3-3第三章-缓冲溶液.ppt

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1、 HCO3-+H2O H3O+CO32-以以HCO3-在水中作为酸时，质子传递反应为在水中作为酸时，质子传递反应为(一一)两性阴离子溶液两性阴离子溶液 当当HCO3-在水中作为碱时，质子传递反应为在水中作为碱时，质子传递反应为 HCO3-+H2O OH-+H2CO3两性物质溶液两性物质溶液 Ka2Kb=Kw/Ka1 当当cKa2 20Kw 且且c20Ka1 时时,水水的的质质子子传传递递反反应应可以忽略。溶液中可以忽略。溶液中H+的近似计算公的近似计算公式为式为或或（3.17）考虑水质子传递反应考虑水质子传递反应H2PO4-的计算的计算H+的最简式的最简式HPO42-的计算的计算H+的最简式的

2、最简式c c K Ka2a22020K Kw w c c 2020K Ka1a1应用条件：应用条件：c c K Ka3a32020K Kw w c c 2020K Ka2a2应用条件：应用条件：计算计算0.20molL-1NaH2PO4溶液的溶液的pH值。值。已知已知H3PO4的的pKa1=2.16，pKa2=7.21,pKa3=12.32解：解：cKa2 20Kw 且且c 20Ka1 例例3-14符合近似公式计算条件，可按近似公式（符合近似公式计算条件，可按近似公式（3.17）计算）计算 以以NH4Ac为为例例,它它在在水水中中发发生生下下列列质质子子传传递递平平衡衡 NH4+H2O NH3

3、 +H3O+Ac-+H2O HAc +OH-Ka表示阳离子酸表示阳离子酸(NH4+)的解离常数的解离常数;Ka表表示示阴阴离离子子碱碱(Ac-)的的共共轭轭酸酸(HAc)的的解解离离常常数数;当当c Ka20Kw，且，且c 20Ka时，时，或或由弱酸和弱碱组成的两性物质溶液由弱酸和弱碱组成的两性物质溶液 计算计算0.10molL1 NH4CN溶液的溶液的pH值。值。已知已知NH4+的的Ka为为5.5910-10，HCN的的Ka为为6.1710-10。例例3-14解：解：cKa 20Kw 且且c 20Ka 氨氨基基酸酸的的通通式式为为NHNH3 3+CHRCHRCOOCOO-，式式中中-NH-N

4、H3 3+基基团团可可给给出出质质子子，显显酸酸性性；-COO-COO-基基团可以接受质子，显碱性，团可以接受质子，显碱性，故是两性物质故是两性物质。氨基酸型两性物质溶液氨基酸型两性物质溶液Kb=2.2410-12 计算氨基酸水溶液中计算氨基酸水溶液中H+浓度的近似式与计浓度的近似式与计算算NH4Ac的相似，即的相似，即H+=，Ka=Kw/Kb=10-14/(2.2410-12)=4.4610-3NH3+CH2COO-+H2O NH3+CH2COOH+OH-Ka=1.5610-10NH3+CH2COO-+H2O NH2CH2COO-+H3O+以以甘甘氨氨酸酸(NH(NH3 3+CHCH2 2C

5、OOCOO-)为为例例，它它在在水水溶液中的质子传递平衡为溶液中的质子传递平衡为则在甘氨酸的水溶液中则在甘氨酸的水溶液中所以所以 pH=lg(8.3410-7)=6.08小小 节节n1 1、掌握酸碱理论、掌握酸碱理论n2 2、一元弱酸、一元弱酸PHPH值的近似计算值的近似计算n3 3、二元弱酸、二元弱酸PHPH值近似计算值近似计算当当Ka1ca20Kw，时，时ca/Ka1 500n3 3、两性物质、两性物质PHPH值的近似计算公式值的近似计算公式或或（3.17）第五节第五节 缓缓 冲冲 溶溶 液液一、缓冲溶液的组成和作用机制一、缓冲溶液的组成和作用机制二、缓冲溶液的二、缓冲溶液的PH计算计算三

