第四章缓冲溶液.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,*,页,第,四 章,缓,冲,溶,液,1,1.,缓冲溶液及缓冲机制,缓冲溶液及其作用机制,缓冲溶液的组成,2.,缓冲溶液,pH,的计算,缓冲溶液,pH,的近似计算公式,缓冲溶液,pH,计算公式的校正,3.,缓冲容量和缓冲范围,缓冲容量,影响缓冲容量的因素及缓冲范围,学习内容,2,4.,缓冲溶液的配制,常用缓冲溶液的配制方法,标准缓冲溶液,5.,血液中的缓冲系,学习内容,3,掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。,掌握影响缓冲溶液,pH,的因素、应用,Henderson-,Hasselbalch,方程式计算缓冲溶液的,pH,值。,掌握缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。,熟悉配制缓冲溶液的原则和方法。了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。,熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液,pH,过程中的作用。,学习要求,4,一缓冲溶液的概念和组成,上述实验结果表明,:,水、,NaCl,溶液不具有缓冲作用,HAc,+,NaAc,体系溶液具有缓冲作用,它是一种缓冲溶液。,4ml,HAc,+,NaAc,(,均为,0.1,mol,L,-1,),下面是一份实验报告：,溶液,溶液,pH,值,滴一滴,0.1mol/L,HCl,后的,pH,值,滴一滴,0.1mol/L,NaOH,后的,pH,值,4ml H,2,O 7.00,4.75,4ml,NaCl,7.00,3.00,11.00,3.00 11.00,4.74,4.76,1.,定义,关键词：,外加,，,少量,酸、碱，,适当,稀释，,基本,不变,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,5,2.,缓冲溶液的组成,（,碱性）,（酸性）,缓冲对或缓冲系,两组分间,实质是一对共轭酸碱对。,缓冲溶液一般是,由两种物质组成,的,（,质子碱）,（质子酸）,缓冲溶液是由,足够浓度,的共轭酸碱对组成。,6,常见的缓冲对,盐的存在可以提供同离子效应。,弱酸,-,对应盐：,NH,3,H,2,O NH,4,Cl,CH,3,NH,2,CH,3,NH,3,+,Cl,-,多酸,酸式盐,-,次一级盐：,HAc,-,NaAc,H,2,CO,3,NaHCO,3,H,3,PO,4,KH,2,PO,4,等,NaHCO,3,Na,2,CO,3,KH,2,PO,4,K,2,HPO,4,弱碱,-,对应盐：,抗碱成分与抗酸成分,（HCO,3,CO,3,2-,）,盐,盐,盐,7,表,4-1,常见的缓冲系,8,二、缓冲作用原理,以,HAc-NaAc,缓冲对为例,:,由于同离子效应，达平衡时，,HAc,几乎完全以分子状态存在，所以溶液中含有大量的,HAc,与,Ac,-,，,且为共轭酸碱对。,(1),Ac,-,(,共轭碱,),为缓冲溶液的抗酸成分。,(2),HAc,(,弱酸,),为缓冲溶液的抗碱成分。,(3),当溶液稀释时，,H,3,O,+,和,Ac,-,离子浓度同时降低,，,同离子效应,减弱，使,HAc,解离度,增大，,HAc,进一步解离产生的,H,+,可使溶液的,pH,保持基本不变。,以,H,2,CO,3,-NaHCO,3,缓冲对为例,:,HAc,+H,2,O H,3,O,+,+Ac,-,大量,大量,NaAc,Na,+,+Ac,-,H,2,CO,3,+H,2,O H,3,O,+,+HCO,3,-,NaHCO,3,Na,+,+HCO,3,-,9,少量,H,+,平衡向左移动,酸的影响：,由于溶液中,Ac,较高，加入强酸的量又相对较少，大量的,Ac,中只有少量的用来同,H,+,结合，当建立新的平衡时，,Ac,-,略有减少，,H,Ac,略有增加，溶液中,H,+,几乎没有改变。,10,碱的影响,当溶液中,H,+,的稍有降低时，由于溶液中,H,Ac,较高，大量存在的,HAc,立即电离出,H,来补充因中和所消耗的,H,，,当建立新的平衡时，,H,Ac,略有减少,Ac,略有增加，溶液的,PH,值几乎不变。,少量,OH,-,平衡向右移动,11,总结：,由于缓冲体系中存在着弱酸（或弱碱）的离解平衡，且,共轭酸碱的浓度,都是,较大,的，因此加入,少量,H,+,或,OH,时，只是使平衡发生了移动。当重新建立平衡时，体系中的,H,+,量并无明显变化,，从而保持体系的,pH,值相对稳定。,缓冲溶液的缓冲能力是有限度的。