无机化学第五章-电解质溶液-第五节至第六节.pptx

《无机化学第五章-电解质溶液-第五节至第六节.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机化学第五章-电解质溶液-第五节至第六节.pptx（40页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第五章电解质溶液目录第五章 电解质溶液第五节 缓冲溶液第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡缓冲溶液第五节第五章 电解质溶液第五节 缓冲溶液生物体液都有各自相对稳定的pH。比如血液的pH为7.357.45，超过此范围就会引起酸碱中毒。而生物体中有自身代谢的一些酸碱物质如枸橼酸、乳酸等，体外也要引入一些酸碱物质，但体液的pH并不以这些酸碱物质的摄入而改变，原因是体液中存在缓冲对，具有缓冲作用。缓冲溶液的意义 1缓冲作用原理将直接应用于后续课程如病理生理学中，用于理解和探讨人体的生理机制和病理生理变化，尤其是体液的酸碱平衡、水盐代谢等正常状态和失调等原因。2应用于基础医学和临床医学研究中，尤其在生物

2、学、分子生物学、细胞生物学实验中，广泛使用缓冲溶液来维持研究体系的酸碱环境。第五节 缓冲溶液一、缓冲溶液的组成及其作用1.缓冲溶液的概念50ml H2OpH11pH3|pH|=4pH4.76pH4.740.1mol/L HAc0.1mol/L NaAcpH=4.75|pH|=0.011滴1.0mol/L NaOH1滴1.0mol/L HCl1滴1.0mol/L NaOH1滴1.0mol/L HCl具有缓冲作用的溶液。溶液能抵抗外加的少量强酸、强碱或稀释而保持溶液的pH基本不变的作用。“少量”“基本不变”说明缓冲作用有限度缓冲溶液（buffer solution）缓冲作用（buffer acti

3、on）第五节 缓冲溶液2.缓冲溶液的组成 缓冲溶液之所以具有缓冲作用，是由于缓冲溶液中同时含有抗酸和抗碱两种成分，通常将这两种成分称为缓冲对或缓冲系。按照酸碱质子理论，缓冲对就是共轭酸碱对，如HAc-Ac、NH4+-NH3、H2PO4-HPO42等。3.缓冲作用原理（1）抗酸作用HAc +H2O H3O+Ac 多 少 多 缓冲对中的共轭碱发挥了抵抗外来强酸的作用，是抗酸成分。少量H3O+平衡向左移动抗酸成分一、缓冲溶液的组成及其作用第五节 缓冲溶液（2）抗碱作用HAc +H2O Ac +H3O+多 多 少 缓冲对中的共轭酸发挥了抵抗外来强酸的作用，是抗碱成分。少量OH-平衡向右移动抗碱成分（3

4、）抗稀释作用在缓冲溶液适当稀释时，虽然H3O+的浓度因稀释有所降低，但Ac与HAc的浓度同时也降低，同离子效应减弱，HAc的解离度增加，H3O+的浓度得以弥补，溶液的pH基本不变。一、缓冲溶液的组成及其作用3.缓冲作用原理第五节 缓冲溶液 （a)0.50ml 0.10mol/L HCl(b)0.50ml 0.10mol/L HAc和 0.10mol/L NaAc混合液 结论：（1）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用的物质基础。（2）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓冲作用的内在动力。第五节 缓冲溶液二、缓冲溶液的pH计算HA-A缓冲系：HA+H2O H3O+A缓冲溶液的pH取决于缓冲对的本性，

5、而且与缓冲比（共轭碱与共轭酸的浓度之比）有关亨德森-哈塞尔巴赫方程式，用于pH计算第五节 缓冲溶液例5-12 用200ml 0.10mol/L HAc溶液和300ml 0.10mol/L NaAc溶液混合配成500ml缓冲溶液，计算此溶液的pH。并计算此缓冲溶液分别加入10ml 0.10mol/L HCl和10ml 0.10mol/L NaOH后，溶液pH的变化值。na=0.10200103=0.020（mol）nb=0.10300103=0.030（mol）缓冲系为HAc-Ac，HAc的pKa=4.75解：(1)求原缓冲溶液的pH第五节 缓冲溶液（2）求加入HCl后缓冲溶液pH的变化值加入H