6、、缓冲容量和缓冲范围三、缓冲容量和缓冲范围四、缓冲溶液的配置四、缓冲溶液的配置五、缓冲溶液在医学上的意义五、缓冲溶液在医学上的意义对比实验：对比实验：加加0.01mol HCl或加或加0.01mol NaOH pH基本不变（基本不变（pH试纸检测）试纸检测）加加0.01mol HCl，pH=2pH=7 pH=2加加0.01molNaOH，pH=12pH=7 pH=12一升一升HAc+NaAc 混合液混合液 pH=4.66一升纯水一升纯水 pH=7定义：由弱酸及其共轭碱所组成的定义：由弱酸及其共轭碱所组成的具有抵抗少量具有抵抗少量酸、碱或稀释而保持酸、碱或稀释而保持 pH 值基本不变的混合液值基

7、本不变的混合液，称为缓冲溶液。称为缓冲溶液。缓冲溶液的这种抗酸、抗碱、抗稀释的作用称缓冲溶液的这种抗酸、抗碱、抗稀释的作用称为为缓冲作用缓冲作用。缓冲溶液的组成和作用机制缓冲溶液的组成和作用机制共轭酸共轭酸HAcNH4ClH2PO4-共轭碱共轭碱NaAcNH3H2OHPO42-缓冲对缓冲对抗抗碱碱成分成分Anti-Base component抗抗酸酸成分成分Anti-Acid component缓冲溶液组成缓冲溶液组成常见缓冲溶液的三种类型常见缓冲溶液的三种类型(一一)弱酸及其共轭碱弱酸及其共轭碱 如如：HAc/NaAc;H2CO3/NaHCO3(二二)弱碱及其共轭酸弱碱及其共轭酸如如：NH3

8、 H2O/NH4Cl；CH3NH2/CH3NH3+Cl-(三三)多元酸酸式盐及其共轭碱多元酸酸式盐及其共轭碱如如：NaHCO3/Na2CO3；NaH2PO4/Na2HPO4 以以HAc-NaAc缓冲溶液为例缓冲溶液为例（与酸作用与酸作用与酸作用与酸作用）少量少量H+平衡向左移动平衡向左移动共轭碱是抗酸成分共轭碱是抗酸成分缓冲溶液的作用原理缓冲溶液的作用原理以以HAc-NaAc缓冲溶液为例（缓冲溶液为例（与碱作用与碱作用）：）：少量少量OH-平衡向右移动平衡向右移动共轭酸是抗碱成分共轭酸是抗碱成分共轭酸是抗碱成分共轭酸是抗碱成分一元弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液一元弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液设设

9、NaAc的浓度为的浓度为Cb，HAC的浓度为的浓度为CaCHAc Ca CAc-Cb(HendersonHasselbalch方程式方程式)NH4+Ca NH3.H2OCb 弱碱与其共轭酸组成缓冲溶液弱碱与其共轭酸组成缓冲溶液 pH=14 pOH缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算公式值的计算公式(HendersonHasselbalch方程式方程式)pKa ：弱酸解离常数的负对数，弱酸解离常数的负对数，HB和和B-：为平衡浓度。为平衡浓度。B-/HB：缓冲溶液的缓冲比，缓冲溶液的缓冲比，(buffer ratio)B-+HB：缓冲溶液的总浓度。缓冲溶液的总浓度。pHpKa+lg pKa+lg（1）缓

10、冲溶液缓冲溶液的的pH值值取决于取决于pKa值与值与缓冲比缓冲比缓冲溶液的性质：缓冲溶液的性质：（2 2）对于一个给定的缓冲系来说，对于一个给定的缓冲系来说，对于一个给定的缓冲系来说，对于一个给定的缓冲系来说，pKa值是一定的，值是一定的，pH值取决于缓冲比。值取决于缓冲比。（3）当缓冲比等于当缓冲比等于1时，时，pH=pKa。（4 4）缓冲溶液除具有抗酸、抗碱作用外，缓冲溶液除具有抗酸、抗碱作用外，还具有抗还具有抗稀释作用。稀释作用。例例：等等体体积积的的0.2mol/LHAc与与0.2mol/LNaAc混混合合，计算其计算其 pH值。值。解：解：pH=4.75+lg（0.1/0.1）=4.

