缓冲溶液目的要求

第四章缓冲溶液目的要求★掌握缓冲溶液概念、组成和作用机理。★掌握缓冲溶液的有关计算。★熟悉缓冲溶液的配制。★熟悉缓冲容量概念及影响缓冲容量大小的因素。★了解标准缓冲溶液，血液中的缓冲系。50ml蒸馏水pH=7加入0.05ml1mol/LHClpH=3加入0.05ml1mol/LNaOHpH=110.1mol/LpH=4.75加入0.05ml1mol/LHClpH=4.74加入0.05ml1mol/LNaOHpH=4.7550ml缓冲液缓冲液：HAcNaAc0.1mol/L+§4-1缓冲溶液及其缓冲组成一缓冲作用及缓冲溶液组成缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用（bufferaction）。1.缓冲溶液的概念能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而能保持其pH基本不变的溶液，称为缓冲溶液（buffersolution）。1.酸（碱）—共轭碱（酸）2.缓冲溶液的组成NaHCO3——Na2CO3NH3·H2O——NH4ClH3PO4——Na3PO4非缓冲溶液Na2HPO4——Na3PO4H3PO4——NaH2PO42.弱酸弱碱3.足够总浓度(c总在0.05—0.2mol/L范围内)4.浓度相差不能太大10][][101共轭酸共轭碱判断下列溶液是否为缓冲溶液?1.0.1mol/LHAc+0.1mol/LNaAc2.0.1mol/LHAc+0.1mol/LNaOH3.0.1mol/LHAc+0.05mol/LNaOH是否是4.0.05mol/LHAc+0.1mol/LNaOH否5.0.0010mol/LHAc+0.001mol/LNaAc6.0.0125mol/LHAc+0.1875mol/LNaAc否否一般采用如下方法组成缓冲液:弱酸（碱）（过量）+强碱（酸）例如：HAc（过量）+NaOHNH3·H2O（过量）+HCl思考题：对H3PO4+NaOH分六种情况讨论组成缓冲对的情况；NaH2PO4+H2ONaOH+H3PO41n:n)1(43POHNaOH1n:n)2(43POHNaOHNaH2PO4NaH2PO4～H3PO42n:n1)3(43POHNaOHNa2HPO4～NaH2PO42n:n)4(43POHNaOHNa2HPO42NaOH+H3PO4Na2HPO4+2H2O3NaOH+2H3PO4NaH2PO4+Na2HPO4+3H2O3n:n2)5(43POHNaOH3n:n)6(43POHNaOHNa2HPO4～Na3PO4Na3PO43NaOH+H3PO4Na3PO4+3H2O5NaOH+2H3PO4Na2HPO4+Na3PO4+5H2O二.缓冲机制（机理）HAc+H2OH3O++Ac-NaAcNa++Ac-+H+HAc平衡左移H+没有明显升高Ac-消耗了一些HAc增加了一些Ac-抗酸成分HAc+H2OH3O++Ac-NaAcNa++Ac-+OH-2H2O平衡右移补充消耗的H3O+[H+]没有明显降低HAc抗碱成分§4-2缓冲溶液的pH值一.缓冲溶液pH的计算公式同离子效应缓冲对HB—NaB解释：缓冲溶液稍加稀释而pH保持不变HBBaCClgpKpH][][lgpKpHa共轭酸共轭碱VnVnlgpKpHHBBaHBBannlgpKpHNaBHBCC若HBHBBBaVCVClgpKpHHBBaVVlgpKpH注：1.公式推导时[B-]及[HB]是指平衡浓度;HAc+H2OAc-+H3O+cHAccAc-开始cHAccHAccAc-cHAc平衡-α+α≈cHAc≈cAc-近似处理使计算pH值与实际pH值有偏差2.对多元酸酸式盐及其次级盐的缓冲系要注意公式的内容;例如:H3PO4—NaH2PO4NaH2PO4—Na2HPO4Na2HPO4—Na3PO4][][lg43421POHPOHpKpHa][][lg42242POHHPOpKpHa][][lg24343HPOPOpKpHa3.注意pKa的含义;例如:NH3—NH4Cl]NH[]NH[lgpKpH43)NH(a4例1.将100ml0.50mol/LNH3.H2O与60ml0.50mol/LHCl混合（1）求此溶液pH值。（2）加入0.1克NaOH，求pH值。（3）加入1.5ml1mol/LHCl，求pH值。解：（1）50mmol30mmolNH3·H2O+HClNH4Cl+H2O反应初反应终30mmol20mmol][][lg43NHNHpKpHa3020lgapKpH07.918.025.9pHpH（2）mmolmol5.20025.0401.0mmolnmmolnNHNH5.225.2205.275.2303416.95.275.22lg25.9pHmmolHCl5.1加入mmolnmmolnNHNH5.185.1205.315.1303416.95.315.18lg25.9pH（3）例2.取0.1mol/L某一元弱酸50ml与20ml0.1mol/LKOH混合，将此溶液稀释至100ml，测得该溶液pH为5.30，求一元弱酸的Ka。解：KOH+HBKB+H2OmmolnmmolnHBKB32526103.348.518.030.532lgaaaaKpKpKpKpH1:)1(43POHNaOHnn4342lgPOHPOHpKpHa1:)2(43POHNaOHnn)(2121aapKpKpH例3.H3PO4+NaOH分六种情况讨论各自pH值的计算公式。