6、Cl的量 nHCl=0.1010103=1.0103（mol）加入HCl后，na=0.020+1.0103=0.021（mol）nb=0.0301.0103=0.029（mol）pH=4.894.93=-0.04加入NaOH的量 nNaOH=0.1010103=1.0103（mol）（3）求加入NaOH后缓冲溶液pH的变化值pH=4.964.93=0.03加入NaOH后 na=0.0201.0103=0.019（mol）nb=0.030+1.0103=0.031（mol）第五节 缓冲溶液例5-13 将100ml 0.10mol/L盐酸加入300ml 0.10mol/L氨水中，求混合后溶液的pH

7、。解：缓冲系为NH4+-NH3，NH3H2O的 pKb=4.751000.100HCl +NH3 NH4Cl反应前 n(mmol)反应后 n(mmol)3000.10030-1010第五节 缓冲溶液三、缓冲容量和缓冲范围 1.缓冲容量的概念缓冲容量(buffer capacity)是使单位体积（1L）缓冲溶液的pH改变1个单位时，所需加入的一元强酸或一元强碱的物质的量。缓冲容量是缓冲溶液自身的特性，它只与缓冲溶液的总浓度和缓冲比有关，而与外加酸碱的量无关。衡量缓冲溶液缓冲能力的大小 值越大，说明在一定体积的缓冲溶液中加入一定量的强酸或强碱时，缓冲溶液的pH变化越小，缓冲能力越强第五节 缓冲溶液

8、2.影响缓冲容量的因素 对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲比一定时，缓冲溶液的总浓度越大，溶液中的抗酸、抗碱成分越多，缓冲容量越大。取决于缓冲溶液的总浓度和缓冲比（1）缓冲溶液总浓度(c总)c总=ca+cb（2）缓冲比(cb/ca)对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比越接近1，缓冲容量越大；缓冲比=1时，缓冲容量最大。三、缓冲容量和缓冲范围 第五节 缓冲溶液3.缓冲范围 如HAc-Ac的缓冲范围为3.755.75。一般当缓冲比10或0.1时，可认为缓冲溶液已基本丧失缓冲能力。缓冲溶液只有当缓冲比在1/1010/1时，即pH在pKa1至pKa+1之间时，缓冲溶液有较强

9、的缓冲能力。缓冲溶液具有缓冲作用的pH范围。pKa1 pKa+1缓冲范围：不同的缓冲系，由于共轭酸的pKa不同，所组成的缓冲溶液的缓冲范围也不同。三、缓冲容量和缓冲范围 第五节 缓冲溶液常见的缓冲溶液及其缓冲范围缓冲系pKa缓冲范围 H2C8H4O4-NaOH2.892.24.0 HAc-NaAc4.753.75.6 KHC8H4O4-NaOH5.514.05.8 KH2PO4-Na2HPO47.215.88.0 巴比妥酸-巴比妥酸钠7.437.09.0 TrisH+-Tris8.217.29.0 H3BO3-NaOH9.248.010.0 NH3H2O-NH4+9.258.310.2 NaH

10、CO3-Na2CO310.259.211三、缓冲容量和缓冲范围 第五节 缓冲溶液四、缓冲溶液的配制pH尽量接近共轭酸的pKa。（1）选择合适的缓冲系：（2）选取适当的总浓度：总浓度一般在0.050.20mol/L，缓冲容量在0.010.10。（3）计算各缓冲成分所需要的量（体积）（4）用pH计校正1.缓冲溶液的配制原则(若共轭酸、碱溶液的初始浓度相同)第五节 缓冲溶液2.配制注意事项（1）所选择的缓冲对不能与反应物质作用，不得干扰样品相继步骤的反应。药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等。（2）所用的试剂必须使用二级以上纯度的试剂。一级：优级纯G.R 二级：分析纯A.R 三级：化学纯C.R 四级：

