《緩沖溶液》PPT課件

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1、 人 體 內(nèi) 的 各 種 體 液 都 具 有 一 定 的 pH范 圍 ，如 血 液 的 pH范 圍 為 7.357.45，如 果 超 出 這個(gè) 范 圍 ， 就 會(huì) 出 現(xiàn) 酸 中 毒 和 堿 中 毒 。 因 此 ，維 持 溶 液 和 體 液 的 pH基 本 恒 定 ， 在 化 學(xué) 和 醫(yī)學(xué) 上 都 同 樣 具 有 重 要 的 意 義。 許 多 化 學(xué) 反 應(yīng) ， 需 要 在 一 定 的 酸 度 條 件下 才 能 正 常 進(jìn) 行 。 第 三 章 緩 沖 溶 液Buffer Solution 學(xué) 習(xí) 要 求 掌 握 緩 沖 溶 液 的 概 念 、 組 成 和 緩 沖 機(jī) 理 。 掌 握 影 響 緩

2、 沖 溶 液 pH的 因 素 、 應(yīng) 用 Henderson-Hasselbalch方 程 式 計(jì) 算 緩 沖 溶 液 pH值 。 掌 握 緩 沖 容 量 的 概 念 、 影 響 因 素 及 有 關(guān) 計(jì) 算 。 熟 悉 配 制 緩 沖 溶 液 的 原 則 和 方 法 。 了 解 醫(yī) 學(xué) 上常 用 緩 沖 溶 液 配 方 和 標(biāo) 準(zhǔn) 緩 沖 溶 液 。 熟 悉 血 液 中 的 主 要 緩 沖 系 及 在 穩(wěn) 定 血 液 pH過(guò) 程中 的 作 用 。 2.0012.00 往 10ml pH =5.00的 H Cl溶 液 中 加 入 : 0.10 ml(2滴 ) 1.0 M H Cl 加 入 : 0

3、.10 ml(2滴 ) 1.0 M NaOH 3 4.96 5.09 往 上 述 混 合 溶 液 中 加 入 : 0.10 ml(2滴 ) 1.0 M H Cl 加 入 : 0.10 ml(2滴 ) 1.0 M NaOH 2 5.01 5.0 ml 0.20 M H Ac 9.0 ml 0.20 M NaAc 1 pH (實(shí) 驗(yàn) ) 溶 液 實(shí) 驗(yàn) 可 見 ， 加 入 少 量 強(qiáng) 酸 (或 強(qiáng) 堿 )溶 液 后 ， 對(duì) No.1 溶 液 的 pH 影 響 很 小 。 No.1溶 液 有 緩 沖 作 用 。 第 一 節(jié) 緩 沖 溶 液 及 緩 沖 機(jī) 制一 緩 沖 溶 液 的 緩 沖 作 用 和

4、 組 成結(jié) 論 HAc NaAc 混 合 溶 液 有 抵 抗 外 來(lái)少 量 強(qiáng) 酸 、 強(qiáng) 堿 而 保 持 pH值 基 本 不變 的 能 力 。 第 一 節(jié) 緩 沖 溶 液 及 緩 沖 機(jī) 制一 緩 沖 溶 液 的 緩 沖 作 用 和 組 成1. 緩 沖 溶 液 （ buffer solution） 能 抵 抗 外 來(lái) 少 量 強(qiáng) 酸 、 強(qiáng) 堿 或 稍 加 稀 釋 ， 而 保 持 其pH基 本 不 變 的 溶 液 。2. 緩 沖 作 用 （ buffer action） 緩 沖 溶 液 對(duì) 強(qiáng) 酸 、 強(qiáng) 堿 或 稀 釋 的 抵 抗 作 用 。3. 緩 沖 溶 液 的 組 成 一 般 由 足

5、 夠 濃 度 的 共 軛 酸 堿 對(duì) 的 兩 種 物 質(zhì) 組 成 。 組 成 緩 沖 溶 液 的 共 軛 酸 堿 對(duì) 的 兩 種 物 質(zhì) 合 稱 為 緩 沖系 (buffer system)或 緩 沖 對(duì) (buffer pair)。 第 一 節(jié) 緩 沖 溶 液 及 緩 沖 機(jī) 制一 緩 沖 溶 液 的 緩 沖 作 用 和 組 成常 見 的 緩 沖 系 質(zhì) 子 轉(zhuǎn) 移 平 衡 HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+ H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+TrisH+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH 4+H2