,12,以,HB-,NaB,表示缓冲系，溶液中存在如下质子转移平衡：,HB +H,2,O B,-,+H,3,O,+,C,HB,H,+,C,B,-,初始,平衡,C,HB,C,B,-,第二节 缓冲溶液的,pH,值计算,一、缓冲溶液,pH,的近似计算公式,HB,B,-,C,HB,-H,+,C,B,-,+H,+,13,B,-,pH=,pKa,+,lg,HB,(1),pH=,pKa,+,lg,C,(B,-,),C,(HB),(2),pH=,pKa,+,lg,n,(B,-,),n,(HB),(3),缓冲溶液,pH,的近似计算公式：,缓冲溶液的,pH,主要取决于,p,K,a,p,K,a,值一定，其,pH,随着缓冲比,B,-,/HB,的改变而,改变。当,缓冲比等于,l,时，,pH,等于,p,K,a,pH=,pKa,+,lg,V,(B,-,),V,(HB),(4),c,B,-,(,初）,=,c,HB,(,初）,：,14,缓冲溶液加水稀释时，缓冲比不变，,pH,的计,算值也不变。,缓冲溶液的稀释值,但稀释会引起溶液离子强度的改变，使,HB,和,B,-,的活度因子受到,不同程度,的影响，因此缓冲溶,液的,pH,值也随之有微小的改变。,15,稀释值,0,，表明缓冲溶液的,pH,值随稀释而增加；,稀释值,0,，表明缓冲溶液的,pH,值随稀释而减少。,因稀释而引起缓冲溶液,pH,值的变化用稀释值表示，当缓冲溶液的浓度为,c,时，加入等体积纯水稀释，稀释后与稀释前的,pH,值之差定义为稀释值，符号为,pH,1/2,16,1,、找出,HB-B,-,，,Ka,2,、,计算,n,(HB),n,(B,-,),或,C,(HB),C,(B,-,),3,、计算,pH,缓冲溶液,pH,的计算步骤,例,1:,0.1mol/L,HAc,与,0.2mol/L,NaAc,等体积混合，计算溶液的,pH,值。,(,Ka=1.7610,-5,),解：,缓冲对,:,HAcNaAc,C,HAc,=,0.05mol/L,C,NaAc,=,0.1mol/L,pH=,pKa,+,lg,C,Ac,-,C,HAc,=5.05,17,在上述缓冲溶液中加入,0.05ml1mol/L,HCl,或,1mol/L,NaOH,或加入,5ml,水稀释，溶液,pH,各为多少？,(1),缓冲溶液的,pH,值,(2),加入,0.05 ml,1mol/L,H,+,时的,pH,值,pH=,pK,a,+log=5.03,C,碱,C,酸,(3),加入,0.05 ml,1mol/L,OH,-,时的,pH,值,pH=,pK,a,+log=5.06,C,碱,C,酸,C,碱,pH=,pK,a,+log,C,酸,=4.75+,log,=5.05,0.2/2,0.1/2,18,例,2,：,计算含,0.20molL,-1,NH,3,和,0.10 molL,-1,NH,4,Cl,的缓冲溶液的,pH,值。,(K,b,(,NH,3,)=1.7610,-5,）,解：此混合溶液的缓冲系为,NH,4,+,-NH,3,，,由题知：,=9.55,p,K,a,(NH,4,+,)=14,pK,b,=9.25,，,代入公式得,19,例,3,：,0.1mol/L,HAc,溶液,100ml,中加入,100mg,NaOH,固体后，溶液的,pH,值为多少？,（,HAc,的,pK,a,=4.75,，,不考虑体积效应。,）,解：首先加入的,NaOH,与,HAc,反应,HAc,+,NaOH,=,NaAc,+H,2,O,pH=,pKa,+,lg,C,Ac,-,C,HAc,余,=4.27,反应完全后，,NaOH,全部转化为,NaAc,，,与剩余的,HAc,组成缓冲对：,HAcNaAc,。,则：,在实际应用中，常采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲对。,弱酸（过量）,+,强碱,强酸,+,弱碱（过量）,20,课堂练习,pH,接近于,7.0,的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，,某种酶仅能存在于,pH 6.907.15,的培养液中。,求含有,0.225mol/L HPO,4,2-,和,0.330mol/L H,2,PO,4,-,的溶液的,pH,。,若在,250mL,该溶液中分别加入,0.20 g,和,0.40 g,NaOH,固体，酶会分解吗？,（知,H,3,PO,4,的,pK,a1,=2.12,pK,a2,=7.21,pK,a3,=12.67,）,想一想,21,课堂练习,解：缓冲对：,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,，,计算时选用,pK,a2,。,(2),加入,0.20 g,NaOH,后,的,pH,值,(1),缓冲溶液的,pH,值,22,课堂练习,(3),加入,0.40 g,NaOH,后,的,pH,值,可见：,将,0.20 g,NaOH,加入缓冲溶液中，酶能稳定存在；,将,0.40 g,NaOH,加入缓冲溶液中，酶将分解。