医用基础化学04.pptx

第四章第四章 缓冲溶液缓冲溶液Buffer Solution学习内容学习内容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2.2.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3.3.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学习内容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要求学习要求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。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制实验样品1，0.10 molL-1 NaCl溶液样品2，含HAc和NaAc均为0.10 molL-1的混合溶液操作：滴加强酸HCl至c(HCl)=0.010 molL-1观察现象：pH的变化第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制0.10molL-1NaCl溶液NaCl溶液中加入HCl到0.010molL-1，溶液的pH由7变为2，改变了5个pH单位。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制0.10molL-1HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液0.10molL-1HAc0.10molL-1NaAc溶液溶液中加入HCl到0.010molL-1，溶液的pH由4.75变为4.74，改变仅0.01pH单位。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制结论HAc NaAc混合溶液具有抵抗外来少量强酸、强碱而保持pH基本不变的能力。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制1缓冲溶液及其作用机制1.缓冲溶液（buffer solution）能够抵抗外来少量强酸、强碱，或稍加稀释时可保持其pH基本不变的溶液。2.缓冲作用（buffer action）缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制以HAcAc-体系为例n当加入少量强酸时，外来H+将质子传给Ac-，质子转移平衡左移，溶液的pH保持基本不变。n当加入少量强碱时，OH-接受H3O+传递的质子，质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+离子，而溶液的pH保持基本不变。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制用质子转移平衡式表示加少量强酸：H3O+Ac-HAc+H2O (大量)加少量强碱:H3O+OH-2H2O HAc+H2O Ac-+H3O+(大量)HAc +OH-Ac-+H2O抗碱成分抗碱成分抗酸成分抗酸成分HAc Ac-H3O+OH-HAcAc-HAc Ac-示意图:第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制结论结论缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，对抗的只是外来的少量强酸、强碱。通过弱酸解离平衡的移动，使溶液中H+离子或OH-离子浓度无明显的变化，因此具有缓冲作用。第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制2缓冲溶液的组成一般由具有足够浓度和一定比例的共轭酸碱对的两种物质组成。共轭酸称为抗碱成分，共轭碱称为抗酸成分。组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱HAcNH4ClH2PO4-NaAcNH3H2OHPO42-抗抗酸酸成分成分缓缓冲冲系系抗抗碱碱成分成分组成示意图组成示意图第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制常见的缓冲系第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制在实际应用中，还采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系。弱酸（过量）+强碱强酸+弱碱（过量）优点：HCl 和 NaOH 溶液常备试剂，容易获得。弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。通常缓冲溶液的pH需要在pH计监控下调整，滴加强碱/酸易于操作。第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算1缓冲溶液pH值的近似计算公式：HendersonHasselbalch方程式以HB代表弱酸，并与B-组成缓冲溶液。HB+H2OH3O+B-第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算1.HendersonHasselbalch方程式HB B+H2OH3O+B-第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算2.HendersonHasselbalch方程式的意义缓冲溶液的pH首先取决于pKa pKa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pKa第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算3.HendersonHasselbalch方程式的应用HB在溶液中只少部分解离，且因B-的同离子效应，使HB几乎完全以分子状态存在。所以第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算由于c=n/V，所以第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算根据n=cV，若取储备液c(B-)=c(HB)第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算例 将20 mL 0.10 molL-1 的 H3PO4溶液与 30 mL 0.10 molL-1 的 NaOH溶液混合，求所得缓冲溶液的pH=？已知：pKa1=2.16,pKa2=7.21,pKa3=12.32。