无机化学-05-3缓冲溶液

Logo南京医科大学药学院许贯虹缓冲溶液Logo＝pKa+lg][][共轭酸共轭碱推论123β（1）定义（2）β极大值（3）影响因素：总浓度、缓冲比缓冲范围配制原则标准缓冲液医学应用Logo=5.00Logo滴加少量强酸、强碱后pH变化很大滴加1ml1mol·L-1HCl滴加1ml1mol·L-1NaOHLogo=5.00Logo滴加少量强酸、强碱pH几乎不变滴加1ml1mol·L-1HCl滴加1ml1mol·L-1NaOHLogo=5.00滴加1ml1mol·L-1HClpH=2.00滴加1ml1mol·L-1NaOHpH=12.00100mLHAc~NaAcpH=5.00滴加1ml1mol·L-1HClpH=5.02滴加1ml1mol·L-1NaOHpH=4.98Logo南京医科大学药学院许贯虹一、缓冲溶液组成和作用机理8能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持其pH基本不变的溶液，称为缓冲溶液（buffersolution）。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用，称为缓冲作用（bufferaction）。pH2的强酸溶液以及pH12的强碱溶液也具有缓冲作用Logo南京医科大学药学院许贯虹(一）缓冲溶液的组成91.弱酸及其共轭碱组成的缓冲液HAc–Ac-,HCN–CN-,H2CO3–HCO3-2.弱碱及其共轭酸组成的缓冲液NH3–NH4+,CH3NH2–CH3NH3+…3.酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液H2PO4-–HPO42-,HCO3-–CO32-…甲胺-甲胺盐酸盐缓冲溶液是由足够浓度的共轭酸碱对两种物质组成的组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系(buffersystem)或缓冲对(bufferpair)。Logo南京医科大学药学院许贯虹（二）缓冲溶液的机理10HAc+H2OH3O+Ac-+NaAcNa＋＋Ac-抗酸成分：缓冲对中的共轭碱抗碱成分：缓冲对中的共轭酸强酸、强碱的缓冲机理不一样Logo南京医科大学药学院许贯虹二、缓冲溶液的计算11HB+H2OH3O+B-+NaBNa＋＋B-]B[]HB[]OH[a3K][][lgp]HB[]B[lgppHaa共轭酸共轭碱KKHenderson-Hasselbalch方程式缓冲比Logo]HB[]B[lgppHaK)HB()(Blgp]HB[]B[lgppH-aaccKK)HB()(Blgp]HB[]B[lgppH-aannKK)HB()(Blgp]HB[]B[lgppH-aaVVKK若用同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液，可用下列公式Logo缓冲溶液的pH取决于缓冲系中弱酸的pKa，温度对其有影响同一缓冲系的缓冲溶液，pH随缓冲比的改变而改变缓冲溶液在稍加稀释时，pH基本不变。只有当稀释到一定程度（溶液电离度和离子强度发生较大变化），溶液pH会发生变化缓冲比等于1时，pH＝pKa]HB[]B[lgppHaKLogo·L-1NH350mL和0.20mol·L-1NH4Cl30mL混合溶液的pH。K(NH3)=1.79×10-510bWa1058.5KKK)NH()(NHlgp]NH[]NH[lgppH43a43annKKpH＝9.17Logo“将NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶液中的[OH-]减少到原来的1/2”，对吗？答：错！Logo判断正误：0.1mol·L-1HAc与0.1mol·L-1NaAc等体积混合配制的缓冲溶液pH=4.75，是酸性溶液，所以只能抗碱不能抗酸。Logo南京医科大学药学院许贯虹（三）缓冲容量和缓冲范围17缓冲容量是衡量缓冲溶液的缓冲能力的物理量。定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变1（即pH=1）时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量。