6、O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO42-+H2O PO43-+H3O+ 緩 沖 系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4TrisHCl -TrisH 2C8H4O4- KHC8H4O4NH4Cl - NH3CH3NH3+Cl - CH3NH2NaH2PO4- Na2HPO4Na2HPO4- Na3PO4 質(zhì) 子 轉(zhuǎn) 移 平 衡緩 沖 系 緩 沖 溶 液 的 組 成1弱 酸 及 其 對(duì) 應(yīng) 的 鹽 例 如，H Ac-NaAc 2多 元 弱 酸 的 酸 式 鹽 及 其 對(duì) 應(yīng) 的 次 級(jí) 鹽

7、。 3弱 堿 及 其 對(duì) 應(yīng) 的 鹽 例 如：NH 3-NH 4Cl例 如：NaH CO3-Na2CO3 第 一 節(jié) 緩 沖 溶 液 及 緩 沖 機(jī) 制一 緩 沖 溶 液 的 緩 沖 作 用 和 組 成在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 還 采 用 酸 堿 反 應(yīng) 的 生 成 物 與 剩 余 的 反 應(yīng)物 組 成 緩 沖 系 。 弱 酸 （ 過(guò) 量 ） + 強(qiáng) 堿 強(qiáng) 酸 + 弱 堿 （ 過(guò) 量 ） 優(yōu) 點(diǎn) ： HCl 和 NaOH 溶 液 常 備 試 劑 ， 容 易 獲 得 。 弱 酸 或 弱 堿 的 濃 度 即 緩 沖 系 的 總 濃 度 。 通 常 緩 沖 溶 液 的 pH需 要 在 pH計(jì) 監(jiān)

8、 控 下 調(diào) 整 ， 滴 加 強(qiáng)堿 /酸 易 于 操 作 。 第 一 節(jié) 緩 沖 溶 液 及 緩 沖 機(jī) 制二 緩 沖 機(jī) 制 以 HAcAc-體 系 為 例緩 沖 溶 液 存 在 大 量 HAc和 Ac- ， 質(zhì) 子 轉(zhuǎn) 移 平 衡n 當(dāng) 加 入 少 量 強(qiáng) 酸 時(shí) 消 耗 掉 外 來(lái) 的 H+離 子 ， 而 溶 液 的 pH保 持 基 本 不 變 。 H+ + Ac- HAcn 當(dāng) 加 入 少 量 強(qiáng) 堿 時(shí) 質(zhì) 子 轉(zhuǎn) 移 平 衡 右 移 ， 補(bǔ) 充 消 耗 掉 的H 3O+離 子 ， 而 的 pH值 保 持 基 本 不 變 。OH- + H3O+ 2H2O 共 軛 堿 稱 為 抗 酸

9、成 分 ， 共 軛 酸 稱 為 抗 堿 成 分 。HAc + H2O H3O+ + Ac- 第 一 節(jié) 緩 沖 溶 液 及 緩 沖 機(jī) 制二 緩 沖 機(jī) 制結(jié) 論 由 于 緩 沖 溶 液 中 同 時(shí) 含 有 較 大 量 的 抗 堿成 分 和 抗 酸 成 分 ， 消 耗 外 來(lái) 的 少 量 強(qiáng) 酸 、強(qiáng) 堿 。 它 們 通 過(guò) 弱 酸 解 離 平 衡 的 移 動(dòng) ， 使 溶 液H+離 子 或 OH-離 子 濃 度 未 有 明 顯 的 變 化 ，因 此 具 有 緩 沖 作 用 。 以 HAc-NaAc緩 沖 溶 液 為 例 （ ） HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc Na+ + A

10、c- 少 量 H +平 衡 向 左 移 動(dòng)共 軛 堿 是 抗 酸 成 分 以 H Ac-NaAc緩 沖 溶 液 為 例 （ ） ： HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- 少 量 OH -平 衡 向 右 移 動(dòng)共 軛 酸 是 抗 堿 成 分 第 二 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 pH值 一 緩 沖 溶 液 pH值 的 計(jì) 算 公 式 ：HendersonHasselbalch方 程 式 以 HB代 表 弱 酸 ， 并 與 NaB組 成 緩 沖 溶 液 。 HB + H2O H3O+ + B-NaB Na+ + B- 第 二 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 pH值 一 緩 沖

