12基础化学7版【缓冲溶液】视频版

1基础化学第四章化学教研室陶涛2当我们在进行化学实验时，往往需要在反应体系中加入缓冲溶液（如PBS）人的血液为什么能够稳定在PH=7.35～7.45之间？缓冲溶液是如何组成？缓冲作用的机理是什么？3第四章：缓冲溶液•缓冲溶液及其缓冲作用•缓冲溶液的pH值计算(重点)•缓冲容量（了解）•缓冲溶液的配制(重点)•血液中的缓冲系（阅读了解）4第一节缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液的缓冲作用和组成溴麝香草酚蓝指示剂PH6.0PH7.65缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用，称为缓冲作用。当加入少量的强酸、强碱或稍加稀释时，能保持其pH值基本不变的溶液。称为缓冲溶液。刚才演示实验的NaH2PO4-K2HPO4混合溶液就是一种常用的缓冲溶液（PBS）缓冲溶液定义6缓冲溶液的组成1.共轭酸，共轭碱同时存在，合称“缓冲对”或者“缓冲系”2.缓冲溶液共轭酸、共轭碱要有一定浓度，而且相差不能太大。3.常见的缓冲对（表4-1）缓冲溶液1、足够浓度的共轭酸碱对H2PO4-—HPO42-；HAc—Ac-2、过量的弱酸+适量的强碱HAc(过量)+NaOH3、过量的弱碱+适量的强酸HCl+NH3(过量)7•判断下列混合溶液是否缓冲溶液？1.0.01mol/LNaOH溶液和0.02mol/LHAc溶液等体积混合2.0.02mol/LNaOH溶液和0.02mol/LHAc溶液等体积混合练习是否8二、缓冲机制HAc+H2OH3O++Ac-NaAcNa++Ac-加入少量H+共轭碱是抗酸成分通过与Ac-，基本上消耗掉外来的H3O+1、加入少量HCl平衡向左移动9HAc+H2OH3O++Ac-NaAcNa++Ac-少量OH-共轭酸是抗碱成分通过解离，基本上补充碱消耗的H3O+。2、加入少量NaOH缓冲机制平衡向右移动10缓冲作用的实质：外加的强酸强碱影响溶液的[H+]时，体系中的两种主要成分（共轭酸碱对）通过质子传递平衡移动，使[H+]大体回复到原有的水平11一、缓冲溶液pH值的计算公式CHAcCNaAc初始[H+][HAc]=CHAc-[H+][Ac-]=CNaAc+[H+]平衡Ka=[H+][HAc][Ac-]第二节缓冲溶液的pH值计算(重点)板书：整理，两边取负对数等，≈CHAc≈CNaAcHAc+H2OAc-+H3O+NaAcAc-+Na+=[H+]CNaAcCHAc12pH=pKa+lg[B-][HB]……(4.2)pH=pKa+lgC(B-)C(HB)……(4.3)pH=pKa+lgn(B-)n(HB)……(4.4)混合后1.缓冲溶液的pH主要取决于共轭酸(HB)的pKa；其次是缓冲比。缓冲比通常为0.1～10。2.稍微稀释缓冲液，没有改变缓冲比，pH基本不变。缓冲公式13例题4-1点评：（离子反应式板书）混合后构成共轭酸碱同时存在的体系；两者物质的量不会差别悬殊—形成缓冲体系。属于共轭酸碱混合不反应类型；选择用公式4-4较为简单！二、计算实例14例0.30mol/LNaAc和0.10mol/LHCl等体积混合，计算溶液pH值。（HAc：pKa=4.75)解：Ac-+HClHAc反应前反应后0.30V00.10V00.10V000.20V0∴缓冲对是:HAc~Ac-请思考并回答：试剂混合时有否反应，产物有哪些？设NaAc、HCl原体积为V0ml二、计算实例15共轭酸HAc：pKa=4.75pH=pKa+lgn(B-)n(HB)=4.75+lg0.2V00.1V0=5.05反应后的溶液中:n(Ac-)=0.20V0n(HAc)=0.10V016例题4-2求0.1柠檬酸二氢钠与0.05NaOH等体积混合液pH解：首先要清楚混合液中的溶质是什么？是否缓冲溶液？n是多少？OHHCitOHCitH2-2--2混合前：0.1V0.05V—混合后：0.05V0.00.05V可知共轭酸碱对是：H2Cit-—HCit2-pKa2计算见书思考：如果体积按10ml:15ml混合，pH=？