第四章值计算和缓冲溶液精选文档.ppt

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1、第四章值计算和缓冲溶液第四章值计算和缓冲溶液本讲稿第一页，共三十九页一、强酸（强碱）溶液一、强酸（强碱）溶液强酸（强碱）在溶液中全部解离，但浓度低时需考虑水的解离强酸（强碱）在溶液中全部解离，但浓度低时需考虑水的解离精确式精确式 HCl HHCl H+Cl+Cl-H H2 2O HO H+OH+OH-当当C C 1010-6-6 mol/Lmol/L，忽略水的解离，忽略水的解离质子条件质子条件近似式近似式1 1、一元强酸（、一元强酸（C）本讲稿第二页，共三十九页2 2一元强碱（一元强碱（C C）NaOH Na+OH-H2O H+OH 精确式精确式近似式近似式当当当当C 10C 10C 10C

2、10-6-6-6-6 mol/Lmol/Lmol/Lmol/L，忽略水的解离，忽略水的解离，忽略水的解离，忽略水的解离质子条件质子条件本讲稿第三页，共三十九页3.二元强酸溶液二元强酸溶液如如1.0molL1.0molL-1-1HClHCl溶液，溶液，HH+=1.0molL=1.0molL-1-1，pH=0.00pH=0.00；当浓度很稀时，需用精确式计算，当浓度很稀时，需用精确式计算，如如1.0101.010-7-7 molL molL-1-1HClHCl，HH+=1.610=1.610-7-7，pH=6.80pH=6.80当当当当C 10C 10C 10C 10-6-6-6-6 mol/Lm

3、ol/Lmol/Lmol/L，忽略水的解离，忽略水的解离，忽略水的解离，忽略水的解离本讲稿第四页，共三十九页二二 一元弱酸（弱碱）溶液一元弱酸（弱碱）溶液质子条件（弱酸质子条件（弱酸HA）：）：H+=A-+OH-精确式精确式(1)(2)1 1一元弱酸溶液一元弱酸溶液(C(Ca a)本讲稿第五页，共三十九页(3)(4)(4a)(4b)近似式近似式(1)(1)式中，若式中，若Ka HA 2020Kw，Kw可忽略；又弱酸可忽略；又弱酸Ka较小，较小，则可用则可用K Ka aHAHA K Ka ac ca a 2020Kw来判断。来判断。即当即当K Ka ac ca a 2020K Kw,w,ca/K

4、a400时，时，Kw忽略，得：此时忽略，得：此时 HA=c H+，则，则(1)本讲稿第六页，共三十九页若平衡时若平衡时H+c，则，则c-H+c，由式，由式(4)得：得：(5)最简式最简式式式(5)使用条件是：使用条件是：Kaca 20Kw和和若计算一元弱碱若计算一元弱碱pH值，将上述式中值，将上述式中H+换为换为OH-，Ka换为换为Kb即可即可若若Kaca 20Kw，但，但ca/Ka 400，则不能忽略水的解离，则不能忽略水的解离，HA ca，得：，得：(6)本讲稿第七页，共三十九页2 2 一元弱碱溶液一元弱碱溶液（Cb）(1)K(1)Kb bc cb b 2020K Kw,w,cb/Kb40

5、0(2)K(2)Kb bc cb b 2020K Kw,w,cb/Kb 400(3)K(3)Kb bc cb b 2020Kw，c/Ka400，采用，采用最简式最简式计算：计算：例例2 计算计算0.10molL-1一氯乙酸溶液的一氯乙酸溶液的pH？解：解：Ka=1.4010-3，cKa20Kw，c/Ka400，采用，采用近似式近似式计算：计算：pH=1.96例题例题本讲稿第九页，共三十九页例例3 计算计算1.010-4molL-1HCN溶液的溶液的pH？解：解：Ka=6.210-10，cKa400，采用式，采用式(6)计算：计算：例例4 计算计算0.10molL-1NH3溶液的溶液的pH？解：

6、解：Kb=1.8010-5，cKb20Kw，c/Kb400，用，用最简式最简式计算：计算：本讲稿第十页，共三十九页 例例5 计算计算1.010-4molL-1NaCN溶液的溶液的pH？解：解：CN-是是HCN的共轭碱，的共轭碱，Ka=6.210-10，Kb=Kw/Ka=1.610-5，cKb20Kw，但，但c/Kb400，用用近似式近似式计算：计算：本讲稿第十一页，共三十九页多多元元酸酸（碱碱）溶溶液液与与一一元元酸酸（碱碱）pHpH计计算算类类似似，满满足足条条件件时时，可可将将多多元元酸酸碱碱看看作作一一元元酸酸碱碱来来处处理理，否否则则，需需考考虑虑水解离、多级解离等，可采用迭代法计算处

