医学基础化学—缓冲溶液
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、缓冲溶液pH的计算
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
1、缓冲溶液pH 值的计算公式 （亨德森- 哈塞尔巴赫方程式）
（Henderson Hasselbalch equation）
HA (aq)
H+ (aq) + A- (aq)
[H+][A-] K a = -------------[HA] [H+] [HA] = Ka -------[A-]
稀释时可改变溶液的离子强度和弱酸的电离度，缓冲比随之改变，
必然引起pH值的改变。若稀释后的体积改变不大时，pH值的改变 是很小的。（When buffer solution is diluted, the buffer ratio is not changed,
so pH of buffer solution is not changed）
第三章 缓冲溶液
Chapter Three
Buffer Solution
2019/2/3
第三章 缓冲溶液（Buffer Solution）
主要内容
缓冲溶液的概念和缓冲作用原理 缓冲溶液的pH值 缓冲容量
缓冲溶液配制
缓冲溶液在医学上的应用
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
【内容提要】
*
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
• 对于具体的缓冲系： （1）HAc – NaAc缓冲系 [H+]
[HA] [共轭酸] = Ka -------= Ka -------[A ] [共轭碱]
（2） NH 4Cl – NH 3缓冲系 [NH 3] [共轭碱] [OH ] = Kb --------+ = Kb -------[NH 4 ] [共轭酸]
一、缓冲溶液的缓冲作用和组成
二、缓冲类型
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
实验1：25 oC 时，纯水的pH=7.00,
在1L纯水溶液中加入0.01 mol的强酸(HCl) 或0.01mol强碱(NaOH)，溶液的pH发生了显著 变化，改变了5个pH单位。
结论： 纯水易受外加少量强酸或强碱的影响， pH发生显著变化。*
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
由上面公式可知:
(1) 缓冲溶液的 pH 值取决于共轭酸的 Ka 和缓冲溶液的缓冲比值（ buffer ratio， r a ）即[共轭酸] / [共轭碱] 。
（The pH of a buffer solution depends on the Ka of conjugate acid and the
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
1、缓冲溶液的概念（Concept
of Buffer Solution)
能抵抗少量强酸、强碱和水的稀释而保持体 系的PH值基本不变的溶液称缓冲溶液（Buffer Solution）。 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用 叫做缓冲作用（ Buffer action ）.
HAc-NaAc, H2CO3-NaHCO3
its conjugate base (salt)]
Z=0, A0-B-
（ 2）弱减及其它的共轭酸（盐）组成的缓冲系 [Weak base and
NH3· H2O-NH4Cl， ph-+ NH3 -- ph–NH2
acid salt and its conjugate]
ratio of conjugate acid and conjugate base. The ratio is called buffer ratio）
（2）同一缓冲系，当温度和 Ka 一定时，其pH值取决于缓冲比。只要改变 缓冲比，可在一定范围内配制不同pH值的缓冲溶液。
（ For certain buffer solution, at a given temperature, Ka is a constant. pH depends on the buffer ratio. We can design different buffer solutions by changing the buffer ratio）
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
若缓冲溶液的体积以V 表示，若以n A 、n B 分别表示的 溶液中所含共轭酸和共轭碱的物质的量， 则 n（B） n（B） c（A） = -------- c（HA） = -------V V 则： n（B） pH = p K a + log --------n（A）
Z=+1, A+-B0
（ 3）多元酸的酸式盐及其它的次级盐组成的缓冲系 [Polyprotic NaHCO3- Na2CO3 ； NaH2PO4-Na2HPO4Z=-1, A--B2
2019/2/3
第二节 缓冲溶液的pH (The pH of Buffer Solution)
【内容提要】
一、缓冲溶液pH的计算公式
纯水不具有抵抗外加少量强酸或强碱而使 溶液的pH保持基本不变的能力。*
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
实验2： 在 1 L 含 HAc 和 NaAc 均 为 0 . 1 mol· L-1 溶 液 中 加 入 0.01mol的强酸 (HCl)，溶液的 pH由4.75下降到 4.66， 仅改变了0.09个pH单位； 若改加入 0.01mol 强碱 (NaOH)，溶液的 pH 由 4.75 上升到4.84，也仅改变了0.09个pH单位； 此混合溶液 pH 改变很小。如用水稍加稀释时，亦 有类似现象，即HAc-NaAc溶液pH保持基本不变。 结论： HAc-NaAc混合溶液具有抵抗外加少量强酸、强碱 或稍加稀释而保持溶液的pH基本不变的能力。
[base] pH = p K a + log --------[acid]
这就是亨德森- 哈塞尔巴赫方程式
（Henderson-Hasselbalch equation）
2019/2/3
缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
HA的浓度为c(HA) (或称起始浓度,配制浓度)， NaA的浓度为c(NaA)；HA解离部分的浓度为c'(HA) 。 则： [HA]平 = c(HA) - c'(HA) [A-]平 = c(NaA)+ c'(HA) [HA]平≈c(HA) ，[A-]平≈c(NaA) ＝c(A-) 又可表示为： [A] pH = p K a + log --------[HA] c(A) pH ≈ p K a + log --------c(HA) c（共轭碱） pH ≈ p K a + log ------------c（共轭酸）
[HA] -log [H+] = -log Ka - log------[A-]
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
[HA] [A-] pH = p K a - log -------- = p K a + log-------[A-] [HA]
对（buffer pair）。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
3、缓冲系类型 （Composition and Type of buffer solution）
（1）弱酸及其它的共轭碱（盐）组成的缓冲系 [ Weak acid and its
conjugate base (salt)]
值。pKa H Ac= 4.75
[A- = 4.75 + log-----[HA] 1.0 = 4.75
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH值The pH of Buffer Solution
[例4-2] 计算0.10mol· L-1 NH3 20ml和0.20 mol· L-1 NH4Cl 15ml 混合溶液的pH值。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
（3）稀释（Dilution）
当缓冲溶液稀释时， H3O+离子的浓度改变不大， 其原因是稀释了共轭酸和共轭碱相同的倍数。
3、缓冲系类型
（Composition and Type of buffer solution）
对于其它类型的缓冲溶液与HAc – NaAc 所组成的缓冲
平衡：
A
例：
+ H2 O
B
+ H+
little
large
HAc
H+ + Ac-
NaAc = Na+ + Ac-
large
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
（1）加入少量强酸（Adding a small amount of acid） 当向混合溶液中加入强酸时，溶液中的H3O+浓 度增加，但Ac-能接受H3O+ 的质子，转变成HAc ， 使平衡向左移动。由于加入的强酸量比较少，大 量的Ac- 仅少部分与H3O+ 反应，达到新的平衡时， Ac- 的离子略有降低，HAc 分子的浓度略有升 高，而 H+ 浓度几乎没有升高，所以溶液的pH 值基本保持不变。 Ac-叫做抗酸成分。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
较浓的强酸、强碱也具有缓冲作用*，但 实际上很少作为缓冲溶液使用。 通常我们所说的缓冲溶液，一般是由足 够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理 2、缓冲作用原理
缓冲物质是由一种共轭酸（质子给予体）和相应的共轭碱 （质子接受体）组成的混合物，在溶液中存在着如下的质子转移
（3）当缓冲比等于1，即[共轭酸] = [共轭碱] 时，缓冲溶液的pH值等于组成 缓冲溶液的弱酸的pka 。
（ When buffer ratio =1 , [A-] = [HA], pH = pKa ）
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
（4）加入少量水稀释，若只考虑体积变化，缓冲比不变。实际上溶液
（5） p K a = -log K a
H2PO4- - HPO42NH4+ - NH3
pk a pk HPO
2 4
pk a pk NH
4
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
若缓冲溶液中弱酸及其共轭碱的浓度相同， c(A)=c(B)时，可改写为： c（B）V（B） pH = p K a + log -----------------c（A）V（A） V（B） pH = p K a + log --------V（A）
nB pH = p K a + log ----nA
亨德森- 哈塞尔巴赫方程式（Henderson-Hasselbalch equation）
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH值The pH of Buffer Solution 2、缓冲溶液的pH值计算
[例4-1] 计算1.0mol/L HAc和1.0mol/LNaAc缓冲系的pH
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
（2）加入少量强碱（Adding a small amount of base）
当向混合溶液中加入强碱时，溶液中的OH-浓 度增加， OH-与H3O+ 反应生成H2O，从而使H3O+减 少 ，使平衡向右移动，促使HAc离解生成H3O+ 。与 OH- 反应所消耗的H3O+ 由 HAc离解生成H3O+ 来补充， 达到新的平衡时，HAc 的浓度略有降低， Ac- 离 子的浓度略有升高，而 H3O+ 浓度几乎没有降低， 所以溶液的pH 值基本保持不变。 HAc 叫做抗碱成 分。
溶液类似。由一种共轭酸和相应的共轭碱组成的缓冲溶液，
在溶液中都存在着如下的质子转移平衡： A + H2 O B + HO3+
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
抗酸时，消耗共轭碱，平衡向左移动，同时产生共 轭酸；抗碱时，消耗共轭酸，平衡向右移动，同时产 生共轭碱。因此，溶液的pH 值保持基本不变。像这种 弱酸及其共轭碱组成的混合液，只要具有足够的浓度 ，就具有缓冲作用。A 称为抗碱成分， B 称为抗酸成 分，这两种成分合称缓冲系（buffer system）或缓冲
