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1、缓冲溶液本讲稿第一页，共五十二页南华大学化学化工学院南华大学化学化工学院 基础化学基础化学基础化学基础化学教学课件教学课件教学课件教学课件课件制作课件制作 王晓娟王晓娟 供临床医学、护理学、麻醉医学、供临床医学、护理学、麻醉医学、医学影像学、预防医学等专业用医学影像学、预防医学等专业用本讲稿第二页，共五十二页缓缓缓缓 冲冲冲冲 溶溶溶溶 液液液液第三章第三章第三章第三章本讲稿第三页，共五十二页第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算*第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制*第五节第五节

2、 血液中的缓冲系血液中的缓冲系本讲稿第四页，共五十二页缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制第一节第一节第一节第一节本讲稿第五页，共五十二页 实验一实验一 具有抗酸作用具有抗酸作用H2O0.01molpH7.00pH2.00HClpH-5HAc+NaAc(0.1molL-1)pH4.75pH4.66HCl0.01molpH-0.09一、缓冲溶液的缓冲作用一、缓冲溶液的缓冲作用本讲稿第六页，共五十二页实验二实验二具有抗碱作用具有抗碱作用HAc+NaAc(0.1molL-1)pH4.75pH4.84NaOH0.01molpH0.09H2O0.01molpH7.00

3、pH12.00NaOHpH51L本讲稿第七页，共五十二页纯水纯水(1L)0.1molL-1HAc 0.1molL-1NaAc(1L)pH=7.00pH=4.75加入加入0.01mol pH=2.00 pH=4.66 pH=12.00 pH=4.84加入加入0.01molHClNaOHpH=-5.00pH=-0.09pH=5.00pH=0.09加入加入1L纯水纯水pH=7.00pH=4.75本讲稿第八页，共五十二页缓冲作用缓冲作用在加入少量的强酸、强碱或稍加稀在加入少量的强酸、强碱或稍加稀释后仍能保持其释后仍能保持其pH值基本不变的作用。值基本不变的作用。缓冲溶液缓冲溶液具有缓冲作用的溶液。具有

4、缓冲作用的溶液。注意：注意：较浓的强酸和强碱较浓的强酸和强碱(如如HCl和和NaOH)也具有缓冲作用，但不是缓冲溶液也具有缓冲作用，但不是缓冲溶液本讲稿第九页，共五十二页组成条件：组成条件：HB与与B-为共轭酸碱对为共轭酸碱对 二者有足够的浓度二者有足够的浓度例：例：(1)0.1 molL-1 HAc(2)0.1 molL-1 NaAc(3)0.1molL-1 HAc+0.1molL-1 NaAcHBB-缓冲溶液缓冲溶液(缓冲系缓冲系)由由 HB B-组成组成二、缓冲溶液的组成二、缓冲溶液的组成本讲稿第十页，共五十二页 组成特点：组成特点：弱酸弱酸+共轭碱共轭碱 HAcNaAc H2CO3Na

5、HCO3 两性物质两性物质+共轭碱共轭碱 NaHCO3Na2CO3 NaH2PO4Na2HPO4 弱碱弱碱+共轭酸共轭酸 NH3NH4Cl 缓冲溶液的类型缓冲溶液的类型本讲稿第十一页，共五十二页常见缓冲系（共轭酸碱对）常见缓冲系（共轭酸碱对）缓冲系缓冲系 pKa H3PO4 NaH2PO4 HAc NaAc H2CO3 NaHCO3 NaH2PO4 Na2HPO4 NH4Cl NH3CH3NH3+Cl CH3NH2 Na2HPO4 Na3PO42.124.756.377.219.2510.712.67共轭弱酸共轭弱酸共轭弱碱共轭弱碱本讲稿第十二页，共五十二页 HAcNaAc的缓冲机制的缓冲机制

6、HAc +H2O H3O+Ac-NaAc Na+Ac-pHH+基本不变基本不变三、缓冲作用机制三、缓冲作用机制抗抗酸酸成分成分本讲稿第十三页，共五十二页 HAcNaAc的缓冲机制的缓冲机制HAc +H2O H3O+Ac-NaAc Na+Ac-pHOH-基本不变基本不变+H2O抗抗碱碱成分成分本讲稿第十四页，共五十二页第二节第二节缓冲溶液的缓冲溶液的pH值值本讲稿第十五页，共五十二页 缓冲公式缓冲公式H3O+KaHBB-lg-lgpH pKa+lg HB B-平衡浓度平衡浓度HB +H2O H3O+B-本讲稿第十六页，共五十二页pH pKa+lg HB B-（1）pH pKa+lg 共轭酸共轭酸

