第四節(jié)緩沖溶液

第六章酸堿平衡

第四節(jié)緩沖溶液一、緩沖溶液的根本概念二、緩沖溶液pH值的計(jì)算三、緩沖容量〔補(bǔ)充〕四、緩沖溶液的配制五、緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的意義一、緩沖溶液的根本概念〔一〕緩沖作用〔二〕緩沖溶液的組成〔三〕緩沖作用原理返回〔一〕緩沖作用原溶液1LpH外加物質(zhì)/molpH│ΔpH│純水7.000.01HCl2.057.000.01NaOH12.050.1mol·L-1HAc+0.1mol·L-1NaAc4.750.01HCl4.660.094.750.01NaOH4.840.09抵抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或少量水稀釋而保持本身pH值根本不變的作用稱為緩沖作用。具有緩沖作用的溶液稱為緩沖溶液。較濃的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿也具有緩沖作用。返回〔二〕緩沖溶液的組成緩沖溶液是由足夠濃度的共軛酸堿對兩種物質(zhì)組成的。例如：HAc－NaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等。〔強(qiáng)酸或強(qiáng)堿緩沖溶液除外〕表：常見緩沖溶液

組成緩沖溶液的共軛酸堿對被稱為緩沖系(buffersystem)或緩沖對(bufferpair)?？顾峤M分、抗堿組分？返回常見緩沖系back〔三〕緩沖作用原理緩沖溶液由共軛酸堿對組成，存在質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡，以HAc-Ac-為例。HAc+H2O=H3O++Ac-大量少量大量參加少量強(qiáng)酸，？Ac-為抗酸組分參加少量強(qiáng)堿，？HAc為抗堿組分緩沖溶液的緩沖能力是有限的，與抗酸成分和抗堿成分的含量有關(guān)。返回強(qiáng)酸、強(qiáng)堿作緩沖溶液的緩沖機(jī)制不同二、緩沖溶液pH值的計(jì)算〔一〕緩沖公式〔二〕計(jì)算緩沖溶液的pH值例〔三〕緩沖公式的校正(簡單了解)返回〔一〕緩沖公式HB＋H2O＝H3O＋＋B－pKa為弱酸的酸常數(shù)的負(fù)對數(shù)[B-]/[HB]稱為緩沖比。由于共軛酸堿對HB、B－均為大量，存在較強(qiáng)的同離子效應(yīng)，故HB解離的局部很少，可近似認(rèn)為[HB]≈c(HB)、[B－]≈c(B－)。Henderson-Hasselbalch公式可寫為：(6－11b)為近似表示式由上式可知：pH值首先取決于緩沖系中弱酸的酸常數(shù)Ka值，Ka值又與溫度有關(guān)，所以溫度對緩沖溶液pH值也是有影響的。同一緩沖系的緩沖溶液，pKa值一定，其pH值隨著緩沖比的改變而改變。緩沖溶液加水稀釋時(shí)，n(B-)與n(HB)的比值不變，那么由上式計(jì)算的pH值也不變。只有當(dāng)稀釋到一定程度后〔當(dāng)電離度和離子強(qiáng)度的影響變化較大時(shí)〕才產(chǎn)生較顯著的影響。返回三、緩沖容量〔一〕緩沖容量〔二〕影響緩沖容量的因素〔三〕緩沖范圍同一緩沖系，緩沖比越遠(yuǎn)離1，緩沖容量越小，當(dāng)緩沖比大于10或小于0.1時(shí)，可認(rèn)為緩沖溶液已根本失去緩沖能力。一般認(rèn)為pH=pKa±1為緩沖溶液的有效區(qū)間，稱為緩沖溶液的緩沖范圍。此時(shí)，緩沖比在10～1/10之間。返回〔一〕緩沖容量任何緩沖溶液的緩沖能力都有一定的限度緩沖容量是衡量緩沖溶液的緩沖能力的物理量。定義：單位體積緩沖溶液的pH值改變1〔即pH=1〕時(shí)，所需參加一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。〔某一范圍內(nèi)的平均緩沖容量〕〔緩沖溶液的瞬時(shí)緩沖容量〕返回〔二〕影響緩沖容量的因素c總=[HB]+[B-]，稱為緩沖溶液總濃度(推導(dǎo)過程)從上式可以看出：影響緩沖容量的因素有c總、[HB]及[B－]。[B-]及[HB]決定緩沖比，所以影響緩沖容量的因素有：c總和緩沖比。當(dāng)[HB]=[B-]=c總/2時(shí)，緩沖容量有極大值。β極大＝2.303×(c總/2)(c總/2)/c總＝0.576c總