11、实验试剂L.R（3）实验用水选用新鲜的蒸馏水。pH6的缓冲溶液应用无CO2的水配制，并在储存期间防止CO2的侵入。（4）贮藏在抗腐蚀的玻璃或聚乙烯塑料瓶中。保存期一般为23个月，如出现浑浊、霉变、沉淀等现象应停止使用。四、缓冲溶液的配制第五节 缓冲溶液例5-14 如何配制100ml pH为4.95的缓冲液？HAc的pKa=4.75，与pH 4.95接近 选用HAc-NaAc缓冲系解：设需HAc Va ml，则需NaAc Vb=100Va ml 将38.7ml 0.10mol/L/HAc和61.3ml 0.10mol/L NaAc 混合就可配成100ml pH为4.95的缓冲液。Va=38.7m

12、lVb=100Va=61.3ml选用0.10mol/L HAc和0.10mol/L NaAc溶液来配制。配制缓冲溶液时，除直接选用共轭酸碱溶液配制外，还可选用弱酸与强碱或弱碱与强酸进行配制。弱酸或弱碱的物质的量一定要大于强碱或强酸的物质的量，根据两者之间的化学反应，计算出剩余的弱酸或弱碱的物质的量及生成的共轭碱或共轭酸的物质的量。第五节 缓冲溶液解：0.20V 1000.20 00.20V-20 0 20 设需加入HAc的体积为V mlV=150ml 将150ml 0.20mol/L HAc溶液与100ml 0.20mol/L NaOH溶液混合 均匀，再用水稀释至500ml，即得所需配制的缓冲

13、溶液。反应前 n(mmol)反应后 n(mmol)HAc +NaOH NaAc +H2O例5-15 欲配制pH为5.05的缓冲溶液500ml，计算应向100ml 0.20mol/L NaOH溶液中加入0.20mol/L HAc溶液的体积，已知HAc的pKa=4.75。第五节 缓冲溶液五、血液中的缓冲系 在人体内各种体液都要保持一定的较稳定的pH，组织、细胞才能进行正常的物质代谢和维持正常的生理活动。人体血液的正常pH在7.357.45，当血液的pH7.35时发生酸中毒，当血液的pH7.45时发生碱中毒。血液是一个多缓冲系组成的缓冲溶液体系，主要的缓冲对有：血浆内：H2CO3-HCO3、H2PO

14、4-HPO42、HnP(血浆蛋白)-Hn-1P。其中H2CO3-HCO3缓冲系在血液中的浓度最高，缓冲能力最强，维持血液的正常pH也最重要。血红细胞内：HHb(血红蛋白)-Hb、HHbO2(氧合血红蛋白)-HbO2、H2CO3-HCO3、H2PO4-HPO42。第五节 缓冲溶液血浆中H2CO3-NaHCO3缓冲系的缓冲原理 肾肺CO2+H2OH2CO3+H2O H3O+HCO3正常人的血浆中 H2CO3=0.0012mol/L，HCO3=0.024mol/L临床上常用：NH4Cl 纠正碱中毒 乳酸钠、NaHCO3纠正酸中毒五、血液中的缓冲系 第五节 缓冲溶液案例：临床检验测得甲、乙两人血浆中H

15、CO3和H2CO3的浓度分别为：甲：HCO3=21.0mmol/L，H2CO3=1.40mmol/L乙：HCO3=54.0mmol/L，H2CO3=1.35mmol/L两人血浆的pH正常吗？若不正常，是酸中毒还是碱中毒？甲pH=7.28，低于7.35，属于酸中毒分析：乙pH=7.70，高于7.45，属于碱中毒课堂活动1.需要控制pH为46和810时，应分别选用哪种缓冲溶液？2.为什么糖尿病患者易发生酸中毒？五、血液中的缓冲系 难溶强电解质的沉淀溶解平衡第六节第五章 电解质溶液一、溶度积常数BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO42（aq)溶解沉淀Ksp=Ba2+SO42 溶度积常数 Ksp=A