7、共轭碱共轭碱此式为计算缓冲溶液此式为计算缓冲溶液pH的的Henderson-Hasselbalch方程式，又称方程式，又称缓冲公式缓冲公式。本讲稿第十七页，共五十二页同离子效应：同离子效应：H3O+很小很小 即：即：HB离解很少离解很少cHBHB，cB-B-HB +H2O H3O+B-MB M+B-（2）pH pKa+lg CHBCB-本讲稿第十八页，共五十二页（3）pH pKa+lg nHBnB-（2）pH pKa+lgCHBCB-同一溶液中：同一溶液中：VHB=VB-VB-VHB本讲稿第十九页，共五十二页小结：小结：(1)缓冲溶液是一定浓度的共轭酸和共轭缓冲溶液是一定浓度的共轭酸和共轭碱的

8、混合液碱的混合液(2)Ka为为共轭酸共轭酸的酸常数的酸常数(3)HBB-cHBcB-nHB缓冲比缓冲比或或或或称为称为nB-（4）缓冲溶液的）缓冲溶液的pH主要取决于溶液的主要取决于溶液的pKa本讲稿第二十页，共五十二页例例:已知已知H3PO4的的pKa1、pKa2、pKa3 HPO42-H3PO4 H2PO4-HPO42-PO43-H2PO4-HPO42-H3PO4-H2PO4-H2PO4-HPO42-PO43-Ka1Ka2Ka3pH=pKa1+lgH2PO4-H3PO4HPO42-pH=pKa2+lgH2PO4-pH=pKa3+lgPO43-HPO42-本讲稿第二十一页，共五十二页例：在例

9、：在1L混合液中，含有混合液中，含有0.10molL-1HAc和和0.10molL-1NaAc(HAc:pKa=4.75)(1)计算混合液的计算混合液的pH值值解解:pH pKa+lg CHBCB-pH pKa+lg CHAcCAc-=4.75本讲稿第二十二页，共五十二页(2)在此混合液中加入在此混合液中加入0.01molHCl,溶液的溶液的pH值值=?解解:NaAc+HCl HAc+NaCl0.090.11 pH pKa+lg CHAcCAc-4.66 pKa+lg 0.090.11本讲稿第二十三页，共五十二页(3)在此混合液中加入在此混合液中加入0.01molNaOH,溶液的溶液的pH值值

10、=?解解:HAc+NaOH NaAc+H2O0.090.11 pH pKa+lg CHAcCAc-4.84 pKa+lg 0.110.09本讲稿第二十四页，共五十二页例：在例：在1L混合液中，含有混合液中，含有0.10molL-1HAc和和0.10molL-1NaAc(HAc:pKa=4.75)(3)此混合液稀释一倍此混合液稀释一倍,溶液的溶液的pH值值=?解解:HAc=Ac-=0.05molL-1 pH pKa+lg CHAcCAc-4.75 pKa+lg 0.050.05本讲稿第二十五页，共五十二页例：将例：将0.10 molL-1的的 NaH2PO4 溶液溶液 10.0 ml 和和 0.

11、20 molL-1的的Na2HPO4 溶液溶液 1.0 ml 混合，计算混合，计算该混合液的该混合液的 pH 值。值。解：解：H2PO4-H+HPO42-本讲稿第二十六页，共五十二页例：将例：将 0.10 molL-1 盐酸盐酸 100 ml 与与 400 ml 0.10 molL-1 氨水相混合，求混合后溶液的氨水相混合，求混合后溶液的 pH 值（已知值（已知NH3 的的 K b=1.76 10-5）。）。解：解：NH3+H+NH4+本讲稿第二十七页，共五十二页缓冲溶液缓冲溶液pH的校正的校正pH=pKa+lg =pKa+lg pH=pKa+lg +lg 要较精确计算缓冲溶液要较精确计算缓冲

12、溶液pH，必须考虑溶液中离子强度的影，必须考虑溶液中离子强度的影响，用共轭酸碱的活度来代替它们的平衡浓度，则缓冲溶液响，用共轭酸碱的活度来代替它们的平衡浓度，则缓冲溶液pH计算公式可改写为：计算公式可改写为：式中式中 lg 为校正因数为校正因数本讲稿第二十八页，共五十二页缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围第三节第三节第三节第三节本讲稿第二十九页，共五十二页缓冲容量缓冲容量 单位体积的缓冲溶液单位体积的缓冲溶液pH改变改变1时时,所需所需加入一元强酸或一元强碱的量加入一元强酸或一元强碱的量(mol)定义：定义：=dnB(b)V dpH 单位：单位：molL-