證明緩沖容量與pH值的關(guān)系圖back緩沖容量與pH值的關(guān)系(+NaOH固體)(1)

HCl(2)0.1mol·L-1HAc(3)0.2mol·L-1HAc(4)0.05mol·L-1KH2PO4

(5)0.05mol·L-1H3BO3

(6)NaOH結(jié)論：1.(1)和(6)形狀不同，因?yàn)榫彌_機(jī)制不同。返回2.當(dāng)c總一定時(shí)，緩沖比越接近于1，其β越大，緩沖比等于1時(shí)，pH=pKa，β最大。3.當(dāng)緩沖比一定時(shí)，c總越大，β越大。且相應(yīng)的β極大也增大。4.不同緩沖系，c總相同，曲線形狀相同；當(dāng)緩沖比相同時(shí)，β相同，β極大也相同。四、緩沖溶液的配制〔一〕緩沖溶液的配制方法〔二〕常用緩沖溶液返回〔一〕緩沖溶液的配制方法pH＝1～2和pH＝12～13的強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性緩沖溶液用HCl或NaOH并參加KCl配制，其余pH=2～12的緩沖溶液均采用共軛酸中參加NaOH或共軛堿中參加HCl的方法配制。具體配制步驟如下：1.選擇適當(dāng)?shù)木彌_系2.選擇適當(dāng)?shù)目倽舛?。一般選擇0.05～0.2mol·L-1之間，以保證有足夠的緩沖容量。3.計(jì)算用量。4.校正。〔用pH計(jì)測量、調(diào)節(jié)〕例題返回〔二〕常用緩沖溶液1.標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液一定溫度、濃度下，pH值精確。標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液表如何解釋表中同一種化合物配制緩沖溶液？2.常用緩沖溶液Tris－Tris·HCl緩沖體系H2PO4－－HPO42－緩沖體系返回返回酒石酸氫鉀：由于HC4H4O6－的離解與水解，溶液中存在有濃度較大的C4H4O62－與H2C4H4O6分子，pKa1=2.98，緩沖范圍為1.98－3.98pKa2=4.30，緩沖范圍為3.30－5.30足夠的抗酸、抗堿成分濃度，且兩個(gè)緩沖范圍有重合，增強(qiáng)緩沖能力。鄰苯二甲酸氫鉀的情況與此類似。硼砂：B4O72－＋H2O＝2HBO2＋2BO2－返回五、緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的意義正常人血漿的pH值約為7.35—7.45

血漿中最重要的緩沖對是CO2(溶解)－HCO3－。(pKa1’=6.10)正常人血漿中[HCO3-]和[CO2(aq)]濃度分別為0.024mol·L-1和0.0012mol·L-1

pH=6.10+lg(0.024/0.0012)=7.40人體血漿內(nèi)重要的緩沖對的緩沖比為20/1，超出緩沖范圍，為什么能起緩沖作用？敞開體系，與外界有物質(zhì)與能量的交換，肺與腎的調(diào)節(jié)功能返回例：1L緩沖溶液中含有0.10molHAc和0.20molNaAc，求該溶液的pH值〔298K時(shí)HAc的Ka＝1.76×10－5〕例：將0.10mol·L-1的NaH2PO4溶液10.0ml和0.20mol·L-1的Na2HPO4溶液1.0ml混合，計(jì)算該混合溶液的pH值。例：將0.10mol·L-1HCl溶液100ml與0.10mol·L-1NH3溶液400ml相混合，求混合溶液的pH值。(NH3的pKb=4.75)返回推導(dǎo)過程：返回返回例題：檸檬酸〔H3Cit〕及鹽是一種多質(zhì)子酸緩沖體系，常用于培養(yǎng)基中。如在0.200mol·L-1檸檬酸500ml中，需參加0.400mol·L-1的NaOH溶液多少ml，才能配成pH＝5.00的緩沖溶液？〔H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40〕選擇緩沖系為：H2Cit－-HCit2－溶液中n(H3Cit)=0.200×0.500=0.100mol=n(H2Cit－)+