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1、緩 沖 溶 液 第四章 Buffer Solution 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 第一節(jié) 一、緩沖溶液、緩沖作用 H2O 0.01mol pH 7.00 pH 2.00 HCl pH -5 實(shí)驗(yàn)一 1L H2O 0.01mol pH 7.00 pH 2.00 HCl pH -5 實(shí)驗(yàn)一 HAc+NaAc (0.1molL-1) pH 4.75 pH 4.66 HCl 0.01mol pH -0.09 具有抗酸作用 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 H2O 0.01mol pH 7.00 pH 12.00 NaOH pH 5 實(shí)驗(yàn)二 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 H2O 0.01mol pH
2、7.00 pH 12.00 NaOH pH 5 實(shí)驗(yàn)二 HAc+NaAc (0.1molL-1) pH 4.75 pH 4.84 NaOH 0.01mol pH 0.09 具有抗堿作用 1L 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 緩沖作用 在加入少量的強(qiáng)酸、 強(qiáng)堿或稍加稀釋后仍能保持其 pH值 基本不變的作用。 緩沖溶液 具有緩沖作用的溶液。 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 緩沖液的 特點(diǎn) 是其 pH值不易受外界影響而 發(fā)生明顯改變 ， 即溶液 pH值比較穩(wěn)定 。 緩沖液的 pH值比較恒定的特點(diǎn)在醫(yī)學(xué)上有 著廣泛的應(yīng)用。 緩沖溶液由 HB B- 組成 組成條件： HB與 B - 為
3、共軛酸堿對 且存在質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡 二者有足夠的濃度 例： (1) 0.1 molL-1 HAc (2) 0.1 molL-1 NaAc (3) 0.1molL-1 HAc + 0.1molL-1 NaAc HB Ac- B- 二、緩沖系的組成 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 緩沖溶液由 HB B- 組成 組成條件： HB與 B 為共軛酸堿對 且存在質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡 二者有足夠的濃度 一、緩沖系的組成 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 HB B 稱為緩沖系（或緩沖對） 常見緩沖系（共軛酸堿對） 緩沖系 pKa H3PO4 NaH2PO4 HAc N
4、aAc H2CO3 NaHCO3 NaH2PO4 Na2HPO4 NH4Cl NH3 CH3NH3+Cl CH3NH2 Na2HPO4 Na3PO4 2.12 4.75 6.37 7.21 9.25 10.7 12.67 共軛酸 共軛堿 緩沖溶液及緩沖機(jī)制 三、緩沖作用機(jī)制 HAc NaAc的緩沖機(jī)制 HAc NaAc的緩沖機(jī)制 HAc + H2O H3O+ + Ac- 緩沖作用機(jī)制 HAc NaAc的緩沖機(jī)制 HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- pH H+ 基本不變 緩沖作
5、用機(jī)制 HAc NaAc的緩沖機(jī)制 HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- pH OH - 基本不變 + H2O 緩沖作用機(jī)制 HAc NaAc的緩沖機(jī)制 HAc + H2O H3O+ + Ac- pH 基本不變 OH - H+ 抗 堿 成分 抗 酸 成分 問題： 血液中存在多種緩沖對： H2CO3 HCO3- ,H2PO4-_HPO42-， HnP-Hn-1P-， 其中以 H2CO3- HCO3- 最重要 ， 試以其為例 ， 說明血液具備緩 沖作用的原因 。 （ 血液正常 pH值 7.4 0.05， 若 p
6、H7.45堿中毒 ） HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- H3O+ Ka HB B- -lg -lg pH pKa + lg HB B - 平衡濃度 緩沖溶液 pH值的計算 pH pKa + lg HB B - （ 1） pH pKa + lg 共軛酸 共軛堿 此式為計算緩沖溶液 pH值的 Henderson-Hasselbalch方程式 緩沖溶液 pH值的計算 HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- 同離子效應(yīng)： H3O+很小 即：