11、75Na2HPO4-Na3PO4缓冲溶液：缓冲溶液：NaHCO3-Na2CO3缓冲溶液缓冲溶液：多元酸酸式盐与其共轭碱缓冲溶液多元酸酸式盐与其共轭碱缓冲溶液 例：在浓度各为例：在浓度各为例：在浓度各为例：在浓度各为0.1mol/L0.1mol/L 的的的的1L1L1L1LHAcHAc 和和和和AcAcAcAc-的混合的混合的混合的混合溶液中分别加入溶液中分别加入溶液中分别加入溶液中分别加入0.01molHCl;0.01mol 0.01molHCl;0.01mol NaOHNaOH(设体设体设体设体积不变积不变积不变积不变)和稀释和稀释和稀释和稀释5 5倍后，问倍后，问倍后，问倍后，问pHpH

12、值变化如何？值变化如何？值变化如何？值变化如何？加酸加酸后：后：HCl +NaAc =HAc +NaCl 0.01 0.01 加碱加碱后：后：NaOH +HAc =NaAc +H2O 0.01 0.01稀释稀释5倍倍后后pH=4.75+lg（0.09/0.11）=4.66pH=4.75+lg（0.11/0.09）=4.84pH=4.75+lg（0.02/0.02）=4.75解：原来的解：原来的 pH=4.75 lg 0.1/0.1=4.75 例：例：5ml 1mol/L NH3H2O和和15ml0.2mol/LNH4Cl混合，计算混合液的混合，计算混合液的pH.Kb=1.76 10-5解：混合

13、后，解：混合后，c(NH3H2O)=51/20=0.25 (mol/L)c(NH4Cl)=0.215/20 =0.15 (mol/L)pOH=pKb+lg（Ca/Cb）=4.75+lg(0.15/0.25)=4.53pH=14 4.53=9.47例例：等等体体积积的的 0.2 mol/L NH3.H2O与与0.05mol/L HCl混合，计算溶液的混合，计算溶液的pH.解：解：NH3.H2O +HCl =NH4Cl +H2O c(NH4Cl)=0.05/2=0.025(mol/L)c(NH3.H2O)=(0.2-0.05)/2=0.075 (mol/L)pOH=4.75+lg(0.025/0.

14、075)=4.27pH=14-4.27 =9.73缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围（一）缓冲容量（一）缓冲容量（一）缓冲容量（一）缓冲容量 缓缓冲冲容容量量是是指指使使单单位位体体积积(1L或或lmL)的的缓缓冲冲溶溶液液的的pH值值改改变变1个个单单位位时时，所所需需加加入入一一元元强强酸酸或或一一元元强强碱碱的物质的量的物质的量(mol或或mmol)。例例例例 在在在在1L0.100molL1L0.100molL-1-1HAc-0.100molLHAc-0.100molL-1-1NaAcNaAc缓冲溶液中，缓冲溶液中，缓冲溶液中，缓冲溶液中，加入加入加入加入0.001molHCl0.0

15、01molHCl或或或或0.001mol 0.001mol NaOHNaOH，求缓冲容量。求缓冲容量。求缓冲容量。求缓冲容量。解解解解:(l):(l):(l):(l)加入加入加入加入HClHCl时的缓冲容量时的缓冲容量时的缓冲容量时的缓冲容量:加入加入加入加入HClHCl后，后，后，后，HAc=0.100+0.001=0.101(mol.L-1)Ac-=0.100-0.001 =0.099(mol.L-1)(2)加入加入NaOHNaOH时的缓冲容量时的缓冲容量:加入加入NaOHNaOH后，后，HAc=0.100-0.001=0.099(molL-1)Ac-=0.100+0.001=0.101(

16、molL-1)1.1.缓冲溶液的总浓度缓冲溶液的总浓度c c总总2.2.与缓冲溶液的缓冲比有关与缓冲溶液的缓冲比有关影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素值极小值极小(最大最大)值极小值极小缓冲容量减弱缓冲容量减弱缓冲容量减弱缓冲容量减弱pH=pKa1缓冲范围：缓冲范围：pKa1 pH pKa1pH=pKa1pH=pKapH=pKa1缓冲溶液的缓冲溶液的缓冲范围缓冲范围缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制1 1选择适当的缓冲系选择适当的缓冲系选择适当的缓冲系选择适当的缓冲系 所选缓冲系共轭酸的所选缓冲系共轭酸的所选缓冲系共轭酸的所选缓冲系共轭酸的p pK Ka a值与所需值与所需值与所需值与所需pHpH

