課題1溶液的酸堿性

拓展：酸堿花的奧秘在趣味化學(xué)表演會上，有一個同學(xué)制作的酸堿花最引人注目。這簇花五顏六色，有紅色的、淺橙色的、淺藍色的，等等。這些花之所以討人喜歡，并不是因為它的美麗鮮艷，而是由于它的特殊性格，因為對酸堿的反應(yīng)非常靈敏，所以人們送給它一個美稱——酸堿花。別看這簇花沒有芳香，可是卻有一個非常重要的用途，它能及時無誤地告訴人們空氣中是否污染，準(zhǔn)確地顯示出空氣的酸堿度來。你要不信，請看這簇花的制作者的表演吧！只見他千里拿著噴霧器，向花束噴去，當(dāng)噴出的霧落到花上時，花的顏色全變了：大紅色的變成深藍色的，淺橙色變成粉紅色的，淺藍色變成淡紅色……過一會兒，這個表演者又拿起另外一個噴霧器，再向這些花噴霧時，又出現(xiàn)了另外的景象：潔白的花變成了鮮艷的玫瑰紅，粉紅色的花則變成了閃閃發(fā)亮的黃色，棕藍色的花又恢復(fù)了其艷麗的鮮紅，淡紅色變成淡藍色，棕紅色變成淺藍……等等。真是變化多端，美不勝舉。親愛的讀者，你知道這束酸堿花的奧秘嗎？答案原來，這些紙花都分別浸在如下的化學(xué)藥品中：石蕊、酚酞、甲基紅、甲基橙、剛果紅。然后取出晾干，就成為五顏六色的酸堿花了。浸剛果紅的紙花是大紅色，浸過甲基紅的是淺橙色，浸過石蕊的是淺藍色，浸過甲基橙的是黃色，而浸過酚酞的是白色。浸過的這些化學(xué)藥品都是人們通常所稱的“指示劑”。這些指示劑會隨溶液的酸堿性不同而變化其顏色。表演者第一次噴出的是濃度為0．2％的稀鹽酸溶液。第二次噴出的0．6％的燒堿溶液。嘿嘿任何花都對酸堿過敏。人體的pH緩沖體系多數(shù)細胞僅能在很窄的pH范圍內(nèi)進行活動，而且需要有緩沖體系來抵抗在代謝過程中出現(xiàn)的pH變化。在生物體中的三種主要緩沖體系是蛋白質(zhì)、碳酸氫鹽和磷酸鹽（見下表），每種緩沖體系所占的分量在各類細胞和器官中是不同的。表：人體的主要緩沖體系系統(tǒng)解離反應(yīng)pKa蛋白質(zhì)HPr=H++Pr﹣碳酸氫鹽H2CO3=H++HCO3﹣磷酸鹽H2PO4﹣=H++HPO42﹣人體血漿里最重要的緩沖體系是碳酸氫鹽緩沖體系。H2CO3=H++HCO3﹣有Henderson—Hasselbach方程可知：pH=pKa+lg〔HCO3﹣〕/〔H2CO3〕血漿的pH決定于碳酸氫鹽與碳酸的比例，而不是決定于它們的絕對濃度。任何使pH改變的趨勢都可以被緩沖，并通過調(diào)節(jié)這個比例而得到校正。如在正常代謝反應(yīng)中形成的大量的酸與碳酸氫鹽形成難解離的碳酸，有效地除掉了游離的氫離子。碳酸中的CO2又能通過肺部排除，從而穩(wěn)定了血漿的pH。腎臟通過調(diào)節(jié)尿中酸或堿的排泄，也在保持體液的酸堿平衡中起重要作用，所以人尿的pH的正常變化范圍是從~。細胞外液通常是弱堿性的，pH為，而許多動物胞漿的平均pH約為，在37℃時是中性的。幾乎可以肯定，細胞器的pH不是，而且大多數(shù)細胞膜表面的pH要低于，這是由于帶負電荷的細胞表面吸收H+的緣故。人的血液能清楚地說明pH調(diào)控的重要性。血液的pH必須保持在一個很窄的范圍內(nèi)，人才能存活，健康人血漿pH的變化范圍就更窄了，正常人的血液pH在~的范圍內(nèi)，當(dāng)pH低于時會發(fā)生酸中毒，pH低于會發(fā)生嚴(yán)重酸中毒昏迷致死；血液的pH高于會發(fā)生堿中毒，pH高于就會發(fā)生嚴(yán)重堿中毒導(dǎo)致的手足抽搐致死的嚴(yán)重后果。血液的pH之所以能保持相對穩(wěn)定，是由于體內(nèi)有良好的調(diào)節(jié)作用，其中一個重要因素就是血液中存在著多種緩沖對：血漿中：NaHCO3/H2CO3，Na~蛋白質(zhì)/H~蛋白質(zhì)，Na2HPO4/NaH2PO4其中HCO3﹣/H2CO3緩沖對在血液中濃度最高，緩沖能力最強，對維持血液正常pH的作用最重要。