pHΔΔVnβ（某一范围内的平均缓冲容量）（缓冲溶液的瞬时缓冲容量）dpHd)b(aVnLogodn和V一定，|dpH|愈小，β愈大，缓冲能力越强|dpH|和V一定，dn愈大，β愈大，缓冲能力越强恒大于零，单位：mol·L-1·pH-1缓冲容量随缓冲溶液pH值的改变而改变缓冲容量随缓冲溶液缓冲比的改变而改变Logo[HB][B-]总cVn/]B][HB[303.2dpHd)b(ac总＝[HB]+[B-]β极大＝2.303×(c总/2)(c总/2)/c总＝0.576c总Logo南京医科大学药学院许贯虹推导过程（了解）20的微小变化或必将引起，，一元强酸或强碱加入]B[][HBdpH)(dpHdVndVnβ)1(d[HB]dpH1dpHd[HB]dpHd[HB]β]HBlg[])HB[lg(p]HB[]HB[lgp]HB[]B[lgppHaaa总总－cKcKKLogo]HB[]B[303.2]HB[]B[303.2])HB[]B([)]HB[1]B[1(303.21]HB[303.21])HB[(303.21]HB[]HBlg[]HB[])HB[lg(dd[HB]dpH总总总ccdddc总－cβ]B[]HB[303.2d[HB]dpH1Logo(1)0.05mol·L-1HCl(4)0.05mol·L-1KH2PO4+NaOH(2)0.1mol·L-1HAc+NaOH(5)0.05mol·L-1H3BO3+NaOH(3)0.2mol·L-1HAc+NaOH(6)0.02mol·L-1NaOH4.75Logo缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量越大2.总浓度一定时，缓冲比为1:1时，缓冲容量极大1.强酸、强碱溶液，浓度越大，缓冲容量越大4.不同的缓冲系，c总相同，β极大相同Logo下列溶液β最大的是：A.1L中含0.06molHAc与0.03molNaAcB.1L中含0.05molHAc与0.04molNaAcC.1L中含0.02molHAc与0.07molNaAcD.1L中含0.01molHAc与0.08molNaAcc总都为0.09mol·L-1，再看缓冲比，哪个接近1:1，所以选BLogo判断正误：0.1mol·L-1HAc与0.1mol·L-1NaOH等体积混合后，该溶液缓冲容量最大。Logo同一缓冲系，总浓度一定时，缓冲比越远离1，缓冲容量越小。当缓冲比大于10:1或小于1:10时，可认为缓冲溶液已基本失去缓冲能力。缓冲范围：pH＝pKa±1Logo南京医科大学药学院许贯虹四、缓冲溶液的配制271.选择合适的缓冲系pH在pKa±1范围内pH接近pKa2.生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜0.05～0.2(or0.5)mol·L－13.计算所需缓冲系各物质的量4.校正Logo已知:H3PO4的各级酸常数是pKa1=2.12,pKa2=7.21,pKa3=12.67。问：欲配制pH=7.40的缓冲溶液，应选择什么作缓冲对？而Ka2是H2PO4-的酸常数，∴H2PO4-作共轭酸，则共轭碱就是HPO42-解:∵pKa2=7.21最接近7.40∴应该选择H2PO4-–HPO42-作缓冲系Logo已知:pKa(HAc)=4.75,pKb(NH3)=4.75,pKa(H2PO4-)=7.21若配制pH=9的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？A.HAc-NaAcB.NH3-NH4ClC.NaH2PO4-Na2HPO4B最好pKNH4+=14.00－4.75=9.25Logo配制缓冲溶液既可以用共轭酸、碱对混合，一般常用在一种弱酸中加入NaOH或一种强碱中加入HCl的方法进行配制。在1L0.1mol·L-1的HAc中加入少量固体NaOH来配制某缓冲溶液，假设溶液体积不变，问溶液总浓度为多少？是不是NaOH加得越多，总浓度越大？Logo例题：柠檬酸（H3Cit）及盐是一种多质子酸缓冲体系，常用于培养基中。如在0.200mol·L-1柠檬酸500ml中，需加入0.400mol·L-1的NaOH溶液多少ml，才能配成pH＝5.00的缓冲溶液？（已知H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40）选择缓冲系为：H2Cit－-HCit2－溶液中n(H3Cit)=0.200×0.500=0.100mol=n(H2Cit－)+n(HCit2－))HCit(1.0)HCit(lg76.400.5)CitH()HCit(lgppH22222nnnnKaLogo)CitH(mol0635.0)HCit(2-2nn耗用n(NaOH)＝1×0.0365+2×0.0635＝0.1635moln(NaOH)=c(NaOH)×V(NaOH)V(NaOH)=0.1635/0.400=0.4088L=408.8mLLogo溶液浓度(molL-1)pH(25℃)pH(30℃)pH(35℃)酒石酸氢钾(KHC4H4O6)饱和3.563.553.55邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)0.054.014.014.02磷酸盐(KH2PO4～Na2HPO4)0.025~0.0256.866.856.84硼砂(Na2B4O7·10H2O)0.019.189.149.10Logo(18.8%)HC4H4O6-(69.8%)HC4H4O6-(69.8%)C4H4O62-(11.4%)pKa1=2.98，缓冲范围为1.98～3.98pKa2=4.30，缓冲范围为3.30～5.30体系中有足够浓度的抗酸、抗碱成分，且两个缓冲范围有重合，增强缓冲能力。Logo缓冲溶液缓冲对酒石酸