16、a+mBbn 在一定温度下，难溶性电解质达成沉淀与溶解平衡时，溶液中有关离子浓度幂的乘积为一常数（Ksp）。AmBn(s)mAa+(aq)+nBb(aq)Ksp的大小取决于难溶性电解质的本性，并随着温度的升高而增大，但与难溶性电解质沉淀的量及溶液中离子浓度的变化无关。Ksp 的大小反映了难溶强电解质溶解能力的大小，Ksp 越小，难溶强电解质就越难溶于水。第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡二、溶度积和溶解度s的关系 Ksp=Aa+mBbn=(ms)m(ns)n AmBn(s)mAa+(aq)+nBb(aq)AB型化合物：A2B或AB2型化合物：相同类型的难溶性电解质，Ksp越小，s也越小。不同类

17、型的难溶性电解质，Ksp大，s不一定大，必须通过计算才能得出正确的结论。第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡BaSO4的溶解度为：Ag2CrO4的溶解度为：解：例5-16 已知298K时，Ag2CrO4和BaSO4的溶度积分别为1.11012和1.11010，试求Ag2CrO4和BaSO4在水中的溶解度。从计算结果看出，虽然Ag2CrO4比BaSO4的溶度积小，但溶解度却较大。第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡三、同离子效应 在难溶强电解质溶液中加入与该电解质具有相同离子的易溶强电解质，使难溶性电解质的溶解度降低的现象称为同离子效应。NaCl Na+Cl向AgC

18、l溶液中加入NaCl：AgCl(s)Ag+Cl若Ag2CrO4的溶解度为s，则Ag+=2s，CrO42=s+0.100.10mol/L例5-17 计算298K时Ag2CrO4在0.10mol/L K2CrO4溶液中的溶解度，并与在纯水中的溶解度相比较。Ag2CrO4(s)2Ag+(aq)+CrO42(aq)Ksp=Ag+2 CrO42=(2s)20.101.11012=(2s)20.10解得 s=1.66106(mol/L)第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡四、溶度积规则 Q=(An+)m(Bm)n 过饱和溶液。将有沉淀析出，直至形成饱和溶液。离子积饱和溶液，处于沉淀溶解平衡状态。此时，既无沉

19、淀析出又无沉淀溶解。不饱和溶液。如有固体将溶解，直至全部溶解或形成饱和溶液。利用溶度积规则可以判断沉淀能否生成或溶解。（3）QKsp（1）Q=Ksp第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡(一)沉淀的生成 离子积溶度积Q=(Ag+)(Cl)=2.510-8Ksp 所以有AgCl沉淀析出。例5-18 将1.010-3mol/L AgNO3和1.010-4mol/L NaCl等体积混合，能否析出AgCl沉淀(AgCl的Ksp=1.810-10)？解：混合后五、沉淀的生成和溶解 第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡课堂讨论检查纯化水中氯化物的允许限量时，取水样50ml，加硝酸5滴和0.1mol/L AgNO

20、3试液1ml，静置半分钟，以溶液不发生浑浊为限。加硝酸的目的是什么？水中的Cl高于多少，检查时会出现浑浊？如果溶液中含有两种或两种以上的离子，都能与同一种试剂生成难溶性电解质沉淀，当向溶液中加入这种沉淀剂时就会先后生成几种沉淀，这种先后沉淀的现象称为分级沉淀。率先满足QKsp的难溶性电解质沉淀先析出。第六节 难溶强电解质的沉淀溶解平衡例5-19 在含有0.10mol/L Cl和0.10mol/L I 的溶液中逐滴加入AgNO3，哪种离子先沉淀？能否用分级沉淀将两者分离？解：AgCl沉淀析出所需的Ag+最低浓度：AgI沉淀析出所需的Ag+最低浓度：沉淀I所需的Ag+较低，所以AgI沉淀先析出。当AgCl沉淀开始析出时，Ag+=1.77109（mol/L）当AgCl开始沉淀时，溶液中的I 已经沉淀完全（Ksp，沉淀析出QKsp，沉淀溶解溶度积规则：沉淀的生成与溶解分步沉淀沉淀转化溶度积规则的应用第五章 电解质溶液小结