NaH2PO4～H3PO4NaH2PO42:1)3(43POHNaOHnn4224lgPOHHPOpKpHa2:)4(43POHNaOHnn)(2132aapKpKpHNa2HPO4～NaH2PO4Na2HPO43:2)5(43POHNaOHnn2434lgHPOPOpKpHa3:)6(43POHNaOHnn31awbKKcKcpHNa2HPO4～Na3PO4Na3PO41mmolNaOH0.1mol/LHAc0.1mol/LNaAc1mmolNaOH0.01mol/LHAc0.01mol/LNaAc01.076.410111.010111.0lg75.423321pHpHpKpHpKpHaa09.084.4101101.0101101.0lg75.423321pHpHpKpHpKpHaa§4-3缓冲容量和缓冲范围一.缓冲容量1mmolNaOH0.1mol/LHAc0.1mol/LNaAc0.1mmolNaOH0.1mol/LHAc0.1mol/LNaAc01.076.410111.010111.0lg75.423321pHpHpKpHpKpHaa01.076.4101.0101.0101.0101.0lg75.423321pHpHpKpHpKpHaa缓冲容量β是用来衡量缓冲溶液缓冲能力的一个物理量，它与缓冲溶液加入的强酸强碱的物质的量成正比，与缓冲溶液的pH改变量成反比。1.定义使单位体积缓冲溶液的pH改变1个单位时,所需加入的强酸、强碱的物质的量。单位：mol/L·pH或mmol/L·pHβ=Hdp.Vdn)b(a2.影响缓冲容量的因素β=Hdp.Vdn)b(aa=[HB]b=[B-]a+b=[HB]+[B-]ab=]HB[]B[β=2.303×baabβ=2.303×2baabC总β=2.303×总CBHB⑴当b/a一定时，C总越大,β也越大;β=2.303×baa×bab×C总β=2.303×2baabC总⑵当C总一定时，缓冲比越趋于1，β越趋于极大值；β=2.303×2baabC总ab1ab即极大（3）曲线（1）、（6）无极大值二.缓冲范围缓冲比1/10～10pH值pKa-1～pKa+1例.下列各缓冲溶液，缓冲容量最大的是A.500ml中含有0.15molHAc和0.05molNaAcB.500ml中含有0.05molHAc和0.15molNaAcC.500ml中含有0.1molHAc和0.1molNaAcD.1000ml中含有0.15molHAc和0.05molNaAcE.1000ml中含有0.1molHAc和0.1molNaAc答案：C§4-4缓冲溶液的配制一.缓冲溶液配制方法实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步:1.选择缓冲对无毒，稳定，不反应范围内在接近，并且与1pKpHpHpKaa例:欲配pH=4.5缓冲溶液,可选择)20.7pK(HPONaPONaH.D)75.3pK(HCOONaHCOOH.C)76.4pK(NaAcHAc.B)75.4pK(ClNHNH.A2a4242)HCOOH(a)HAc(a)NH(b433(B))NH(b)NH(a34pK14pK2.确定总浓度0.05～0.2mol/L太低，缓冲容量太小适用太高，离子强度大，不3.计算缓冲比酸碱cclgpKpHa4.校正P58例4-5例题(1)选择缓冲系pH=5.00HAc的pKa=4.75选HAc—NaAc缓冲系(2)确定总浓度NaBHBCCHBBaVVlgpKpH设取Vml0.1mol/L的NaAc则HAc为(100-V)ml根据HBBaVVlgpKpHml64V74.1V100VV100Vlg75.4pH将64ml0.10mol/LNaAc与36ml0.1mol/LHAc混合就可配pH=5.00的缓冲溶液例2.如要配置pH=5.10缓冲液100ml需在6mol/LHAc10ml中加入2mol/LNaOH多少ml？HAc+NaOHNaAc+H2O6060-2x2x2x初始平衡HAcAcpKpHalgmlxxx7.202602lg75.410.5例3.在浓度为0.05mol/L的Tris(三—羟甲基—甲氨)溶液50ml中,加入浓度为0.05mol/L的HCl溶液多少毫升,用水稀释到100ml后溶液的pH值为7.40?(已知Tris·HCl的pKa=8.17)TrisTris·HClCCH2OHNH2CH2OHHOH2CCCH2OHNH2CH2OHHOH2C.HCl解:设需加入HCl溶液xmlTris+HClTris.HCl初始平衡0.05x50-x0.052.50.05xHBBannlgpKpH7.4250lg17.8xxxpHP60表4-5表4-6HClTrisTris甲胺—（羟甲基）—三医学上广泛使用缓冲溶液配方表CCH2OHNH2CH2OHHOH2C二.标准缓冲溶液表4-7中所列物质，为什么可单独配置缓冲溶液？1.硼砂（Na2B4O7·10H2O）B4O72-+H2O2HBO2+2BO2-（共轭碱）（弱酸）缓冲溶液22NaBOHBO2.酒石酸氢钾（KHX）（1）HX-～H2XpKa1=2.98（2）X2-～HX-pKa2=4.30KHXpH=1/2（pKa1+pKa2）=3.64思考题：NaH2PO4能否单独配缓冲溶液？§4-5血液中的缓冲系1.血浆中的缓冲系⑴H2CO3～HCO3-(或CO2(溶解)～HCO3-)2.血浆中正常pH的计算CO2(溶解)+H2OK1H2CO3K2H++HCO3-溶解）(2321a]CO[]HCO[]H[KKK溶解）(2321a]CO[]HCO[]H[KKK]HCO[K]CO[]H[3a(2溶解）]HCO[]CO[lg'pKpH3(2a溶解）120]CO[]HCO[(23溶解）40.720lg10.6pH3.血液pH维持7.35～7.45原因H++HCO3-H2CO3）呼吸性酸中毒（肾衰等）代谢性酸中毒（肺癌等酸中毒碱中