13、1pH-1 def本讲稿第三十页，共五十二页1、与缓冲比的关系与缓冲比的关系A点：HB 而B-0B点：B-而HB 0O点：B-=1HBpHOAB缓冲溶液：HBB-总浓度一定总浓度一定时时,缓冲容量随缓缓冲容量随缓冲比的变化而规律变化冲比的变化而规律变化影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素本讲稿第三十一页，共五十二页pKaOABAO：B-HB1pHpKa红线BO：B-HB1pHpKa绿线O点：B-HB=1pH=pKaO点：pH=pKa最大最大本讲稿第三十二页，共五十二页pKaOABpKa1pKa+1当当110B-HB110时时缓冲溶液具缓冲作用缓冲溶液具缓冲作用pH=pKa1缓冲范围缓冲范围 该

14、缓冲系可以配制从该缓冲系可以配制从pH=pKa1到到pH=pKa1的缓冲溶液的缓冲溶液本讲稿第三十三页，共五十二页例：例：缓冲范围缓冲范围缓冲对缓冲对pKaHAcNaAc4.75H2PO4-HPO42-7.21NH4+NH39.253.755.756.218.218.2510.25本讲稿第三十四页，共五十二页pH135791113bdeb线：线：0.1molL-1HAc+NaOHHAcNaAc缓冲系缓冲系pKa4.75d线线:0.01molL-1 KH2PO4+NaOHH2PO4-HPO42-7.21e线：线：0.1molL-1NH3+HClNH4+NH39.25本讲稿第三十五页，共五十二页=

15、2.303HBB/C总总HB 共轭酸的平衡浓度共轭酸的平衡浓度B 共轭碱的平衡浓度共轭碱的平衡浓度C总总=HB B 2、与总浓度的关系与总浓度的关系总浓度越大，总浓度越大，越大越大=2.303(HB/C总总)(B/C总总)C总总缓冲比一定时缓冲比一定时,为常数为常数本讲稿第三十六页，共五十二页pH135791113bcb线：线：0.1 molL-1HAc+NaOHc 线：线：0.2 molL-1HAc+NaOH本讲稿第三十七页，共五十二页pH135791113afa线：HClf线：NaOH具缓冲容量，但具缓冲容量，但不是缓冲溶液不是缓冲溶液本讲稿第三十八页，共五十二页缓冲比为缓冲比为1时，缓冲

16、容量时，缓冲容量最大最大极大极大=2.303C总总=0.576C总总=2.303(HB/C总总)(B/C总总)C总总HB/C总总=HBHB B=11B-HB=12同样：同样：B/C总总=12本讲稿第三十九页，共五十二页小结：小结：影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素1.缓冲比一定时，缓冲比一定时，c总总越大，缓冲能力越强。越大，缓冲能力越强。2.c总总一定时，缓冲比一定时，缓冲比=1，缓冲能力最强。，缓冲能力最强。3.缓冲范围：缓冲范围：pKa 1 pH pKa 1本讲稿第四十页，共五十二页 缓缓缓缓 冲冲冲冲 溶溶溶溶 液液液液 的的的的 配制配制配制配制第四节第四节第四节第四节本讲稿第四十

17、一页，共五十二页一、缓冲溶液的配制方法一、缓冲溶液的配制方法选择合适的选择合适的 缓冲系：缓冲系：选择缓冲溶液的选择缓冲溶液的pH最接近最接近pKa的缓冲系的缓冲系根据根据pH=pKa1和缓冲容量原理和缓冲容量原理 总浓度不能太小或太大总浓度不能太小或太大 (0.050.2molL-1)计算计算 n B-和和 n HB 校正校正稳定、无毒稳定、无毒本讲稿第四十二页，共五十二页例：要配制例：要配制pH=7.00的缓冲的缓冲 溶液应选择哪一种缓冲系溶液应选择哪一种缓冲系?H2CO3NaHCO3NaH2PONa2HPO4缓冲系缓冲系pKa6.377.21可选用可选用TrisHClTris8.08本讲