在血液或細胞中，H2CO3主要以CO2形式存在，與HCO3﹣存在以下平衡：在正常血漿中，〔HCO3﹣〕︰〔CO2〕=20︰1pH=+lg20/1=人體各組織、細胞代謝產(chǎn)生的CO2，主要通過血紅蛋白和氧合血紅蛋白的運輸作用，被迅速運到肺部排出，故幾乎不影響血漿的pH，當(dāng)產(chǎn)生比CO2酸性更強的酸（如磷酸、硫酸、乙酸等）時，血液中HCO3﹣/CO2緩沖對便發(fā)揮緩沖作用，其中HCO3-可與代謝產(chǎn)生或外合產(chǎn)生CO2和H2O。增加的CO2大部分從肺部排出或通過血漿中蛋白質(zhì)緩沖對和與之作用，，使〔CO2〕降低；減少的HCO3﹣可通過腎臟進行調(diào)節(jié)而得到補充，從而使〔HCO3﹣〕，〔CO2〕和〔HCO3﹣〕/〔CO2〕都恢復(fù)正常。當(dāng)人體新陳代謝過程中產(chǎn)生的堿進入血液時，血液中的H3O+便立即與它結(jié)合生成水。H3O+的消耗有H2CO3的解離來補充，結(jié)果也使血液的pH保持穩(wěn)定。蔬菜試酸堿你知道紅椰菜也能試出酸堿度嗎？蔬菜所以呈現(xiàn)綠色，是因為當(dāng)中含有葉綠素。其實，蔬果呈現(xiàn)不同的顏色也是因為它們含有不同的色素；紅椰菜便是其中的一種。紅椰菜除了可供食用外，它的色素對酸堿度也非常敏感。只要用熱水作為溶劑把紅椰菜的色素提煉出來，它的色素便會在不同的酸堿值呈現(xiàn)出不同的顏色，與通用指示劑相似。表：紅椰菜的色素在不同酸堿值所顯示的顏色酸堿值顏色1深紅2~3紫紅4~6淺紅7~9藍10綠11黃綠12~14黃不過，化學(xué)家通常會使用甲基橙、石蕊或酚酞來測試溶液的酸堿值，因為這些指示劑在不同的酸堿值下會有明顯的轉(zhuǎn)變，在滴定時很容易便可以找到終點。這些指示劑在不同酸堿值下呈現(xiàn)不同的顏色：表：酸堿度指示劑酸堿值1234567891011121314甲基橙紅橙黃石蕊紅紫藍酚酞透明淺粉紅紅飲用水的pH應(yīng)為多少？我國最新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》即將于7月1日實施。該《標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定生活飲用水的pH范圍為~。pH值成為生活飲用水的水質(zhì)指標(biāo)之一一事已引起人們的普遍關(guān)注。事實上，目前市場上銷售的瓶(桶)裝飲用水除農(nóng)夫山泉、依云等少數(shù)品牌外，大部分品牌的產(chǎn)品包裝上并不標(biāo)注pH值，使消費者在選購時無法辨別。那么，什么是水中的pH值？它與人體健康有什么關(guān)系？如何選擇健康飲用水？針對這些消費者十分關(guān)心的問題，日前，記者采訪了杭州養(yǎng)生堂研究所副所長周力博士。pH是最重要的水質(zhì)參數(shù)之一據(jù)周力博士介紹，概括國內(nèi)外水專家及權(quán)威文獻的論述，健康飲用水具有三大特征：一是含有一定量的硬度(鈣鎂離子的總和)；二是含有一定量的溶解性總固體(水中礦物質(zhì)的總和)，即含有人體所需的全面而均衡的天然礦物質(zhì)和微量元素；三是pH值在以上，呈弱堿性。他介紹說，水質(zhì)指標(biāo)很多，其中，pH值是最重要的水質(zhì)參數(shù)之一。水的酸堿度均用pH值表達。一般天然水源的pH值為～。酸性物質(zhì)(包括大部分的有機污染物)或酸雨的影響會使水的pH值降低到5左右。眾所周知，在一般情況下水可以發(fā)生微弱的電離，即產(chǎn)生一個氫離子和一個氫氧根離子。習(xí)慣上，我們把氫離子濃度的負對數(shù)值作為溶液酸堿性的指標(biāo)，簡寫為pH。在中性溶液中pH=7，pH大于7越多，則堿性越強，小于7越少，則酸性越強。在純凈水和人工礦物質(zhì)水中，由于氫離子過剩均