第四章 緩沖溶液-xie

第四章緩沖溶液緩沖溶液BUFFERSOLUTION第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機(jī)制第二節(jié)緩沖溶液的pH第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍第四節(jié)緩沖溶液的配制第五節(jié)血液中的緩沖系BufferSolution第三章緩沖溶液第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機(jī)制pH=3↑pH=0.091L純水中(pH=7)+1mol·L-1HCl0.1mlpH=4pH=-3↓+1mol·L-1NaOH

0.1mlpH=101L含0.1molHAc和NaAc的溶液(pH=4.75)+1mol·L-1HCl10mlpH=4.66pH=-0.09+1mol·L-1NaOH

10mlpH=4.84—緩沖溶液緩沖溶液：能夠抵抗外來(lái)少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋而保持pH基本不變的溶液。一、緩沖溶液的緩沖作用和組成緩沖作用：緩沖溶液對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稀釋的抵抗作用。(buffersolution)(bufferaction)0.1mol·L-1

NaAc—HAc常見(jiàn)緩沖溶液由足夠濃度的共軛酸堿對(duì)組成一、緩沖溶液的緩沖作用和組成NH3-NH4ClNaHCO3-Na2CO3NaH2PO4-Na2HPO4H2CO3-NaHCO3HAc-NaAc思考：較濃的強(qiáng)酸（堿）是否為緩沖溶液？是否具有緩沖作用？

緩沖對(duì)(系)(bufferpair)組成緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)濃度均為0.1mol·L-1的HAc—NaAc緩沖體系NaAc→Na++

Ac-

[HAc]、[Ac-]足夠大Ac-+H+→HAc,平衡左移

HAc+H2OH3O++Ac-二、緩沖機(jī)制加少量酸：(H+)[HAc]略↑加少量堿：(OH-)HAc+OH-→Ac-+H2O,平衡右移1.2.HAc–抗堿成分NaAc–抗酸成分[Ac-]略↓[H+]基本不變[HAc]略↓[Ac-]略↑[H+]基本不變第二節(jié)緩沖溶液的pH一、緩沖溶液pH的計(jì)算公式—緩沖公式緩沖體系

HB–NaB：NaB

Na++B-HB+H2OH3O++B-Ka=[H+][B-][HB]pH=pKa+lg[B-]=[共軛酸]pKa+lg[共軛堿]Henderson-Hasselbalch

方程式緩沖比[HB]緩沖公式[HB]pH=pKa+lg[B-][B-]=c(NaB)+

c′(HB)[HB]=c(HB)-c′(HB)≈

c

B_≈cHB(配制前濃度相同VB-、VHB為混合前體積)HB+H2OH3O++B-NaB

Na++B-解離的濃度用c′(HB)表示(同一溶液V

相同)緩沖公式cHBpH=pKa+lgcB-說(shuō)明：1.pH取決于緩沖系中弱酸的Ka值，受溫度影響。

NH3-NH4+，H2PO4--HPO42-，2.pH與緩沖比有關(guān)。緩沖比=1時(shí)，pH

=pKa。3.稀釋時(shí)cB-,cHB

同等降低,pH

基本不變。NH4+的pKaH3PO4

的pKa2例1:由0.20mol·L-1

HAc

(pKa=4.76)溶液和0.20mol·L-1NaAc溶液，等體積混合成1.0L緩沖溶液，求:（1）該溶液的pH值；（2）在該溶液中加入0.010molHCl或0.010molNaOH后，緩沖溶液的pH值改變多少單位（不考慮體積變化）？解：=4.76+lg1=4.76

+c(HAc)pH=pKalgc(Ac-)(2)加0.010molHCl

后：(1)c(HAc)=0.20/2=0.10mol·L-1

c(Ac-)=0.20/2=0.10mol·L-1c(HAc)=（0.10×1.0+0.010）/1.0=0.11mol·L-1c(Ac-)=（0.10×1.0-0.010）/1.0=0.09mol·L-1+0.11

pH=4.76lg0.09=4.67△pH=-0.09例1:由0.20mol·L-1

HAc

(pKa=4.76)溶液和0.20mol·L-1NaAc溶液，等體積混合成1.0L緩沖溶液，求:（1）該溶液的pH值；（2）在該溶液中加入0.010molHCl或0.010molNaOH后，緩沖溶液的pH值改變多少單位（不考慮體積變化）？解：(3)加0.010molNaOH