解:H3PO4 +NaOH Na2HPO4 +H2O反应前 200.10mmol 300.10mmol 反应后 1.0mmol 1.0mmol Na2HPO4 +NaOH NaH2PO4 +H2O反应前 2.0mmol 1.0mmol 反应后 1.0mmol 1.0mmol第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算2缓冲溶液的稀释值缓冲溶液加水稀释时，c(B-)与c(HB)的比值不变，pH的计算值也不变。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。第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算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pH1/2 稀释值0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加；稀释值0，则表明缓冲溶液的pH值随稀释而减少。第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量当加入过量的强酸或强碱，缓冲溶液的pH将发生较大变化，失去缓冲能力。用缓冲容量作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强。越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强。第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围二、影响缓冲容量的因素 1）缓冲比的影响2）总浓度c总HB+B-的影响第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围三、最大缓冲容量max缓冲比越接近1，缓冲容量越大；缓冲比等于1时，有最大缓冲容量。第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围四、缓冲范围pH=pKa1变化范围称为缓冲范围。第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围缓冲容量与pH的关系（1）HCl（2）0.1 molL-1 HAc+NaOH（3）0.2 molL-1 HAc+NaOH（4）0.05 molL-1 KH2PO4+NaOH（5）0.05 molL-1 H2BO3+NaOH（6）NaOH第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围例例 将0.20molL-1HB溶液和0.20molL-1 B-溶液 以9:1的体积比混合，计算缓冲系的缓冲容量。解：解：当V(HB):V(B-)=9:1时c(HB)=c(B-)=第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制一、配制方法1选择合适的缓冲系：（1）pH在pKa1缓冲范围内并尽量接近弱酸pKa。（2）缓冲系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-10.2molL-1。3计算所需缓冲系的量：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。第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制例 如何配制pH=5.00的缓冲溶液100mL?解(1)选择缓冲系（表4-1）由于HAc的pKa=4.76，接近所配缓冲溶液pH=5.00，所以可选用HAc-Ac-缓冲系。(2)确定总浓度，计算所需缓冲系的量 一般具备中等缓冲能力(0.050.2molL-1)即可，并考虑计算方便，选用0.10molL-1的HAc和0.10molL-1 NaAc溶液。应用式(4.5)可得第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制设V(NaAc)=x mL则：V(NaAc)=x mL=64mLV(HAc)=100mL-64mL=36mL第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制例配制1L pH=10.0的NH3-NH4Cl缓冲溶液，已用去350mL 15molL-1氨水，问需氯化铵多少克？已知Kb(NH3)=1.810-5，M(NH4Cl)=53.5g mol-1解 pKa9.25 m(NH4Cl)=50g第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制二、标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力，用来校准pH计。第五节第五节 血液中的血液中的缓冲系缓冲系1体液中存在多种生理缓冲系，使体液的pH保持基本稳定例如：血液的pH保持在7.357.45之间 血浆中:H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-红细胞中：H2b-Hb-(血红蛋白)、H2bO2-HbO2-(氧合血红蛋白)H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系上述缓冲系中，碳酸缓冲系的浓度最高，在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。来源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，与其离解产生的碳酸氢根离子，以及血液中贮存的碳酸氢根离子达成平衡：抗酸成分抗碱成分CO2+H2OB-共轭酸共轭碱H2CO3 H+HCO3-H+第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系当体内酸性物质增加,HCO3-与H3O+结合，平衡左移；体内碱性物质增加时，H3O+结合OH-，H2CO3(CO2溶解)解离，平衡右移，pH明显改变。HCO3-在一定程度上可以代表血浆对体内所产生的酸性物质的缓冲能力，所以常将血浆中的HCO3-称为碱储。若血液的pH小于7.35，则会发生酸中毒(acidosis)；若pH大于7.45，则发生碱中毒(alkalosis)。若血液的pH小于6.8或大于7.8，就会导致死亡。第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系正常情况下，HCO3-与CO2(aq)的比率为24mmolL-1 比1.2mmolL-1，即20/1。37时，若血浆中离子强度为0.16，经校正后，pKa=pKa1 =6.10，pH6.10+lg =7.402下列情况均需下列情况均需pH一定的缓冲溶液：一定的缓冲溶液：大多数为酶所控制的生化反应微生物的培养组织切片细胞染色药物调剂、研制等第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系