5.2417补充例题（阅读）0.1V0.025V0.00.125V0.1VOHCitHOHCitH2-2-3混合后：混合前：求0.1柠檬酸与0.125NaOH等体积混合液的pH解：依然要清楚混合液中的溶质是什么？n是多少？NaOH过量V025.0V075.0V025.0V1.0OHHCitOHCitH2-2--2平衡时：二步反应前：共轭酸碱对是：H2Cit--—HCit2-pH=5.2418补充例题（阅读）在100ml纯水和在100ml含有0.12mol/LHAc和0.10mol/LNaAc溶液中各加入40mgNaOH固体。分别计算NaOH加入前后的pH变化(忽略体积变化)。纯水缓冲液加入前7.004.67加入后12.004.75pH变化5.000.0819缓冲溶液pH计算题型1.共轭酸与共轭碱混合直接代入公式计算2.弱酸与适量强碱(或者是弱碱与适量强酸)混合*先列出反应方程式。*然后分析反应后，共轭酸、共轭碱的n各是多少。*再代入公式计算。20小结.1.缓冲溶液的组成，定义：由共轭酸碱同时存在并有足够浓度，能够在加入少量的强酸、强碱或稍加稀释时，能保持其pH值基本不变的溶液。2.缓冲作用的机理：通过共轭酸碱之间的质子传递平衡移动，使溶液中H+浓度不会发生大幅度变化。3.缓冲溶液pH：用缓冲公式计算。主要由pKa决定，其次是缓冲比；缓冲比在0.1～10之间。如果混合时发生反应，要先列出反应式，明确反应后共轭酸、共轭碱的量是多少。21下列溶液100ml中，各加入加入0.1mol/LNaOH0.1ml(2滴)，观察pH变化①0.001mol/LHAc~0.001mol/LNaAc②0.01mol/LHAc~0.01mol/LNaAc③纯水原pH现pHpH变化①溶液4.758.023.27②溶液4.754.760.01纯水7.0010.003.0022缓冲容量定义：在数值上等于使单位体积（1L或1ml）缓冲溶液的pH值改变一个单位时，所需加一元强酸或一元强碱的物质的量（mol或mmol）。β=Δb∣ΔpH∣单位：mol·L-1·pH-1β愈大，缓冲能力愈大。23pH:3→4pH:3→4βAβB缓冲能力：AB4mmolNaOH2mmolNaOH例：判断缓冲能力24二、影响缓冲容量的因素β缓冲比总浓度C(B-)C(HB)n(B-)n(HB)或C总=[HB]+[B-]1、缓冲比的影响(C总一定)①C(B-)C(HB)=1,pH=pKa,β极大=0.576C总25pH＝pKa＝4.751.在pH＝pKa时为最大值；即，缓冲比偏离1.0时，降低。2.缓冲范围:具有缓冲作用的pH值范围。pH=pKa±126练习题C总=[HB]+[B-]0.1mol/LHAc~0.1mol/LNaAc,C总=0.2mol/L0.2mol/LHAc+NaOH,C总=0.2mol/L2.C总的影响(一定)C(B-)C(HB)C总:0.05~0.2mol/L图4-1曲线(2),(3)为例说明幻灯片2527第四节：缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法：1、选择适当的缓冲系，pH值尽量接近pKa。2、根据要求pH，计算缓冲比3、设立方程组求解配置所需的共轭酸碱体积4、注意C总一般不能太小(0.05-0.20mol/L)。28如何用浓度为0.1mol/LHAc和NaAc配制成100mlpH值约为4.80的缓冲溶液？解：设所需NaAcVml,则所需HAc(100-V)mlpH=pKa+lgn(B-)n(HB)=4.75+lg0.1V0.1(100-V)VAc-=V=VHAc=100-V=4.8052.847.2例1:29如何用浓度为0.1mol/L的HAc和0.2mol/L的NaOH配制出100mlpH=5.0的缓冲溶液？pKa=4.75思路：（列出反应式帮助分析）试剂混合发生反应，属于过量弱酸+适量强碱类型。强碱的量就是共轭碱的量。