緩沖溶液精品課件

1、緩沖溶液第1頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二1學習要求掌握緩沖溶液的概念、組成和緩沖機理。掌握影響緩沖溶液pH的因素、應用Henderson-Hasselbalch方程式計算緩沖溶液pH值。掌握緩沖容量的概念、影響因素及有關計算。熟悉配制緩沖溶液的原則和方法。了解醫(yī)學上常用緩沖溶液配方和標準緩沖溶液。熟悉血液中的主要緩沖系及在穩(wěn)定血液pH過程中的作用。第2頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二2緩沖溶液的作用人體內(nèi)生物化學反應與 酶有關 酶的活性與pH有關如胃蛋白酶具有活性的pH范圍：1.5 2.0 當胃液pH4.0，胃蛋白酶失活血液的pH值在7.

2、35 7.45 酸中毒(糖尿病酮癥酸中毒 )與堿中毒維持體液的pH值恒定非常重要第3頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二3純水（1L）加1 molL-1 NaOH 10ml加1 molL-1 HCl 10mlpH=7pH=12pH=20.1molL-1 HAc 和0.1 molL-1 NaAc混合液（1L）加1 molL-1 HCl 10ml加1 molL-1 NaOH 10mlpH=4.65CpH=4.74CpH=4.79C?第4頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二4第一節(jié) 緩沖溶液及其緩沖作用一、緩沖溶液的緩沖作用1.緩沖溶液把當加入少量的強酸、

3、強堿或稍加稀釋，而能保持其pH值基本不變的溶液，稱為緩沖溶液。2.緩沖作用 緩沖溶液對少量的強酸、強堿或稍加稀釋的抵抗作用, 稱為緩沖作用。 第5頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二53.緩沖溶液的組成 緩沖溶液:由共軛酸堿對構成的溶液。 (1)弱酸及其鹽型:HAc - NaAc (2)弱堿及其鹽型:NH3-NH4Cl (3)酸式鹽與其次級鹽型:NaH2PO4 - Na2HPO4緩沖系(緩沖對)弱酸(抗堿成分)弱堿(抗酸成分) 緩沖溶液第6頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二6表1 常見的緩沖系 緩沖系 弱酸 共軛堿 pKa（25 ）HAc -NaA

4、c HAc Ac- 4.75H2CO3-NaHCO3 H2CO3 HCO3- 6.37H3PO4-NaH2PO4 H3PO4 H2PO4 2.12NaH2PO4-Na2HPO4 H2PO4 HPO42- 7.21H3BO3-NaH2BO3 H3BO3 H2BO3 9.14H2C8H4O4 H2C8H4O4 HC8H4O4- 2.92 -KHC8H4O4NH4Cl-NH3 NH4+ NH3 9.25Na2HPO4 -Na3PO4 HPO42- PO43- 12.67第7頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二7二、緩沖溶液的緩沖作用機制 強酸和強堿溶液的緩沖作用機制:含有高濃度

5、的H+或OH- ; 弱酸與其共軛堿溶液的緩沖作用機制:轉化與補償機制。以HAc NaAc為例:NaAc Na+ + Ac-HAc H+ + Ac-第8頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二8Ac-抗酸成分 外加酸 ，H+增大 HAc H3O+ Ac 平衡移動方向 NaAc Na+ + Ac-HAc抗堿成分 +OH- 外加堿 ，OH-增大 HAc H3O+ + Ac 平衡移動方向 NaAc Ac- + Na+ H2OH+基本不增大，pH值基本保持不變；H+ 基本不減小， pH值基本保持不變。第9頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二9 在緩沖體系中： 加水

6、稀釋：比值基本不變，pH值基本保持不變。H+基本不增大，pH值基本保持不變；H+ 基本不減小， pH值基本保持不變。外加少量強酸：外加少量強堿 ：實質(zhì)：是共軛酸堿對之間質(zhì)子轉移平衡發(fā)生移動 的過程。第10頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二10練習，判斷下列說法： 20ml 0.025 molL-1 HAc和10ml 0.025 molL-1NaOH的混合液是否具有緩沖作用；酸性緩沖溶液（H3PO4NaH2PO4）（pH=2.12）對外來酸有抵抗作用，對外來堿是否具有抵抗作用。 下列溶液是具有緩沖作用(1) 1 L水中加入0.01 molL-1HAc和0.01 molL-

7、1 NaAc各一滴。 (2)含0.1 molL-1 NaOH和0.1 molL-1NaCl溶液。(3)含0.02 molL-1 HCl和0.02 molL-1NH3等體積混合。第11頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二11第二節(jié) 緩沖溶液pH值計算一、緩沖溶液pH值的計算公式以HB-B-為例：HB + H2O H3O+ + BKa = H3O+B HBH3O+ = Ka HB B pH = pKa + lg BHB Henderson-Hasselbalch方程式第12頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二12pH = pKa + lg BHB BHB

