無(wú)機(jī)化學(xué)酸堿平衡緩沖溶液.ppt

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1、第 1頁(yè) 第四節(jié) 緩沖溶液 營(yíng)養(yǎng)學(xué)專家指出 ， 堿性食物對(duì)大魚(yú)大肉的現(xiàn)代人來(lái)說(shuō) 多有裨益 ， 但這跟食物的酸堿度沒(méi)有多大關(guān)系 ， 其好 處在于被歸類為 “ 堿性 ” 的食物普遍含有現(xiàn)代人所缺 乏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) ， 食物的酸堿度本身對(duì)人體酸堿度及健 康影響甚微 。 第 2頁(yè) 食物本身是酸性或堿性 ,不代表攝入體內(nèi)的 PH值是一定的。 林秀紅說(shuō) ,多數(shù)堿性食物攝入體內(nèi)表現(xiàn)為堿性 ,但也有的堿 性或降低 ,甚至變?yōu)樗嵝浴Ｒ耘Ｄ虨槔?,鈣離子燃燒之后的 灰分 ,遇水生成氫氧化物 ,是強(qiáng)堿?？墒窃谌梭w中 ,90%以上 的鈣都是以固體的形式存在 ,堿性雖強(qiáng) ,卻體現(xiàn)不出來(lái)。 同理 ,肉類屬于呈酸性食

2、物 ,其主要營(yíng)養(yǎng)成分是蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)中的氮元素在我們體內(nèi)則大部分以氨基酸的形式存 在 ,并且是很多生物堿的中心原子 ,那么在體內(nèi)它可以起到 提高 pH值的作用。肉本身是酸性的 ,但多數(shù)進(jìn)入體內(nèi)的酸 性很小 ,甚至變?yōu)閴A性。 第 3頁(yè) 實(shí)驗(yàn) 樣品 1： 0.10 molL-1 NaCl溶液 樣品 2：含 HAc 和 NaAc 均為 0.10 molL-1的混合溶液 操作：滴加強(qiáng)酸 HCl 至 c(HCl)=0.010 molL-1 觀察現(xiàn)象： pH的變化 一、緩沖溶液的組成和作用原理 第 4頁(yè) 0.10mol/L NaCl溶液 NaCl溶液中加入 0.0

3、10 mol/ HCl，溶液的 pH 由 7變?yōu)?2， pH=5 0.10mol/LHAc-0.10 mol/L NaAc溶液 0.10mol/L HAc-0.10mol/L NaAc溶液溶 液中加入 0.010 mol/L HCl，溶液的 pH 由 4.75變?yōu)?4.74， pH=0.01 第 5頁(yè) 結(jié)論 HAc-NaAc 混合溶液具有抵抗外來(lái)少量 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而保持 pH基本不變的能力。 第 6頁(yè) 1. 定義 能夠抵抗外加少量酸堿或水的稀釋， 而 保持 pH基本不變的溶液稱為 緩沖溶液 。 2. 組成 抗堿組份 抗酸組分 弱酸及對(duì)應(yīng)的鹽

4、 HAc NaAc 弱堿及對(duì)應(yīng)的鹽 NH4Cl NH3H 2O 酸式鹽及其次級(jí)鹽溶液 NaH2PO4 Na2HPO4 緩沖溶液具有緩沖作用，是因?yàn)榫彌_溶液中含有 共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)，即抗堿組分和抗酸組分， 通常把這兩種組分稱為 緩沖對(duì) 或 緩沖系 。 第 7頁(yè) (1) 弱酸及其對(duì)應(yīng)的鹽 以 HAc-NaAc緩沖體系為例 存在共軛酸堿對(duì) HAc-Ac- Ac-是共軛堿，結(jié)合質(zhì)子 HAc是共軛酸，釋放質(zhì)子 解離平衡： HAc H+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- NaAc是強(qiáng)電解質(zhì)完全解離