用公式4-4比较方便。设NaOH取Vml；HAc为(100-V)ml；代入缓冲公式：结果：NaOH取24.24ml；HAc为75.76ml778.1v3.010v2.0v3.010v2.0lg25.0v2.0)v100(1.0v2.0lg75.400.530用1.00mol/LNaOH部分中和1.0mol/L丙酸(HPr)的方法，如何配制1000ml总浓度为0.100mol/LpH5.00的缓冲溶液？(pKa=4.87)例2：关于C总：弱酸+强碱→共轭酸碱；C总V总=n弱酸弱碱+强酸→共轭酸碱；C总V总=n弱碱HBNaOH缓冲液31解题：1.弱酸加强碱形成缓冲液，原来弱酸的n就是C总的n。0.11000=1.0VHPr；即VHPr取100ml。HPrNaOH缓冲液2.NaOH与部分HPr反应生成相应量的共轭碱5.0=4.87+lg—————nHPr-nNaOHnNaOH3.已知nHPr=0.10mol，代入上式求得：nNaOH=0.0574mol即VNaOH取57.4ml。注意要会用计算器求反对数32具体操作：用100mlHPr与57.4mlNaOH混合均匀，然后加入蒸馏水至1000ml。33配制缓冲溶液—2种类型1、给定试剂就是共轭酸碱先算出缓冲比：然后代入缓冲比计算试剂用量或者直接代入缓冲公式计算2、给定试剂是弱酸和强碱；或者弱碱和强酸a.列出反应方程式，明确反应后共轭酸碱的nb.代入缓冲公式计算c.题目有限制条件，就要联立方程组。34二.标准缓冲溶液作用、要求、实例35第五节血液中的缓冲系(自学)36小结：1.组成：共轭酸碱对共轭酸抗碱成分共轭碱抗酸成分2.pH=pKa+lgn(B-)n(HB)①找出缓冲对，Ka;②计算n(B-)，n(HB)3.缓冲容量分析溶液中物种37影响β的因素a.C(B-)C(HB)1,C总一定pH=pKa±1b.C(B-)C(HB)一定，C总愈大，β愈大0.1≤C(B-)C(HB)≤10,β愈大384、配制缓冲溶液：①先找出缓冲对：pHpKa②列出含有n(B-),n(HB)的缓冲公式求解39练习题在0.100mol/L的HAc溶液20.0ml中，加入0.0500mol/L的NaOH20.0ml,则溶液中[H+]为A、2.5010-3B、6.6010-4C、1.7610-5D、3.5210-5√40练习题问：若使某溶液的pH值保持在7.0,能否用HAc~NaAc作为缓冲溶液？(pKa=4.75)解：∵缓冲范围：3.75~5.75∴不能用HAc~NaAc作为缓冲溶液412、某缓冲溶液共轭碱的Kb=1.0×10-6,从理论推算该缓冲溶液的缓冲范围的pH是A、6~8B、5~7C、7~9D、4~6√练习题42缓冲能力练习题1、下列各组等体积混合液中，无缓冲作用的是A0.2mol/LHCl和0.2mol/LKClD0.02mol/LHCl和0.02mol/LNH3C0.2mol/LNaH2PO4和0.1mol/LHClB0.01mol/LNaOH和0.02mol/LHAc√432、下列各缓冲溶液中缓冲容量最大的是A800ml中含有0.1molHAc和0.1molNaAcB1000ml中含有0.1molHAc和0.1molNaAcC500ml中含有0.05molHAc和0.06molNaAcD600ml中含有0.05molHAc和0.06molNaAc√44在100ml0.1mol/LNaOH溶液中加入多少克NH4Cl(M=53.5)，才能得到pH=10.0的溶液；如果加入53.5gNH4Cl，溶液pH=？1.如题操作，溶液中可能含有什么物质的？2.按照溶液中的组成，属于什么溶液?3.有关的公式和常数？思考：练习题答案：0.63g；pH=10.6345HAc+H2OH3O++Ac-K=[H3O+][Ac-][HAc]=CAcCHAc[H3O+]NaAcNa+Ac-缓冲体系实际上是一个同离子效应体系,其中弱电解质的平衡关系依然存在。46例3：0.020mol/L柠檬酸钠(Na3Cit)100ml与0.010mol/LHCl