7、理。水解离、多级解离等，可采用迭代法计算处理。三三 多元酸（碱）溶液多元酸（碱）溶液本讲稿第十二页，共三十九页例例6 室温时，室温时，H2CO3饱和溶液的浓度约为饱和溶液的浓度约为0.040molL-1，计算溶液的计算溶液的pH？解：解：按最简式按最简式计算计算本讲稿第十三页，共三十九页例例7 计算计算0.10molL-1H2C2O4溶液的溶液的pH？解：解：按按近似式近似式计算计算本讲稿第十四页，共三十九页精确式精确式弱酸弱酸HA和和HB的混合溶液，的混合溶液，质子条件为：质子条件为：H+=A-+B-+OH-(1)四四 弱酸混合溶液弱酸混合溶液本讲稿第十五页，共三十九页所以：所以：(2)(3

8、)最简式最简式近似式近似式例例 计算计算0.10molL-1HF和和0.20molL-1HAc混合溶液的混合溶液的pH？解解：KHF=6.610-4，KHAc=1.810-5，用用近近似似式式计计算算，得得：pH=2.08本讲稿第十六页，共三十九页五五 两性物质溶液两性物质溶液酸式盐（如酸式盐（如NaHA）质子条件：质子条件：H+H2A=A2-+OH-(1)精确式精确式本讲稿第十七页，共三十九页(1)(1)cKa2 20Kw,c20Ka1通常通常K Ka1a1、K Ka2a2都比较小，故溶液里的都比较小，故溶液里的HAcHAc(2)(2)cKa2 20Kw,c20Ka1(3)(3)cKa2 2

9、0Kw,c20Ka1本讲稿第十八页，共三十九页计算计算0.10molL-1NaHCO3溶液的溶液的pH解：解：本讲稿第十九页，共三十九页第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液 一、一、缓冲溶液和缓冲作用原理缓冲溶液和缓冲作用原理 二、二、缓冲溶液的缓冲溶液的pH值值 三、三、缓冲容量缓冲容量 四、四、缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 五、五、缓冲溶液在医学上的意义缓冲溶液在医学上的意义 本讲稿第二十页，共三十九页一一 缓冲溶液和缓冲作用原理缓冲溶液和缓冲作用原理（一）缓冲作用和缓冲溶液（一）缓冲作用和缓冲溶液 缓冲作用：抵抗少量强酸、强碱或稀释的影响，缓冲作用：抵抗少量强酸、强碱或稀释的影响，缓冲作用：抵

10、抗少量强酸、强碱或稀释的影响，缓冲作用：抵抗少量强酸、强碱或稀释的影响，pHpHpHpH值值值值不变。不变。不变。不变。缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液具有缓冲作用的溶液。具有缓冲作用的溶液。本讲稿第二十一页，共三十九页（二）缓冲溶液的组成（二）缓冲溶液的组成 具有足够浓度的具有足够浓度的具有足够浓度的具有足够浓度的共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对缓冲对缓冲对。如：如：如：如：HAc-AcHAc-AcHAc-AcHAc-Ac-、NHNHNHNH4 4 4 4+-NH-NH-NH-NH3 3 3 3酸酸抗碱成分抗碱成分；碱；碱抗酸成分抗酸成分。1 1）弱酸及其对应盐：）弱酸及其对应盐：H

11、Ac HAc NaAcNaAc2 2）酸式盐及其次级盐：）酸式盐及其次级盐：NaHNaH2 2POPO4 4 NaNa2 2HPOHPO4 43 3）弱碱及其对应盐：）弱碱及其对应盐：NHNH4 4Cl Cl NHNH3 3本讲稿第二十二页，共三十九页问题：问题：1.H2CO3和和Na2CO3能否组成缓冲对？能否组成缓冲对？2.1molL-1NaOH和和1molL-1HAc等体积混合，有否等体积混合，有否缓冲作用？缓冲作用？3.1molL-1NaOH和和2molL-1HAc等体积混合，有否缓等体积混合，有否缓冲作用？冲作用？否。如否。如H2CO3 NaHCO3，NaHCO3 Na2CO3均可。