5、， HAc 為弱酸，有同離子效應(yīng)，降低了 HAc的解離度，使 HAc僅發(fā)生微弱 解離。在混合溶液中 cHAc（來(lái)自弱 酸）和 cAc-（主要來(lái)自 NaAc）都較 大，存在 HAc的解離平衡。 3.作用原理 第 8頁(yè) 加入少量 OH- ，它與 H+結(jié)合生成 水，平衡向右移動(dòng) 。 HAc + H2O H3O+ + Ac- + OH- H2O 加入少量 H+ ，它與 Ac-結(jié)合生成 HAc，平衡向左移動(dòng) ; 第 9頁(yè) 抗酸成分 抗堿成分 CO2 + H2O B- 共軛酸 共軛堿 H2CO3 H+ + HCO3- + 第 10頁(yè) 抗酸離子反應(yīng)方

6、程式： Ac- + H+ HAc 在 HAc-NaAc緩沖體系中加入少量酸（如鹽酸）時(shí)，溶液 中大量的 Ac-與 H+結(jié)合生成 HAc，同時(shí)其解離平衡左移。 當(dāng)建立新平衡時(shí)， cHAc略有增加， cAc-略有減少，而溶液 中 cH+幾乎不變。所以 NaAc是緩沖溶液的抗酸成分。 抗堿離子反應(yīng)方程式： OH- + HAc Ac- + H2O 在該緩沖體系中加入少量強(qiáng)堿，增加的 OH-與溶液中的 H+ 結(jié)合生成 H2O， H+濃度的減少使得 HAc的解離平衡右移， 以補(bǔ)充 H+的減少。建立新平衡時(shí)， cHAc略有減少， cAc-略 有增加，而溶液 pH幾乎不變。所以 HA

7、c是緩沖溶液的抗 堿成分。 第 11頁(yè) 當(dāng)加水稀釋時(shí)，溶液中的 cH+減少，而解離度增加， 補(bǔ)充了 cH+的減少，因而 pH維持相對(duì)穩(wěn)定。 當(dāng)加入大量的酸、堿，溶液中的 HAc或 Ac-消耗殆 盡，就不再具有緩沖能力。所以緩沖溶液的緩沖能 力是有限的。如果外界條件的改變超過(guò)了該溶液的 緩沖能力，則溶液的 pH不再維持穩(wěn)定。 (2) 弱堿及其對(duì)應(yīng)的鹽 自學(xué) (3) 多元酸的酸式鹽及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)鹽 自學(xué) 第 12頁(yè) 二、緩沖溶液 pH值的計(jì)算 對(duì)于弱酸及其鹽體系： HA + H2O A- + H3O+ 3 3 H O A H O A a a K

8、 H AK HA A lg ap H p K HA 上式稱為亨德森 -哈塞巴赫方程，又稱緩沖公式。 式中， HA是弱電解質(zhì)，加之共軛堿 (A-)的同離子 效應(yīng)，致使 HA的解離度更小，故平衡時(shí)： 緩沖比 c(HAc) ca c(Ac-) cb 第 13頁(yè) b a a CpH = pK lg C 上式又可近似為： 緩沖溶液的 pH取決于緩沖對(duì)中弱酸的解離常 數(shù) Ka和和緩沖液中的緩沖比； 對(duì)于同一緩沖溶液， Ka相同，其 pH只取決于 緩沖比。當(dāng)緩沖比等于 1（即 cb=ca）時(shí)，緩沖溶 液的 pH=pKa。 第 14頁(yè) 【 例 】 等體積的 0.

9、2mol/L HAc與 0.2mol/L NaAc混合， 計(jì)算其 pH值。（已知 HAc的 pKa=4.75） pH = 4.75 + lg（ 0.1/0.1） = 4.75 - A c p H = p K + l ga H A c 解：由公式 答： 0.2mol/L HAc與 0.2mol/L NaAc混合液的 pH值為 4.75 第 15頁(yè) 解： (1) 原緩沖溶液的 pH為： a A c 0 . 1 0p H p K l g 4 . 7 5 l g 4 . 7 5 H A c 0 . 1 0 【 例 】 在 100mL濃度各為 0.10 mol/L的 H