11、溶 液 pH值 的 計(jì) 算 公 式1. 如 何 推 求 HendersonHasselbalch方 程式 HB + H2O H3O+ + B- 第 二 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 pH值 一 緩 沖 溶 液 pH值 的 計(jì) 算 公 式2. HendersonHasselbalch方 程 式 的 意 義 緩 沖 溶 液 的 pH首 先 取 決 于 pKa pKa值 一 定 ， 其 pH值 隨 著 緩 沖 比 B-/HB的 改變 而 改 變 。 當(dāng) 緩 沖 比 等 于 1時(shí) ， pH等 于 pK a 第 二 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 pH值 一 緩 沖 溶 液 pH值 的 計(jì) 算 公 式3. Hende

12、rsonHasselbalch方 程 式 的 應(yīng) 用 HB在 溶 液 中 只 少 部 分 解 離 ， 且 因 B-的 同 離 子效 應(yīng) ， 使 HB幾 乎 完 全 以 分 子 狀 態(tài) 存 在 。 所 以 第 二 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 pH值 一 緩 沖 溶 液 pH值 的 計(jì) 算 公 式 由 于 c = n/V， 所 以 第 二 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 pH值 一 緩 沖 溶 液 pH值 的 計(jì) 算 公 式 根 據(jù) n = cV， 若 取 儲(chǔ) 備 液 c(B-) = c(HB)(混 合前 的 濃 度 ) 例 : 1L緩 沖 溶 液 中 含 有 0.10molH Ac和 0.20mol NaA

13、c, 求 該 緩 沖 溶 液 的 pH 值。 Ka(HAc) =1.7610-5 解 ： 該 緩 沖 溶 液 中 含 有 H Ac-NaAc緩 沖 對(duì) 又 Ka(H Ac) =1.7610-5 Ca =0.10molL-1 Cb = 0.20 molL-1 pH = CbCa 0.200.10pKa + lg =4.75 + lg= 5.05 例 ： 將 100ml0.10molL-1鹽 酸 溶 液 加 入 到400ml0.10 molL-1氨 水 中 ， 求 混 合 后 溶 液的 pH 值 ， 已 知 Kb(NH 3) =1.76 10-5 解 ： 加 入 的 鹽 酸 完 全 與 氨 反 應(yīng)

14、： NH 3 + H + = NH 4+ 混 合 后 ， 溶 液 中 各 組 分 的 濃 度 為 ：Ca = 1000.1400+100 = 0.02(molL-1)Cb = 4000.101000.10400 +100 = 0.06 (molL-1)pKa(NH 4+ ) = 9.25pH = pKa + lgCbCa = 9.25 + lg0.060.02 =9.73 第 三 節(jié) 緩 沖 容 量 和 緩 沖 范 圍一 、 緩 沖 容 量 緩 沖 溶 液 的 緩 沖 能 力 有 一 定 限 度 ， 當(dāng) 加 入強(qiáng) 酸 或 強(qiáng) 堿 過(guò) 量 ， 緩 沖 溶 液 的 pH將 發(fā) 生 較大 的 變 化

15、 ， 失 去 緩 沖 能 力 。 用 緩 沖 容 量 作為 衡 量 緩 沖 能 力 大 小 的 尺 度 。 定 義 為 緩 沖 容 量（）在 數(shù) 值 上 等 于 使 1L緩 沖 溶 液值 改 變 1個(gè) pH單 位 時(shí) ， 所 需 加 入 一 元 強(qiáng) 酸 或 一元 強(qiáng) 堿 的 物 質(zhì) 的 量 影 響 緩 沖 容 量 的 因 素v 總 濃 度當(dāng) 緩 沖 比 一 定 ， 總 濃 度 越 大 ， 緩 沖 容 量 越 大 。v 緩 沖 比a.最 大 緩 沖 容 量 當(dāng) 總 濃 度 一 定 時(shí) ， 緩 沖 比 等 于 1時(shí) ， 緩 沖 容量 最 大 ， 此 時(shí) 溶 液 ： 第 三 節(jié) 緩 沖 容 量 和