后：c(HAc)=

（0.10×1.0-0.010）/1.0=0.09mol·L-1c(Ac-)=（0.10×1.0+0.010）/1.0=0.11mol·L-1+0.09

pH=4.76lg0.11=4.85△pH=0.09第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量(buffercapacity)βdna(b):緩沖溶液中加入微小量的一元強(qiáng)酸(堿)

物質(zhì)的量；

|dpH|:為緩沖溶液pH值的微小改變量。

意義：衡量緩沖能力大小的尺度。定義：?jiǎn)挝惑w積緩沖溶液的pH值改變1(pH=1)時(shí)，所需加入一元強(qiáng)酸(堿)的物質(zhì)的量。

β

常用緩沖溶液的β的范圍一般在0.01-0.30mol·L-1·pH-1β越大，緩沖能力越強(qiáng)（不作要求）緩沖容量影響β的因素緩沖比一定時(shí),c總越大,β越大；二、緩沖范圍：1.總濃度2.緩沖比

[B-][HB](pKa－1

＜pH＜pKa＋1)pH＝pKa±1緩沖比1緩沖作用的有效區(qū)間稀釋時(shí)，c總↓，β↓。c總=[B-]+[HB]≈

c(B-)+c(HB)

c總一定時(shí)，緩沖比=1，pH=pKa,緩沖能力最強(qiáng)

緩沖比1，pHpKa,β↑

135791113abcdefbpH0.080.020.040.060.10a.HClb.0.2mol-1

HAc+NaOHc.0.1molL-1

HAc+NaOHd.0.05molL-1KH2PO4+NaOHe.0.05molL-1H3BO3+NaOHf.NaOH....L影響β的因素第四節(jié)緩沖溶液的配制一、配制方法⒈選擇緩沖系4.pH值校正。⒊計(jì)算所需緩沖對(duì)物質(zhì)的量。⒉控制緩沖對(duì)的總濃度。使所配緩沖溶液pH∈(pKa±1)，且pKa。

緩沖系物質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒，不能與溶液發(fā)生反應(yīng)。

pH=5.00

c總=0.05～0.2mol·L-1HAc-NaAc例2

配制pH=5.00的緩沖溶液100ml,總濃度為0.1mol·L-1，應(yīng)選擇哪種緩沖對(duì)？如何配制？解：選用0.10mol·L-1HAc-0.10mol·L-1NaAc

設(shè)需HAcχml，則NaAc為（100-χ）ml

∴VHAc=χ≈36ml

pH=4.76

+xlg100-x

VNaAc=100-χ≈64(ml)例3

在濃度為0.05mol·L-1的Tris（三羥甲基氨基甲烷）溶液50ml中，加入濃度為0.05mol·L-1

的HCl

溶液多少ml，用水稀釋到100ml后溶液的pH值為7.40？已知Tris·H+

的pKa=8.08解：設(shè)需加入HCl

溶液xml平衡n(mmol)0.05(50-x)0.05x∴x=42.7mlTris+H+→Tris·H+起始n(mmol)0.05×500.05x用0.10mol·L-1HAc

和固體NaOH配制緩沖溶液,其總濃度是多少?(不考慮體積V變化)HAc+OH-→Ac-+H2O反應(yīng)后n(mol)0.1V

-x

x起始n(mol)0.1Vx設(shè)NaOH的物質(zhì)的量為xmol=0.1(mol·L-1)V0.1V

-x+xVc總=第五節(jié)血液中的緩沖系一、血液的主要緩沖體系是H2CO3-HCO3-正常人血漿的pH值約為7.35~7.45

H2O+CO2H2CO3H++HCO3-pKa

=6.10其中抗酸成分為HCO3-(堿儲(chǔ)