7、HB離解很少 CHBHB CB-B- 緩沖溶液 pH值的計算 HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- pH pKa + lg C HB CB- 初始濃度 (1) pH pKa + lg HB B - 平衡濃度 (2) 緩沖溶液 pH值的計算 HB + H2O H3O+ + B- MB M+ + B- （ 2） pH pKa + lg C HB CB- 緩沖溶液 pH值的計算 （ 2） pH pKa + lg C HB CB- 同一溶液中： VHB=VB- V B- V HB （ 3） pH
8、 pKa + lg n HB nB- 緩沖溶液 pH值的計算 （ 1） pH pKa + lg HB B - （ 2） pH pKa + lg C HB CB- （ 3） pH pKa + lg n HB nB- 混合后 的濃度 緩沖溶液 pH值的計算 小結(jié)： (1)緩沖溶液是一定濃度的 共軛酸和共軛堿的混合液 (2) Ka為 共軛酸 的酸常數(shù) (3) 或 或 稱為 HB B - CHB CB- n HB nB- 緩沖比 緩沖溶液 pH值的計算 討論：（ 1）緩沖液 pH值取決于 Ka及 緩 沖比； （ 2）緩沖比 B-
9、/HB=1時， pH=pKa （ 3）同一緩沖系溶液， Ka一定， pH值 取決于緩沖比 （ 4） 抗稀釋 （ 5） 抗酸 、 抗堿 ？ 以例說明 。 例 :已知 H3PO4的 pKa1、 pKa2、 pKa3 H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43- H2PO4- HPO42- HPO42- H3PO4 H2PO4- H2PO4 HPO42- PO43- Ka1 Ka2 Ka3 pH = pKa1 + lg H2PO4- H 3PO4 pH = pKa2+ lg HPO42- H 2PO4- pH = pKa3 + lg PO43- HPO 42- 緩沖溶液 p
10、H值的計算 )( )(lgpp 3 32 2323 N a H C OC CONaCKaHCONaN a H C O )( )(lg)pp( 4 3 34 ClNHC NHCKbKwPHNHClNH 緩沖溶液 pH值的計算 例：在 1L混合液中，含有 0.10molL-1 HAc和 0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) (1) 計算混合液的 pH值 解 : pH pKa + lg CHB CB- pH pKa + lg C HAc CAc- = 4.75 + lg 0.1 0.1 0 緩沖溶液 pH值的計算 (2) 在此混合液中加入 0.01mo
11、lHCl, 溶液的 pH值 =? 解 : NaAc + HCl HAc + NaCl 0.10 0.10 0.01 0.09 0.11 pH pKa + lg CHAc CAc- 0.09 0.11 4.75-0.09 4.66 例：在 1L混合液中，含有 0.10molL-1 HAc和 0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) 緩沖溶液 pH值的計算 例：在 1L混合液中，含有 0.10molL-1 HAc和 0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) (3) 在此混合液中加入 0.01molNaOH, 溶液的 pH值 =? 解 :
12、HAc + NaOH NaAc + H2O 0.10 0.10 0.01 0.09 0.11 pH pKa + lg CHAc CAc- 0.09 0.11 4.75 0.09 4.84 緩沖溶液 pH值的計算 例：在 1L混合液中，含有 0.10molL-1 HAc和 0.10molL-1NaAc (HAc:pKa=4.75) (3) 此混合液稀釋一倍 ,溶液的 pH值 =? 解 : pH pKa + lg C HAc CAc- 0.05 0.05 4.75 0 HAc= Ac-= 0.05molL-1 緩沖溶液 pH值的計算 緩沖容量和緩沖范圍 第三節(jié) 一、緩沖容
13、量 定義： === dnB(b) V dpH 單位： molL-1pH-1 單位體積的緩沖溶液 pH改變 1時 ,所需 加入一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的量 緩沖容量和緩沖范圍 def ， 緩沖能力 ，緩沖能力 與 C總 成正比 緩沖比一定時， 總濃度越大， 越 大 = 2.303 (HB /C總 )(B /C總 ) C總 緩沖比一定時 ,為常數(shù) 二、影響緩沖容量的因素 1、 與總濃度的關(guān)系 C總 = HB B 2、 與緩沖比的關(guān)系 HB B- 10 HB B- 1/10 < 值很小 HB B- 10 10 1 值較大 值最大 HB B- =
14、1 緩沖比越接近 1，緩沖容量越大； 緩沖比等于 1時，有最大緩沖容量。 當(dāng) 1 10 1 10 時 緩沖溶液具緩沖作用 pH = pKa 1 該緩沖系可以配制從 pH=pKa 1到 pH=pKa 1的緩沖溶液 緩沖容量和緩沖范圍 HB B- 緩沖范圍： 緩沖液能有效發(fā)揮緩沖作用 的 pH值范圍 。 理論緩沖范圍 例： 緩沖對 pKa 緩沖范圍 HAcNaAC 4.75 H2PO4-HPO42- 7.21 NH4+NH3 9.25 3.75 5.75 6.21 8.21 8.25 10.25 緩沖容量和緩沖范圍 緩沖比為 1時，緩沖容量 最大 =