8、式中 緩沖溶液的緩沖比 ； B+HB 緩沖溶液的總濃度 由于B的同離子效應， HB的解離很少，故可用濃度代替平衡濃度，即pH = pKa + lg cBcHB = pKa + lg nB/VnHB/V第13頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二13pH = pKa + lg nB/VnHB/V共軛酸堿共處于一個溶液中，體積相同，故濃度之比即為摩爾數(shù)之比 pH = pKa + lg nBnHB由以上各式可知：（1）緩沖溶液的pH值首先取決于弱酸的酸常數(shù)Ka 。(pH值與溫度有關。 )（2）緩沖系一定時， Ka一定，則pH隨緩沖比的變化而變化。（3）緩沖溶液加少量水稀釋時，緩沖

9、比不變，故pH不變。第14頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二14例1 0.080 molL-1HAc和0.20 molL-1NaAc等體積混合成1L緩沖溶液 求此溶液的pH值？ 分別計算加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，緩沖溶液pH值的改變值(體積視為不變)。解： 加入HCl，緩沖溶液pH值的改變值第15頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二15 加入NaOH，1L溶液中其濃度為0.010molL-1問題:如果把同樣多的HCl或NaOH加入同樣量純水 中， pH會改變多少？第16頁，共40頁，2022年，5月20日，20

10、點26分，星期二16二、緩沖溶液pH值的計算公式的校正 前面用濃度計算出的緩沖溶液pH只是近似值. 以下用活度計算緩沖溶液pH準確值:pH = pKa + lg aBaHB= pKa + lg BBHBHB= pKa + lg + lg B HBBHB= 近似值 + 校正因數(shù)第17頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二17 表3 三種離子強度下的校正因數(shù) z+1NH4+-NH30HAc-Ac-1H2PO4-HPO42-2HPO42-PO43- I0.010.050.10+0.04+0.08+0.11-0.04-0.08-0.11-0.13-0.25-0.32-0.22-0.

11、42-0.53第18頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二18例2： 已知25時，H2CO3的pKa= 6.38，現(xiàn)將CO2加壓后達到飽和的H2CO3溶液(0.30molL-1)，與0.10 molL-1 NaOH各10mL混合配成緩沖溶液（假定混合后溶液體積為20mL），試計算其pH值:（1）不考慮活度因子的影響；（2）考慮活度因子的影響。解 緩沖對H2CO3 -HCO3- V(總)=20mL(1)不考慮活度因子的影響第19頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二19 (2) 考慮活度因子的影響 H2CO3是弱電解質(zhì)， NaHCO3是強電解質(zhì)，因此離子強

12、度根據(jù)表3，當z = 0，I = 0.050 時，第20頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二20第三節(jié) 緩沖容量（buffer capacity）一、緩沖容量 1. 緩沖容量的概念 緩沖溶液的緩沖容量是有限的: 當其抗酸成分或抗堿成分被消耗到一定程度時，便失去緩沖功效。 van Slyke提出 2. 定義 使單位體積的緩沖溶液的pH值改變1個單位時，所需外加一元強酸或一元強堿的物質(zhì)的量。 加堿 = nBV pH加酸 = - nAV pH第21頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二21例3 0.080 molL-1HAc和0. 20 molL-1NaAc

13、等體積混合成1L緩沖溶液 (1)求此溶液的pH值。(2)分別計算加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，該緩沖溶液的緩沖容量。 (2) 在1L溶液中加入0.010mol HCl，則： nA=0.010（mol） pH = 5.00 5.14= -0.14 在1L緩沖溶液加0.010mol NaOH，則 nB =0.010（mol） pH = 5.305.14 = 0.16第22頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二22二、影響緩沖容量的因素由 = nV pH計算得出的為某pH變化范圍內(nèi)的平均值 ,而某一pH時的瞬時值為 = dnV d pH由此可見，

14、 是隨pH的變化而變化的.第23頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二23（1）緩沖溶液總濃度的影響溶液 HB/B- c總bpH1230.25/0.250.10/ 0.100.025/0.0250.50 0.200.0500.010.010.010.034 0.0860.340.290.120.029緩沖比一定 ，總濃度對緩沖容量的影響結論： 當緩沖比一定時，c緩總越大，越大，緩 沖能力越大。 一般c總在0.050.2 molL-1范圍內(nèi)最好。 c緩總太小，太??；c緩總過大，離子強度大；第24頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二24溶液12345AC

15、molL-1HAc molL-1Ac/HAc總濃度未加堿前pH加堿后pHpH0.020.181/90.203.803.870.070.0420.050.151/40.204.154.190.040.080.100.101/10.204.744.780.03（最?。?.10（最大）0.150.054/10.205.355.890.040.080.180.029/10.205.705.770.070.042緩沖容量與緩沖比的關系緩沖溶液總濃度一定，緩沖比等于1時 緩沖比等于1時，緩沖容量最大2.緩沖比對緩沖容量的影響第25頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二25結論 1. 強