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
1、缓冲溶液pH 值的计算公式 （亨德森- 哈塞尔巴赫方程式）
（Henderson Hasselbalch equation）
HA (aq)
H+ (aq) + A- (aq)
[H+][A-] K a = -------------[HA] [H+] [HA] = Ka -------[A-]
稀释时可改变溶液的离子强度和弱酸的电离度，缓冲比随之改变，
必然引起pH值的改变。若稀释后的体积改变不大时，pH值的改变 是很小的。（When buffer solution is diluted, the buffer ratio is not changed,
so pH of buffer solution is not changed）
第三章 缓冲溶液
Chapter Three
Buffer Solution
2019/2/3
第三章 缓冲溶液（Buffer Solution）
主要内容
缓冲溶液的概念和缓冲作用原理 缓冲溶液的pH值 缓冲容量
缓冲溶液配制
缓冲溶液在医学上的应用
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
【内容提要】
*
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
• 对于具体的缓冲系： （1）HAc – NaAc缓冲系 [H+]
[HA] [共轭酸] = Ka -------= Ka -------[A ] [共轭碱]
（2） NH 4Cl – NH 3缓冲系 [NH 3] [共轭碱] [OH ] = Kb --------+ = Kb -------[NH 4 ] [共轭酸]
一、缓冲溶液的缓冲作用和组成
二、缓冲类型
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
实验1：25 oC 时，纯水的pH=7.00,
在1L纯水溶液中加入0.01 mol的强酸(HCl) 或0.01mol强碱(NaOH)，溶液的pH发生了显著 变化，改变了5个pH单位。
结论： 纯水易受外加少量强酸或强碱的影响， pH发生显著变化。*
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
由上面公式可知:
(1) 缓冲溶液的 pH 值取决于共轭酸的 Ka 和缓冲溶液的缓冲比值（ buffer ratio， r a ）即[共轭酸] / [共轭碱] 。
（The pH of a buffer solution depends on the Ka of conjugate acid and the
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
1、缓冲溶液的概念（Concept
of Buffer Solution)
能抵抗少量强酸、强碱和水的稀释而保持体 系的PH值基本不变的溶液称缓冲溶液（Buffer Solution）。 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用 叫做缓冲作用（ Buffer action ）.
HAc-NaAc, H2CO3-NaHCO3
its conjugate base (salt)]
Z=0, A0-B-
（ 2）弱减及其它的共轭酸（盐）组成的缓冲系 [Weak base and
NH3· H2O-NH4Cl， ph-+ NH3 -- ph–NH2
acid salt and its conjugate]
ratio of conjugate acid and conjugate base. The ratio is called buffer ratio）
（2）同一缓冲系，当温度和 Ka 一定时，其pH值取决于缓冲比。只要改变 缓冲比，可在一定范围内配制不同pH值的缓冲溶液。
（ For certain buffer solution, at a given temperature, Ka is a constant. pH depends on the buffer ratio. We can design different buffer solutions by changing the buffer ratio）
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
若缓冲溶液的体积以V 表示，若以n A 、n B 分别表示的 溶液中所含共轭酸和共轭碱的物质的量， 则 n（B） n（B） c（A） = -------- c（HA） = -------V V 则： n（B） pH = p K a + log --------n（A）
Z=+1, A+-B0
（ 3）多元酸的酸式盐及其它的次级盐组成的缓冲系 [Polyprotic NaHCO3- Na2CO3 ； NaH2PO4-Na2HPO4Z=-1, A--B2
2019/2/3
第二节 缓冲溶液的pH (The pH of Buffer Solution)
【内容提要】
一、缓冲溶液pH的计算公式
纯水不具有抵抗外加少量强酸或强碱而使 溶液的pH保持基本不变的能力。*
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
实验2： 在 1 L 含 HAc 和 NaAc 均 为 0 . 1 mol· L-1 溶 液 中 加 入 0.01mol的强酸 (HCl)，溶液的 pH由4.75下降到 4.66， 仅改变了0.09个pH单位； 若改加入 0.01mol 强碱 (NaOH)，溶液的 pH 由 4.75 上升到4.84，也仅改变了0.09个pH单位； 此混合溶液 pH 改变很小。如用水稍加稀释时，亦 有类似现象，即HAc-NaAc溶液pH保持基本不变。 结论： HAc-NaAc混合溶液具有抵抗外加少量强酸、强碱 或稍加稀释而保持溶液的pH基本不变的能力。
[base] pH = p K a + log --------[acid]
这就是亨德森- 哈塞尔巴赫方程式
（Henderson-Hasselbalch equation）
2019/2/3
缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