)、抗堿成分為H2CO3。

(18/1―22/1)酸中毒堿中毒練習(xí)：用0.025mol·L-1的H3PO4溶液配成pH為7.4的緩沖溶液100ml，需加入0.025mol·L-1的NaOH溶液與之中和，試計(jì)算所需H3PO4溶液與NaOH溶液的體積。解:設(shè)需H3PO4

xml；與H3PO4反應(yīng)的NaOH為

xml，與H2PO4-反應(yīng)的NaOH為yml，需NaOH總體積(x+y)ml。

H3PO4+OH-=H2PO4-

+H2O∵x+x+y=100∴y=100-2x

解得：x=38.34(ml)，即需要H3PO438.34ml。NaOH需要：100-38.34=61.66(ml)

H2PO4-

+OH-=HPO42-

+H2O0.025x-0.025y0.025y

0.025y反應(yīng)量mmol0.025x

0.025x

0.025x1、混合物一定是緩沖溶液。2、由于在HAc溶液中存在HAc與Ac-的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡，所以HAc溶液是緩沖溶液。3、將NH3－NH4Cl緩沖溶液稀釋一倍，溶液中的[OH-]將減少到原來(lái)的1/2。4、緩沖溶液用少量水稀釋時(shí)，雖然溶液的體積改變，共軛酸濃度與共軛堿濃度的比值不改變，所以其pH值基本不會(huì)有改變。5、NH4Cl-NH3·H20緩沖溶液的pH值大于7，所以不能抵抗少量強(qiáng)堿。6、同一緩沖系的緩沖溶液，總濃度相同時(shí)，只有pH=pKa的溶液，緩沖容量最大。7、將等體積的0.2mol·L-1HCl與0.2mol·L-1NH3·H2O混合，所得的溶液緩沖能力很強(qiáng)。8、緩沖溶液就是能抵抗外來(lái)酸堿影響，保持pH絕對(duì)不變的溶液。9、0.1mol·L-1KH2PO4與0.05mol·L-1

NaOH以等體積混合，可以配制成緩沖溶液。10、由HB和NaB組成的緩沖溶液，HB和B-的平衡濃度近似等于c(HB)和c(NaB)。一、判斷題×××√×√××√√二、選擇題

1.將下列各組溶液等體積混合后，無(wú)緩沖作用的是A.相同濃度的HCl和KClB.相同濃度的HCl和NH3·H2OC.0.20mol·L-1KH2PO4和0.10mol·L-1HClD.0.20mol·L-1HAc和0.10mol·L-1NaOH2.欲配制pH=9.0的緩沖溶液，最好選用下列緩沖系中的A.Tris-Tris·H+(pKa=8.08)B.甲酸（pKa=3.745）C.碳酸（pKa=6.35）D.NH3-NH4Cl（pKb=4.75）

3.向0.30mol·L-1HAc(pKa=4.76)溶液中加入NaAc

晶體，使NaAc的濃度為0.1mol·L-1，則溶液的pH接近于A.5.72B.5.29C.4.28D.4.76

4.下列各緩沖溶液中緩沖容量最大的是A.800mL中含有0.10molHAc和0.10molNaAcB.1000mL中含有0.10molHAc和0.10molNaAcC.600mL中含有0.10molHAc和0.10molNaAcD.500mL中含有0.05molHAc和0.06molNaAc計(jì)算題：將0.1mol·L-1H3PO4200ml和0.1mol·L-1NaOH溶液300ml混合配制成緩沖溶液，求此緩沖溶液的pH值pKa1=2.12Na2HPO4+H2ONa3PO4+H2O解題分析：首先需確定組成此緩沖溶液的緩沖對(duì)，H3PO4與NaOH反應(yīng)分三步進(jìn)行其中200ml0.1mol·L-1NaOH溶液和給定的H3PO4反應(yīng)，生成0.10×200mmol的NaH2PO4，剩余的100mlNaOH溶液和NaH2PO4反應(yīng)生成0.10×100mmol的Na2HPO4，反應(yīng)進(jìn)行到第二步。此時(shí)緩沖對(duì)為H2PO4-

—HPO42-，需按H3PO4的二級(jí)解離常數(shù)Ka2進(jìn)行計(jì)算。H3PO4+NaOHNaH2PO4+NaOHNa2HPO4+NaOHNaH2PO4+H2O

pKa2=7.21pKa3=12.67解：H3PO4與NaOH溶液混合后總體積為500ml，反應(yīng)后[H2PO4-]==0.02mol·L-1[HPO42-]=