12、均可。否。因全部生成否。因全部生成NaAc。有。有。HAc NaAc组成缓冲对。组成缓冲对。本讲稿第二十三页，共三十九页（三）缓冲溶液的作用原理（三）缓冲溶液的作用原理 以以HAc-NaAcHAc-NaAc为例：为例：加少量加少量H H+，平衡，平衡，使，使HH+，pHpH值几乎不变。值几乎不变。抗酸成分抗酸成分抗酸成分抗酸成分加少量加少量OHOH-，平衡，平衡，补充减少的，补充减少的H H+，pHpH值几乎不变。值几乎不变。抗碱成分抗碱成分抗碱成分抗碱成分加少量水，加少量水，HH+、AcAc-，同离子效应，同离子效应 ，平衡，平衡 ，pHpH值几值几乎不变。乎不变。本讲稿第二十四页，共三十九

13、页二二 缓冲溶液的缓冲溶液的pH值值HBNaB缓冲溶液缓冲溶液近似计算公式近似计算公式 共轭碱共轭碱 共轭酸共轭酸 本讲稿第二十五页，共三十九页v 对不同缓冲对，会正确使用对不同缓冲对，会正确使用K Ka a。如：如：NaHNaH2 2POPO4 4 NaNa2 2HPOHPO4 4，K Ka a 是是H H3 3POPO4 4的的K K a a2 2 。NHNH3 3 NHNH4 4ClCl，K Ka a 是是NHNH4 4+的离解常数。的离解常数。v 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值取决于值取决于K Ka a及缓冲比及缓冲比 （BB-/HB/HB）加水稀释，缓冲比不变，加水稀释，缓冲比不变，

14、pHpH也不变也不变抗稀释抗稀释抗稀释抗稀释。本讲稿第二十六页，共三十九页练习：取练习：取0.1molL-1H3PO450ml和和0.1molL-1 NaOH 70ml混合，求溶液混合，求溶液pH值。值。(已知已知H3PO4的的pKa1=2.12；pKa2=7.21；pKa3=12.67)解：解：NaH2PO4Na2HPO4组成缓冲对组成缓冲对=7.21+lg 2/3=7.03本讲稿第二十七页，共三十九页二、影响缓冲溶液二、影响缓冲溶液pHpH值的因素值的因素 pHpH值决定于缓冲系中共轭酸的值决定于缓冲系中共轭酸的K Ka a和缓冲比即和缓冲比即 共轭碱共轭碱 共轭酸共轭酸。同一缓冲系同一缓

15、冲系 ，pHpH值只决定于缓冲比值只决定于缓冲比 。BB-HB=1 HB=1时，时，则则pH=ppH=pK Ka a。少量稀释，少量稀释，pHpH值不变；大量稀释，值不变；大量稀释，pHpH会变化。会变化。本讲稿第二十八页，共三十九页三三 缓冲容量缓冲容量（一）缓冲容量（一）缓冲容量衡量缓冲能力大小的尺度。衡量缓冲能力大小的尺度。值愈大，溶液的缓冲能力愈大。值愈大，溶液的缓冲能力愈大。本讲稿第二十九页，共三十九页（二）影响缓冲容量的因素（二）影响缓冲容量的因素 缓冲溶液的总浓度。缓冲溶液的总浓度。C C大，大，也大也大 缓冲溶液的缓冲比。缓冲溶液的缓冲比。缓冲比为缓冲比为1 1，最大最大本讲稿

16、第三十页，共三十九页（三）缓冲范围（三）缓冲范围pH=ppH=pK Ka a 1 1 有效缓冲范围有效缓冲范围缓冲比缓冲比1 1：1 1时，时，最大，最大，pH=pKpH=pKa a。缓冲比大于缓冲比大于1010：1 1或小于或小于1 1：1010时，缓冲溶液已失去时，缓冲溶液已失去缓冲能力。缓冲能力。不同缓冲系，不同缓冲系，pKpKa a不同缓冲范围不同。不同缓冲范围不同。本讲稿第三十一页，共三十九页四四 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 配制的原则和方法配制的原则和方法条件：条件：1.1.配好的缓冲液符合预期配好的缓冲液符合预期pHpH值。值。2.2.要有较大的要有较大的。原则：原则：1.1.