15、 2.303 (HB /C總 )(B /C總 ) C總 HB /C總 = 1 2 B /C總 = 1 2 極大 =2.303 C總 =0.576C總 小結(jié)： 影響緩沖容量的因素 緩沖比一定時，總濃度越大， 越 大 總濃度一定時，緩沖比越接近 1 ， 越大 緩沖范圍： pH = pKa 1 緩 沖 溶 液 的 配制 第四節(jié) 一、緩沖溶液的配制方法 緩沖溶液的配制 選擇合適的 緩沖系： 選擇 pKa最接近緩沖溶液的 pH的緩沖系 根據(jù) pH = pKa 1和緩沖容量原理 例：要配制 pH=7.00的緩沖 溶液 應(yīng)選擇哪一種緩沖系 ? 提示 :在 P
16、56頁表 4-1找 H2CO3NaHCO3 NaH2PONa2HPO4 緩沖系 pKa 6.35 7.21 可選用 緩沖溶液的配制 TrisHClTris 7.85 一、緩沖溶液的配制方法 緩沖溶液的配制 選擇合適的 緩沖系： 選擇緩沖溶液的 pH最接近 pKa的緩沖系 根據(jù) henderson方程計算 nB- 、 nHB （ mB- 、 mHB ） 總濃度不能太小或太大 (0.05 0.2molL-1) 校正 (參看 62頁 ) 例：如何配制 1L總濃度為 0.2 molL-1, pH= 7.00的緩沖溶液。 解： 查表可
17、選用 NaH2PO4Na2HPO4： pKa2 = 7.21 pH = pKa2 + lg nHPO42- n H2PO4- 已知 7.00 = 7.21 nHPO42- nH2PO4- = 0.2 二元一次 方程 緩沖溶液的配制 nHPO42- nH2PO4- = 0.0862 mol = 0.114 mol (Na2HPO4 12.24克 ) (NaH2PO413.68克 ) 稱量二者混合溶解稀釋至 1000ml 例：如何配制 1L總濃度為 0.2 molL-1, pH= 7.00的緩沖溶液。 緩沖溶液的配制 緩沖溶液的配制方式
18、: (1) 共軛酸 + 共軛堿 如： HAc + NaAc (2) 弱酸 + 強(qiáng)堿 如： HAc +NaOH (3) 弱堿 + 強(qiáng)酸 如： NH3 + HCl (過量 ) (過量 ) 緩沖溶液的配制 固定配方的緩沖溶液 課本 P63頁表 4 3、 4 這些配方考慮了三個影響因數(shù)： 溫度、離子強(qiáng)度和緩沖容量 (醫(yī)學(xué)上還須考慮滲透濃度 ) 緩沖溶液的配制 二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 (不需要測定就已知 pH值的緩沖溶液 ) 課本 P64頁 表 4 5 0.05molL-1 COOH COOK pH = 4.008 （ 25 ） 緩沖溶液的配制 鄰苯二
19、甲酸氫鉀 pH = pKa + lg 1 1 4.008 COOH COOK 一元弱酸 一元弱堿 共軛 (1:1) 緩沖溶液的配制 用來校準(zhǔn) pH計 血 液 中 的 緩 沖系 第四節(jié) 人體血液的 pH值在 7.357.45之間 血液中的緩沖系： NaHCO3 H2CO3 Na2HPO4 NaH2PO4 Na-Hn-1Pr HnPr 血漿 中主要存在著下列緩沖系 血液中的緩沖系 紅細(xì)胞 中主要存在著下列緩沖系： NaHCO3 H2CO3 K2HPO4 KH2PO4 K-Hb H-Hb K-HbO2 H-HbO2 血漿中 H2CO3 NaHCO3的緩沖機(jī)制 主
20、要以溶解的 CO2存在 CO2(溶解 ) + H2O H2CO3 H+ + HCO3- pH pKa + lg CO2 溶解 HCO3 - 6.10 + lg 0.024 0.0012 6.10 + lg 20 1 7.40 K1 K2 Ka=K1K 2 pKa 由肺、腎的生理功能調(diào)節(jié) 緩沖作用機(jī)制 血漿中 H2CO3 NaHCO3的緩沖機(jī)制 CO2 + H2O H2CO3 HCO3- 肺 腎 少量 H+ 緩沖 H+ 減少 增加 增加 增加排量 補(bǔ)充 HCO3- : CO2=20:1 緩沖作用機(jī)制 血漿中 H2CO3 NaHCO3的緩沖機(jī)制 CO2 +
21、 H2O H2CO3 HCO3- 肺 腎 少量 OH- 緩沖 OH- 減少 增加 減少排量 補(bǔ)充 排泄 HCO3- : CO2=20:1 小結(jié) 溶液 pH值的計算 H3O+=KaC 最簡式 一元弱酸 H3O+=Ka1C 多元弱酸 OH-=KbC OH-=Kb1C 一元弱堿 多元弱堿 先求 H3O+ 先求 OH- 緩沖溶液 pH pKa + lg HB B- 一 元 弱 酸 多 元 弱 酸 一 元 弱 堿 多 元 弱 堿 緩 沖 溶 液 先求 H3O+ 公式用 Ka pH值 先求 OH- 公式用 Kb pOH值 pH值 一種 電解質(zhì)溶質(zhì)溶液 共軛酸堿 對 計算 pH值 , 判斷準(zhǔn)確 是關(guān)鍵 1. 掌握緩沖溶液、緩沖作用、緩沖容 量、緩沖范圍 2. 熟悉緩沖液 pH值計算 3、熟悉緩沖液的配制 4、了解緩沖液在醫(yī)學(xué)上的意義 小結(jié)： 制 作 : 夏小慶 2010,9
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