HA的浓度为c(HA) (或称起始浓度,配制浓度)， NaA的浓度为c(NaA)；HA解离部分的浓度为c'(HA) 。 则： [HA]平 = c(HA) - c'(HA) [A-]平 = c(NaA)+ c'(HA) [HA]平≈c(HA) ，[A-]平≈c(NaA) ＝c(A-) 又可表示为： [A] pH = p K a + log --------[HA] c(A) pH ≈ p K a + log --------c(HA) c（共轭碱） pH ≈ p K a + log ------------c（共轭酸）
[HA] -log [H+] = -log Ka - log------[A-]
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
[HA] [A-] pH = p K a - log -------- = p K a + log-------[A-] [HA]
对（buffer pair）。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
3、缓冲系类型 （Composition and Type of buffer solution）
（1）弱酸及其它的共轭碱（盐）组成的缓冲系 [ Weak acid and its
conjugate base (salt)]
值。pKa H Ac= 4.75
[A- = 4.75 + log-----[HA] 1.0 = 4.75
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH值The pH of Buffer Solution
[例4-2] 计算0.10mol· L-1 NH3 20ml和0.20 mol· L-1 NH4Cl 15ml 混合溶液的pH值。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
（3）稀释（Dilution）
当缓冲溶液稀释时， H3O+离子的浓度改变不大， 其原因是稀释了共轭酸和共轭碱相同的倍数。
3、缓冲系类型
（Composition and Type of buffer solution）
对于其它类型的缓冲溶液与HAc – NaAc 所组成的缓冲
平衡：
A
例：
+ H2 O
B
+ H+
little
large
HAc
H+ + Ac-
NaAc = Na+ + Ac-
large
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
（1）加入少量强酸（Adding a small amount of acid） 当向混合溶液中加入强酸时，溶液中的H3O+浓 度增加，但Ac-能接受H3O+ 的质子，转变成HAc ， 使平衡向左移动。由于加入的强酸量比较少，大 量的Ac- 仅少部分与H3O+ 反应，达到新的平衡时， Ac- 的离子略有降低，HAc 分子的浓度略有升 高，而 H+ 浓度几乎没有升高，所以溶液的pH 值基本保持不变。 Ac-叫做抗酸成分。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
较浓的强酸、强碱也具有缓冲作用*，但 实际上很少作为缓冲溶液使用。 通常我们所说的缓冲溶液，一般是由足 够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理 2、缓冲作用原理
缓冲物质是由一种共轭酸（质子给予体）和相应的共轭碱 （质子接受体）组成的混合物，在溶液中存在着如下的质子转移
（3）当缓冲比等于1，即[共轭酸] = [共轭碱] 时，缓冲溶液的pH值等于组成 缓冲溶液的弱酸的pka 。
（ When buffer ratio =1 , [A-] = [HA], pH = pKa ）
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
（4）加入少量水稀释，若只考虑体积变化，缓冲比不变。实际上溶液
（5） p K a = -log K a
H2PO4- - HPO42NH4+ - NH3
pk a pk HPO
2 4
pk a pk NH
4
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
若缓冲溶液中弱酸及其共轭碱的浓度相同， c(A)=c(B)时，可改写为： c（B）V（B） pH = p K a + log -----------------c（A）V（A） V（B） pH = p K a + log --------V（A）
nB pH = p K a + log ----nA
亨德森- 哈塞尔巴赫方程式（Henderson-Hasselbalch equation）
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH值The pH of Buffer Solution 2、缓冲溶液的pH值计算
[例4-1] 计算1.0mol/L HAc和1.0mol/LNaAc缓冲系的pH
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
（2）加入少量强碱（Adding a small amount of base）
当向混合溶液中加入强碱时，溶液中的OH-浓 度增加， OH-与H3O+ 反应生成H2O，从而使H3O+减 少 ，使平衡向右移动，促使HAc离解生成H3O+ 。与 OH- 反应所消耗的H3O+ 由 HAc离解生成H3O+ 来补充， 达到新的平衡时，HAc 的浓度略有降低， Ac- 离 子的浓度略有升高，而 H3O+ 浓度几乎没有降低， 所以溶液的pH 值基本保持不变。 HAc 叫做抗碱成 分。
溶液类似。由一种共轭酸和相应的共轭碱组成的缓冲溶液，
在溶液中都存在着如下的质子转移平衡： A + H2 O B + HO3+
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
抗酸时，消耗共轭碱，平衡向左移动，同时产生共 轭酸；抗碱时，消耗共轭酸，平衡向右移动，同时产 生共轭碱。因此，溶液的pH 值保持基本不变。像这种 弱酸及其共轭碱组成的混合液，只要具有足够的浓度 ，就具有缓冲作用。A 称为抗碱成分， B 称为抗酸成 分，这两种成分合称缓冲系（buffer system）或缓冲