17、选择合适缓冲系。选择合适缓冲系。2.2.适当总浓度，适当总浓度，C C在在0.050.050.2molL0.2molL-1-1。3.3.计算所需缓冲系的量。计算所需缓冲系的量。4.pH4.pH计校正。计校正。本讲稿第三十二页，共三十九页练习：若配制练习：若配制pHpH为为5.005.00缓冲液缓冲液500ml500ml，现有，现有6molL6molL-1-1的的HAc34.0mlHAc34.0ml，问需加入，问需加入NaAc3HNaAc3H2 2O O晶体多少克？如何配？如加入晶体多少克？如何配？如加入2molL2molL-1-1NaOHNaOH溶溶液，需多少液，需多少ml?ml?（需（需Na

18、Ac3HNaAc3H2 2O O晶体晶体49.4g49.4g。需需NaOHNaOH溶液溶液65.3ml65.3ml。）。）本讲稿第三十三页，共三十九页1.有较大的缓冲能力有较大的缓冲能力:c 较大较大(0.011molL-1);pHpKa,即即ca cb1 1HAc NaAc:pKa=4.76 (pH 45.5)NH4OHNH3:pKb=4.75 (pH8 10)(CH2)6N4(CH2)6N4H+:pKb=8.87 (pH 4.5 6)2.不干扰测定不干扰测定(EDTA滴定滴定Pb2+,不用不用HAc-Ac-)。本讲稿第三十四页，共三十九页常用缓冲溶液常用缓冲溶液 缓冲溶液pKa缓冲范围氨基

19、乙酸+HCl2.351.53.0氯乙酸+NaOH2.8623.5甲酸+NaOH3.7734.5HAc+NaAc4.7645.5六次甲基四胺+HCl5.134.56.0H2PO4-+HPO42-7.216.58三羟甲基甲胺+HCl8.217.59硼砂(H3BO3+H2BO3-)9.248.510NH4+NH39.258.510本讲稿第三十五页，共三十九页五五 缓冲溶液在医学上的意义缓冲溶液在医学上的意义血液血液pH=7.35-7.45pH=7.35-7.45，由多种缓冲对起作用。，由多种缓冲对起作用。其中其中 浓度最高，缓冲能力最大。浓度最高，缓冲能力最大。抗酸成分抗酸成分抗碱成分抗碱成分本讲稿

20、第三十六页，共三十九页正常血浆内，缓冲比为正常血浆内，缓冲比为 碳酸缓冲系碳酸缓冲系pHpH值计算公式值计算公式:正常血浆正常血浆正常血浆正常血浆pH=7.4pH=7.4pH=7.4pH=7.4酸中毒：酸中毒：pH 7.35pH 7.45pH 7.456.16.1本讲稿第三十七页，共三十九页标准缓冲溶液标准缓冲溶液用来校正用来校正pH计，在一定温度下有准确计，在一定温度下有准确pH值的溶液，其值的溶液，其pH值由实值由实验测定。理论上计算此类溶液的验测定。理论上计算此类溶液的pH值时，必须考虑离子强度的值时，必须考虑离子强度的影响。影响。本讲稿第三十八页，共三十九页重要的缓冲溶液重要的缓冲溶液

21、缓冲溶液选择原则：缓冲溶液选择原则：缓冲溶液对测量过程应没有干扰；缓冲溶液对测量过程应没有干扰；所需控制的所需控制的pH应在缓冲溶液的缓冲范围内；应在缓冲溶液的缓冲范围内；有足够的缓冲容量；有足够的缓冲容量；无污染，价格便宜无污染，价格便宜全域缓冲溶液：有很宽全域缓冲溶液：有很宽pH范围，一般由几种不同范围，一般由几种不同pKa（一元或多元（一元或多元酸及其共轭碱）物质混合而成。酸及其共轭碱）物质混合而成。例如伯瑞坦例如伯瑞坦-罗宾森（罗宾森（Britton-Robinson）是由磷酸、硼酸和醋酸混合成，向其中加入不同量的氢氧化是由磷酸、硼酸和醋酸混合成，向其中加入不同量的氢氧化钠可以组成钠可以组成pH范围很宽的缓冲溶液，范围很宽的缓冲溶液，pH1.811.9；如柠檬酸和磷酸；如柠檬酸和磷酸氢二钠按不同比例混合，可得氢二钠按不同比例混合，可得pH 28本讲稿第三十九页，共三十九页