,23,第三节 缓冲容量和缓冲范围,使,一升,缓冲溶液,pH,值改变,一个,单位所加,一元,强酸或强碱的物质的量。,其数学式为：,越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强。,一、缓冲容量,：,用来衡量缓冲能力的大小。,24,二、影响缓冲容量的因素：,（,1,）总浓度,同一缓冲对组成的缓冲溶液，当,缓冲比相同,时，,总浓度越大,，其,就越大,。,（,2,）缓冲比,同一缓冲对组成的,总浓度相同,的缓冲溶液，,缓冲比接近,1,，,越大,，反之。而当,缓冲比等于,1,时，,最大,。,25,例：下述两组,HAc,NaAc,缓冲液浓度各为：,0,.1:0.1,0.01:0.01,0.25:0.25,0.05:0.15,0.1:0.1 0.02:0.18,缓冲容量最大,是,。,当溶液稀释时，缓冲比值虽然不变，,pH,值不变，但总浓度降低，因而缓冲容量将减小。,0.20,想一想,26,三、缓冲范围：,缓冲作用的,有效的,pH,范围,称为缓冲范围。,共轭酸碱对：,c,B,-,/c,HB,=10:1,pH=,pK,a,+1,c,B,-,/c,HB,=1:10,pH=,pK,a,1,所以：,pH=,pK,a,1,27,1,选择合适的缓冲对：,（,1,）,pH,在,p,K,a,1,缓冲范围内并尽量,接近,弱酸,p,K,a,。,（,2,）,缓冲对的物质必须对主反应无干扰。,2,配制的缓冲溶液的总浓度要适当：,一般总浓度,0.05molL,-1,0.2molL,-1,。,3,计算所需缓冲对的量：,根据,Henderson-,Hasselbalch,方程计算。,4,校正：,需在,pH,计监控下，对所配缓冲溶液的,pH,校正。,第四节 缓冲溶液的配制,一、缓冲溶液的配制方法,28,例,:,如何用浓度为,0.1mol/LHAc,和,NaAc,配制成,100ml pH,值约为,4.80,的缓冲溶液？,解,：,设所需,NaAc,Vml,则,所需,HAc,(100-V)ml,pH=,pKa,+,lg,n,(B,-,),n,(HB),V,Ac,-,=V=,V,HAc,=100-V=,=4.75+,lg,0.1V,0.1(100-V),4.80,52.8ml,47.2ml,29,通过计算，在浓度均为,0.2mol/L,的三种溶液中,（,KH,2,PO,4,、,NaOH,、,HCl,）选择两种溶液配制,出,pH=7.40,的磷酸盐生理缓冲溶液（,PBS,）,100.00ml.,解：应,选用,缓冲对：,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,，,pK,a2,=7.21,。,想一想,30,缓冲溶液在医学上有很重要的意义。,例如：,血库中血液的冷藏都需要一定的,PH,值的缓冲溶液；,生物体内的催化剂酶的催化作用，也需要在一定,PH,值的缓冲溶液中进行。,许多药物也常需要在一定,PH,值的介质才能稳定。,五、人体正常,pH,的维持与失控,31,缓冲对的缓冲作用对于人的正常生命活动有着重要的意义。,人体的血液或其它体液中的化学反应都必须在一定的,PH,值条件下进行，所以要依靠存在于体液中的各种缓冲对来使它们的,PH,值保持恒定。,32,工业上,半导体器件上,SiO,2,，,要用,HF,腐蚀掉，用的是,HF-NH,4,F,缓冲液，而不是单一的,HF,。,生物学,人体的血液中：,H,2,CO,3,-NaHCO,3,和,NaH,2,PO,4,-Na,2,HPO,4,使,血浆,pH,值,能保持恒定：,pH=7.40.05,农业上,土壤中：,H,2,CO,3,-NaHCO,3,和,NaH,2,PO,4,-Na,2,HPO,4,以及其他有机弱酸及其共轭碱组成复杂的缓冲系统，使土壤维持一定的,pH,值。,5.,缓冲溶液的应用,33,1,下列说法是否正确：,.,将缓冲溶液无限稀释，其,PH,值基本不变,.,在缓冲溶液中加入强酸或强碱时，其,PH,值基本不变或变化不大,.,水是一种缓冲溶液。,.,缓冲溶液的缓冲能力与组成缓冲溶液的弱酸（或弱碱）及其盐的浓度有关,思考题,:,34,2,浓度相同的下列溶液中，哪一个的,PH,值较大,（,A,）,NaAc,和,HAc,（,B,）,NaHCO,3,和,Na,2,CO,3,35,3,判断下列溶液缓冲能力最强的溶液是：,A,）,10,亳升,0.2 M,HAc,+10,毫升,0.2MNaAc,B,）,10,亳升,0.10M,HAc,+10,毫升,0.20M,NaAc,C,）,10,亳升,0.20M,HAc,+10,毫升,0.10M,NaAc,D,）,10,亳升,0.10M,HAc,+10,毫升,0.10M,NaAc,36,