16、酸、強堿緩沖能力強，單向變化。 2.緩沖系不同，pKa不同，緩沖范圍不同。 3.緩沖比一定時，總濃度越大，其max越大 ； 緩沖比一定時，總濃度相同， max相同。 HCl NaOH 0.1molL-1HAc+NaOH 0.2molL-1HAc+NaOH 0.05molL-1KH2PO4+NaOH 0.05molL-1H3BO3+NaOH第26頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二264.總濃度一定時，當B/HB =1時， 緩沖容量值最大： max = 0.576c總5. 緩沖比越偏離1時，緩沖容量越小。 當B/HB 10，或1/10， 失去緩沖作用； 當1/10 B/HB

17、 10，具有緩沖作用。緩沖范圍：pH = pKa 1第27頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二27第28頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二28一、緩沖溶液的粗略配制方法 1. 選擇適當?shù)木彌_系： （1）使所選緩沖系的緩沖范圍包括所配緩沖溶液的pH值； （2）弱酸的pKa值盡量接近pH值 ，以使緩沖容量接近極大值。 2. 配制的緩沖溶液要有適當?shù)目倽舛取Ｒ话阋?.050.20 mol L-1為宜。第四節(jié) 緩沖溶液的配制第29頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二29 3.選定緩沖系及總濃度后，根據(jù)Henderson公式計算所需弱酸

18、及其共軛堿的量。 pH = pKa + lg nBnHB= pKa + lg cBVB cHBVHB第30頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二30一般配c（B-）= c（HB），則而V總 = VB + VHB ， pH = pKa + lg VBVHB pH = pKa + lg VBV-VB-4.將求得的VB和VHB相混合。第31頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二31例4 如何配制100mLpH約為5.00的緩沖溶液？解 HAc 的pKa= 4.75, 與5.00最為接近，故選HAc-NaAc緩沖系.然后配制濃度在0.050.20 mol L-1

19、范圍內(nèi)(如0.10 mol L-1)相同濃度的HAc和NaAc溶液。 pH = pKa + lg VBV-VB- 5.00 = 4.75 + lg VAc100-VAc- VNaAc = 64mL , VHAc = 36mL .故將64mL濃度在0.050.20 mol L-1的NaAc溶液和36mL相同濃度的HAc溶液混合均勻，即得所需緩沖溶液.第32頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二32二、緩沖溶液的準確配制方法 1.應用配方進行配制 文獻資料，準確方便 表4 H2PO4 和 HPO42- 組成的緩沖溶液（25 ）50mL0.1 mol L-1 KH2PO4 + x

20、 mL0.1 mol L-1 NaOH稀釋至100mL pH x 6.70 19.3 0.030 6.80 22.4 0.033 6.90 25.9 0.033 7.00 29.1 0.031 7.10 32.1 0.028 7.20 34.7 0.025 第33頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二332.用pH計校準將所配的粗略pH值緩沖溶液在pH計監(jiān)控下用稀的強酸或強堿調(diào)至準確的pH值。應用pH計時，必須用標準緩沖溶液校準。表5 標準緩沖溶液 溶液 濃度/ mol L-1 pH （25 ） 溫度系數(shù) 酒石酸氫鉀 飽和,25 3.557 - 0.001 鄰苯二甲酸氫鉀

21、0.05 4.008 +0.001 KH2PO4-Na2HPO4 0.025,0.025 6.865 -0.003 Na2B4O710H2O 0.01 9.180 -0.008 第34頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二34練習1.下列各溶液有無緩沖性? (1)20mL0.1 mol L-1 HAc + 20mL0.1 mol L-1 NaOH; (2) 20mL0.1 mol L-1 HAc + 1mL0.1 mol L-1 NaOH; (3)20mL0.1 mol L-1 HAc + 10mL0.1 mol L-1 NaOH.2.用0.025 mol L-1 H3PO

22、4溶液和0.025 mol L-1 NaOH溶液配制pH值為7.40的緩沖溶液100mL,計算所需H3PO4和NaOH溶液各為多少mL?解 首先應選擇合適的緩沖系。 H3PO4的pKa1 =2.12, pKa2 =7. 21, pKa3 =12. 36,其pKa2與所配緩沖溶液的pH值最為接近，故緩沖系應為H2PO4- - HPO42-,第35頁，共40頁，2022年，5月20日，20點26分，星期二35緩沖系為H2PO4- - HPO42-,需加NaOH包括兩部分:一部分NaOH將H3PO4全部轉化成了H2PO4- ; 另一部分NaOH將一部分H2PO4-再轉化成了HPO42- 。設需加H3PO4 x mL , NaOH y mL ,則 n(HPO42- )= 0.025 (y - x) mmol n(H2PO4- )= 0.025 x - 0.025 (y - x) = 0.050 x - 0.025 y mmol pH = pKa2 + lg n(HPO42- ) n(H2P