式本讲稿第九页，共三十八页由上式可知：由上式可知：pH值首先取决于缓冲系中弱酸的酸常数Ka值，Ka值又与温度有关，所以温度对缓冲溶液pH值也是有影响的。同一缓冲系的缓冲溶液，pKa值一定，其pH值随着缓冲比的改变而改变。缓冲溶液加水稀释时，n(B-)与n(HB)的比值不变，则由上式计算的pH值也不变。只有当稀释到一定程度后（当电离度和离子强度的影响变化较大时）才产生较显著的影响。返回本讲稿第十页，共三十八页三、缓冲容量三、缓冲容量（一）（一）缓冲容量缓冲容量（二）（二）影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素（三）缓冲范围（三）缓冲范围同一缓冲系，缓冲比越远离1，缓冲容量越小，当缓冲比大于10或小于0.1时，可认为缓冲溶液已基本失去缓冲能力。一般认为pH=pKa1为缓冲溶液的有效区间，称为缓冲溶液的缓冲范围。此时，缓冲比在101/10之间。返回返回本讲稿第十一页，共三十八页（一）缓冲容量（一）缓冲容量任何缓冲溶液的缓冲能力都有一定的限度缓冲容量是衡量缓冲溶液的缓冲能力的物理量。定义：单位体积缓冲溶液的定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变值改变1（即（即 pH=1）时，）时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量。所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量。（某一范围内的（某一范围内的平均缓冲容量平均缓冲容量）（缓冲溶液的（缓冲溶液的瞬时缓冲容量瞬时缓冲容量）返返回回本讲稿第十二页，共三十八页（二）影响缓冲容量的因素（二）影响缓冲容量的因素c总=HB+B-，称为缓冲溶液总浓度(推导过程推导过程)从上式可以看出：影响缓冲容量的因素有c总、HB及B。B-及 HB决定缓冲比，所以影响缓冲容量的因素有：c总总和缓冲比和缓冲比。当HB=B-=c总/2时，缓冲容量有极大值。极大极大2.303(c总总/2)(c总总/2)/c总总0.576c总总 证明证明缓冲容量与缓冲容量与pH值的关系图值的关系图 back本讲稿第十三页，共三十八页缓冲容量与pH值的关系(+NaOH固体)(1)HCl(2)0.1 molL-1 HAc(3)0.2molL-1 HAc(4)0.05 molL-1 KH2PO4(5)0.05 molL-1 H3BO3(6)NaOH 本讲稿第十四页，共三十八页结论：结论：1.(1)和(6)形状不同，因为缓冲机制不同。返回返回2.当c总一定时，缓冲比越接近于1，其越大，缓冲比等于1时，pH=pKa，最大。3.当缓冲比一定时，c总越大，越大。且相应的极大也增大。4.不同缓冲系，c总相同，曲线形状相同；当缓冲比相同时，相同，极大也相同。本讲稿第十五页，共三十八页四、缓冲溶液的配制四、缓冲溶液的配制（一）（一）缓冲溶液的配制方法缓冲溶液的配制方法（二）（二）常用缓冲溶液常用缓冲溶液返回本讲稿第十六页，共三十八页（一）缓冲溶液的配制方法（一）缓冲溶液的配制方法pH12和pH1213的强酸性或强碱性缓冲溶液用HCl或NaOH并加入KCl配制，其余pH=212的缓冲溶液均采用共轭酸中加入NaOH或共轭碱中加入HCl的方法配制。具体配制步骤如下：1.选择适当的缓冲系2.选择适当的总浓度。一般选择0.050.2molL-1之间，以保证有足够的缓冲容量。3.计算用量。4.校正。（用pH计测量、调节）例题例题返回返回本讲稿第十七页，共三十八页（二）常用缓冲溶液（二）常用缓冲溶液1.标准缓冲溶液标准缓冲溶液一定温度、浓度下，一定温度、浓度下，pH值精确已知。值精确已知。标准缓冲溶液表标准缓冲溶液表如何如何解释解释表中同一种化合物配制缓冲溶液？表中同一种化合物配制缓冲溶液？2.常用缓冲溶液常用缓冲溶液TrisTrisHCl缓冲体系缓冲体系H2PO4HPO42缓冲体系缓冲体系返回返回本讲稿第十八页，共三十八页返回本讲稿第十九页，共三十八页酒石酸氢钾：由于HC4H4O6的离解与水解，溶液中存在有浓度较大的C4H4O62与H2C4H4O6分子，pKa1=2.98，缓冲范围为1.983.98pKa2=4.30，缓冲范围为3.305.30足够的抗酸、抗碱成分浓度，且两个缓冲范围有重合，增强缓冲能力。邻苯二甲酸氢钾的情况与此类似。硼砂：B4O72H2O2HBO22BO2返回本讲稿第二十页，共三十八页五、缓冲溶液在医学上的意义五、缓冲溶液在医学上的意义正常人血浆的pH值约为7.357.45 血浆中最重要的缓冲对是CO2(溶解)HCO3。(pKa1=6.10)正常人血浆中HCO3-和CO2(aq)浓度分别为0.024molL-1和0.0012molL-1 本讲稿第二十一页，共三十八页pH=6.10+lg(0.024/0.0012)=7.40人体血浆内重要 的缓冲对的缓冲比为20/1，超出缓冲范围，为什么能起缓冲作用？敞开体系，与外界有物质与能量的交换，肺与肾的调节功能返回返回本讲稿第二十二页，共三十八页本讲稿第二十三页，共三十八页本讲稿第二十四页，共三十八页本讲稿第二十五页，共三十八页本讲稿第二十六页，共三十八页本讲稿第二十七页，共三十八页例：1L缓冲溶液中含有0.10mol HAc和 0.20 mol NaAc，求该溶液的pH值（已知298K时HAc的Ka1.76105）例：将0.10 molL-1的NaH2PO4溶液 10.0 ml 和0.20 molL-1的Na2HPO4溶液1.0 ml 混合，计算该混合溶液的pH值。例：将0.10 molL-1 HCl溶液 100 ml与0.10 molL-1 NH3溶液 400 ml 相混合，求混合溶液的pH值。(NH3的pKb=4.75)返回返回本讲稿第二十八页，共三十八页推导过程：本讲稿第二十九页，共三十八页返回本讲稿第三十页，共三十八页返回本讲稿第三十一页，共三十八页例题：柠檬酸（H3Cit）及盐是一种多质子酸缓冲体系，常用于培养基中。如在 0.200 molL-1 柠檬酸 500 ml 中，需加入 0.400 molL-1 的NaOH溶液多少 ml，才能配成 pH5.00 的缓冲溶液？（已知H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40）选择缓冲系为：选择缓冲系为：H2Cit-HCit2溶液中溶液中n(H3Cit)=0.2000.500=0.100mol =n(H2Cit)+n(HCit2)本讲稿第三十二页，共三十八页耗用耗用n(NaOH)10.0365+20.0635 0.1635moln(NaOH)=c(NaOH)V(NaOH)V(NaOH)=0.1635/0.400=0.4088L=408.8ml返回返回本讲稿第三十三页，共三十八页表 Tris和TrisHCl组成的缓冲溶液 back本讲稿第三十四页，共三十八页本讲稿第三十五页，共三十八页本讲稿第三十六页，共三十八页本讲稿第三十七页，共三十八页本讲稿第三十八页，共三十八页