17、值越接近越好。值越接近越好。值越接近越好。值越接近越好。2 2缓缓缓缓冲冲冲冲溶溶溶溶液液液液要要要要有有有有适适适适当当当当的的的的总总总总浓浓浓浓度度度度，在在在在0.05-0.2 0.05-0.2 molLmolL-1-1间间间间为宜。为宜。为宜。为宜。3 3、缓冲溶液的缓冲溶液的pH值落在所选缓冲对的值落在所选缓冲对的pKa范围内。范围内。所需共轭酸碱量的计算所需共轭酸碱量的计算当所用共轭酸和共轭碱浓度相等时当所用共轭酸和共轭碱浓度相等时当所用共轭酸和共轭碱浓度不相等时当所用共轭酸和共轭碱浓度不相等时n n 例例例例 配制配制配制配制pH=5.10pH=5.10缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液

18、缓冲溶液100mL100mL，需，需，需，需0.10 molL0.10 molL-1 1HOAcHOAc和和和和0.10 molL0.10 molL-1-1NaAcNaAc各多少毫升？各多少毫升？各多少毫升？各多少毫升？n n解：设需解：设需解：设需解：设需HAcHAc溶液的体积为溶液的体积为溶液的体积为溶液的体积为V Va a，NaAcNaAc溶液的体积为溶液的体积为溶液的体积为溶液的体积为V Vb b Va+Vb=100 Va=100-VbV Vb b=69mL=69mL，V Va a=3lmL=3lmL需需需需0.10 molL0.10 molL-1-1HOAc 3lmL,0.10 mo

19、lLHOAc 3lmL,0.10 molL-1-1 NaOAcNaOAc 69mL 69mL。血浆中的缓冲系主要有血浆中的缓冲系主要有血浆中的缓冲系主要有血浆中的缓冲系主要有:H H2 2COCO3 3 HCOHCO3 3-H2PO4-HPO4 2 2-H n Pr-H n-1 P r-H+OH-CO2肺呼出肺呼出肾肾红细胞中的缓冲系主要有：红细胞中的缓冲系主要有：HH2 2COCO3 3-HPO-HPO3 3 2 2 2 2 -HHb-Hb-HHbO2-HbO2-HH2 2POPO4 4-HPO-HPO4 4 2 2 2 2 -五、五、缓冲溶液在医学上的意义缓冲溶液在医学上的意义人体血液中的

20、缓冲对主要有：人体血液中的缓冲对主要有：碳酸缓冲系中的抗酸成分碳酸缓冲系中的抗酸成分HCOHCO3 3-挥缓冲作用挥缓冲作用:酸性物质进入血液时酸性物质进入血液时HCO3-+H+H2CO3 CO2+H2O 过多的过多的COCO2 2主要通过血红蛋白和氧合血红蛋主要通过血红蛋白和氧合血红蛋白运送到肺部排出体外。白运送到肺部排出体外。抗碱成分抗碱成分H H2 2COCO3 3离解出来的离解出来的H H+与之结合成极与之结合成极难离解的难离解的H H2 2O O。消耗的消耗的H H+由由H H2 2COCO3 3的离解来补充。的离解来补充。碱性物质进入血液时碱性物质进入血液时H2CO3 HCO3-+H+OH-H2O+小小 结结1 1、缓冲溶液的组成和作用机制、缓冲溶液的组成和作用机制2 2、缓冲溶液的、缓冲溶液的pHpH计算计算3 3、缓冲绒容量和缓冲范围、缓冲绒容量和缓冲范围4 4、缓冲溶液的配置、缓冲溶液的配置缓冲范围：缓冲范围：缓冲范围：缓冲范围：p pK Ka a1 pH 1 pH p pK Ka a1 1下一次内容下一次内容第十二章第十二章 滴定分析滴定分析 第一节第一节 滴定分析概述滴定分析概述第二节第二节 分析结果的误差和有效数字分析结果的误差和有效数字