18、稿第四十三页，共五十二页例：如何配制例：如何配制1L总浓度为总浓度为0.2 molL-1,pH=7.00的缓冲溶液。的缓冲溶液。解：解：查表可选用查表可选用NaH2PO4Na2HPO4：pKa2=7.21nHPO42-pH=pKa2+lgnH2PO4-已知已知7.00=7.21nHPO42-nH2PO4-=0.2二元一次二元一次 方程方程nHPO42-nH2PO4-=0.0862 mol=0.114 mol(Na2HPO4 12.24 12.24克克)(NaH2PO413.6813.68克克)称量二者混合溶解稀释至称量二者混合溶解稀释至1000ml1000ml本讲稿第四十四页，共五十二页缓冲溶

19、液的配制方式缓冲溶液的配制方式:(1)共轭酸共轭酸+共轭碱共轭碱如：如：HAc+NaAc(4)特殊两性物质特殊两性物质如：如：邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾(2)弱酸弱酸 +强碱强碱 如：如：HAc +NaOH(过量过量)(3)弱碱弱碱 +强酸强酸 如：如：NH3 +HCl(过量过量)COOHCOOKCOOH一元弱酸一元弱酸COOK一元弱碱一元弱碱共轭共轭(1:1)pH=4.00本讲稿第四十五页，共五十二页血液中的缓冲系血液中的缓冲系血液中的缓冲系血液中的缓冲系第五节第五节第五节第五节本讲稿第四十六页，共五十二页一、一、血液的主要缓冲体系是血液的主要缓冲体系是H2CO3-HCO3-H+增加（发高

20、烧、气喘增加（发高烧、气喘），），平衡向左平衡向左加快肺部二氧化碳的排出量加快肺部二氧化碳的排出量延长肾内延长肾内HCO3-的停留时间的停留时间OH-增加（肺气肿、糖尿病增加（肺气肿、糖尿病),平衡向右平衡向右降低肺部二氧化碳的排出量降低肺部二氧化碳的排出量加快肾内加快肾内HCO3-的排泄量的排泄量H2O+CO2 H2CO3 H+HCO3-肺肺肾肾本讲稿第四十七页，共五十二页血浆血浆pH值的计算值的计算 pKa=6.10CO2溶解溶解=1.210-3 molL-1 HCO3-=2.410-2 molL-1 虽然缓冲比已经虽然缓冲比已经超过理论范围，超过理论范围，但人体是一个开但人体是一个开放系

21、统放系统本讲稿第四十八页，共五十二页细胞内主要缓冲体系是细胞内主要缓冲体系是H2PO4-HPO42-H2PO4-H+HPO42-肾肾肾肾H+增加增加,平衡向左平衡向左,肾将多余的肾将多余的H2PO4-从尿中排出；从尿中排出；OH-增加增加,平衡向右平衡向右,肾将多余的肾将多余的HPO42-从尿中排从尿中排出。出。本讲稿第四十九页，共五十二页小结小结 溶液溶液pH值的计算值的计算H3O+=KaC最最简简式式一元弱酸一元弱酸H3O+=Ka1C多元弱酸多元弱酸OH-=KbCOH-=Kb1C一元弱碱一元弱碱多元弱碱多元弱碱先求先求H3O+先求先求OH-H3O+=KaKa两性物质两性物质缓冲溶液缓冲溶液

22、pH pKa+lg HBB-本讲稿第五十页，共五十二页求下列溶液的求下列溶液的pH值值:(1)0.10 molL-1Na2CO3+0.05 molL-1 HCl(2)0.10 molL-1Na2CO3+0.10 molL-1 HCl(3)0.10 molL-1Na2CO3+0.15 molL-1 HCl(4)0.10 molL-1Na2CO3+0.20molL-1 HCl已知已知:H2CO3 Ka1=4.3010-7 (pKa1=6.37)Ka2=5.6110-11(pKa2=10.25)本讲稿第五十一页，共五十二页(1)0.10 molL-1Na2CO3+0.05 molL-1 HCl(2)0.10 molL-1Na2CO3+0.10 molL-1 HCl(3)0.10 molL-1Na2CO3+0.15 molL-1 HCl(4)0.10 molL-1Na2CO3+0.20molL-1 HCl 0.05 molL-1 Na2CO3+0.05 molL-1 NaHCO30.10 molL-1 NaHCO3 0.05 molL-1 NaHCO3+0.05 molL-1 H2CO30.10 molL-1 H2CO3本讲稿第五十二页，共五十二页