10、Ac和 NaAc緩 沖溶液中，加入 0.1mL 1mol/L的 HCl溶液，計(jì)算 pH如 何改變？（已知 HAc的 pKa=4.75。） (2) 加入 HCl溶液后， HCl濃度變?yōu)? 1Lm ol001.01.0100 1.01H C l 第 16頁(yè) 溶液的 pH比原來(lái)降低了約 0.01單位，幾乎未改變。 而若向純水中加入，則改變約 4個(gè)單位。 74.401.075.4101.0 099.0lg75.4pH 則： HAc = 0.1 + 0.001= 0.101 mol/L Ac- = 0.1 0.001= 0.099 mol/L 此時(shí)發(fā)生反應(yīng)： HCl + NaA

11、c = HAc + NaCl 代入公式，得 ： 第 17頁(yè) 三、緩沖溶液的配制 選擇適當(dāng)?shù)木彌_對(duì) 原則： 緩沖溶液的 pH應(yīng)該落在 pKa-1 < pH < pKa+1 之間，并盡量接近共軛酸的 pKa，這樣所配緩沖溶 液具有較大的緩沖容量。 欲配制的緩沖 溶液的 pH 值 a 2 4 2 4 a 2 3 2 4 b p H 5 H A c - N a A c p 4 . 7 4 p H 7 N a H PO - N a H PO p 7 . 21 p H 9 N H H O - N H C l 1 4 p 9 .

12、 2 6 K K K 應(yīng)選擇的緩沖組分 第 18頁(yè) 所選擇的緩沖對(duì)不能與反應(yīng)物或生成物發(fā)生作用， 藥用緩沖溶液還必須考慮是否有毒性等。 緩沖溶液的總濃度 控制在 0.10.5mol/L之 間較適宜 為了使緩沖溶液具有較大的緩沖容量，應(yīng)盡量使 緩沖比接近于 1。并 計(jì)算出所需共軛酸、堿的量。 用精密 pH試紙或 pH計(jì)對(duì)緩沖溶液的 pH進(jìn)行校正。 第 19頁(yè) 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的意義 在人體內(nèi)緩沖溶液非常重要。人體內(nèi)的 pH只 所以能保持在 7.357.45之間，是因?yàn)槿梭w內(nèi)存在 多種緩沖對(duì)。人體血液中存在的主要緩沖對(duì)有： 血漿中： H2CO3-HCO

13、3-； H2PO4--HPO4 2-；血漿 蛋白酸 -血漿蛋白鹽 研究證明：在這些主要緩沖對(duì)中， H2CO3- HCO3-共軛酸堿對(duì)在血液中濃度最高，緩沖能力 最大，對(duì)維持血液正常的 pH起著決定性的作用。 第 20頁(yè) 【 例 】 在研究酸雨造成某低土壤酸化問(wèn)題時(shí)，需要 pH=10.00的碳酸鹽緩沖溶液，在 500mL 0.20mol/L的 NaHCO3中，需要加入多少克碳酸鈉來(lái)配制？ 已知： H2CO3 的 Ka1 = 4.30 10-7； Ka2= 5.62 10-11； 解：該緩沖溶液中： n(HCO3-)= 0.2 0.5 = 0.10mol 答：所需要碳酸鈉的質(zhì)量為

14、： 0.056 106 6.0g 3 2 3 lg H C Oa CO n p H p K n 2 3 1.0lg25.1000.10 COn m o ln CO 0 5 6.02 3 第 21頁(yè) 水到底有沒(méi)有緩沖能力？ 10 0 0 10 0550 05010 Lm o lc .. .. H pH = 4 體系的 pH值由 7迅速變?yōu)?4。 在 50ml水中加入 1滴 0.1molL-1HCl，計(jì)算體系 pH的 變化。 第 22頁(yè) 當(dāng)加入 1滴 0.1molL-1NaOH時(shí)： 100010 0550 05010 Lm o lc OH .. .. pH = 10 體系的 pH值由 7迅速變?yōu)?10。 由此證明：水沒(méi)有緩沖能力