16、緩 沖 范 圍四 、 緩 沖 范 圍 把 緩 沖 溶 液 pH=pKa 1變 化 范 圍 稱 為 緩 沖范 圍 。 第 四 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 配 制一 、 配 制 方 法1 選 擇 合 適 的 緩 沖 系 ：（ 1） pH在 pKa 1緩 沖 范 圍 內(nèi) 并 盡 量 接 近 弱 酸 pKa。（ 2） 緩 沖 系 的 物 質(zhì) 必 須 對(duì) 主 反 應(yīng) 無(wú) 干 擾 。2 配 制 的 緩 沖 溶 液 的 總 濃 度 要 適 當(dāng) ： 一 般 總 濃 度 0.05molL-1 0.2molL-1。3 計(jì) 算 所 需 緩 沖 系 的 量 ： 根 據(jù) Henderson-Hasselbalch方 程 計(jì)

17、 算 。4 校 正 ： 需 在 pH計(jì) 監(jiān) 控 下 ， 對(duì) 所 配 緩 沖 溶 液 的 pH校 正 。 1、已知H3PO4的pKa1=2.12，pKa2=7.21，pKa3=12.67，若配制pH=7.4的緩沖溶液，應(yīng)選擇的緩沖對(duì)為： （） A、H3PO4H2PO4-B、H2PO4-HPO42-C、HPO42-PO43- D、H3PO4HPO42- B 第 四 節(jié) 緩 沖 溶 液 的 配 制二 、 標(biāo) 準(zhǔn) 緩 沖 溶 液 標(biāo) 準(zhǔn) 緩 沖 溶 液 性 質(zhì) 穩(wěn) 定 ， 有 一 定 的 緩 沖 容 量 和 抗稀 釋 能 力 ， 用 來(lái) 校 準(zhǔn) pH計(jì) 。 第 五 節(jié) 血 液 中 的 緩 沖 系 血

18、漿 中 ： H2CO3-HCO3-H2PO4-HPO42- HnP-Hn-1P-(血 漿 蛋 白 ) 紅 細(xì) 胞 中 ： H2b-Hb-(血 紅 蛋 白 )H2bO2-HbO2-(氧 合 血 紅 蛋 白 )H 2CO3-HCO3-H2PO4-HPO42- 第 五 節(jié) 血 液 中 的 緩 沖 系 在 這 些 緩 沖 系 中 ， 碳 酸 緩 沖 系 H2CO3-HCO3-的 濃度 最 高 ， 在 維 持 血 液 pH的 正 常 范 圍 中 發(fā) 揮 的 作 用最 重 要 。 碳 酸 緩 沖 系 來(lái) 源 于 呼 吸 作 用 的 二 氧 化 碳 溶 于 血 液生 成 的 碳 酸 ， 與 其 離 解 產(chǎn)

19、生 的 碳 酸 氫 根 離 子 ， 以及 血 液 中 貯 存 的 碳 酸 氫 根 離 子 達(dá) 成 平 衡 ： 第 五 節(jié) 血 液 中 的 緩 沖 系 若 血 液 的 pH小 于 7.35， 則 會(huì) 發(fā) 生 酸 中 毒(acidosis)； 若 pH大 于 7.45， 則 發(fā) 生 堿 中 毒(alkalosis)。 若 血 液 的 pH小 于 6.8或 大 于 7.8，就 會(huì) 導(dǎo) 致 死 亡 。 正 常 情 況 下 ， HCO3-與 CO2溶 解 的 比 率 為24mmolL-1比 1.2mmolL-1， 即 20/1。 pKa1 =6.10， pH 6.10 + lgpH7.40 思 考 混

20、合 20 mL 0.10 molL-1 的 H 3PO4與 30 mL 0.10 molL-1 的 NaOH ， 所 得 緩 沖 溶 液 的pH =？ 已 知 ： pKa1=2.16， pKa2=7.21， pKa3=12.32。 解 ： H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O 反 應(yīng) 前 200.10mmol 300.10mmol反 應(yīng) 后 2.0mmol1.0mmol NaH2PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2O反 應(yīng) 前 2.0mmol 1.0mmol 反 應(yīng) 后 1.0mmol1.0mmol 1、一定溫度下，加水稀釋弱酸，數(shù)值將減小的是 （） A.H+ B. C.pH D. Ka A 2、在氨水中加入氯化銨后，則氨水的解離度 （） A.增大 B.不變 C.減小 D.先增大后減小C