医用基础化学课件-第三章--缓冲溶液
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A. HAc-NaAc B. NH3-NH4Cl C. NaH2PO4 -Na2HPO4
B 最好
∵ pKNH4+ =14.00－4.75 = 9. 25
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 0.200 mol·L-1 柠檬酸 500 ml 中，需加入 0.400 mol·L-1 的NaOH溶液多少毫 升，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）
HBO2~NaBO2
第五节 血液中的缓冲系
正常人血浆的pH值约为7.35 ~ 7.45
C O 2 ( g ) C O 2 ( g ) + H 2 OH 2 C O 3 K a 1 ( H 2 C O 3 )H + + H C O 3 -
6.10
pHpKa' 1l
g[HC3O ] [CO 2(a)q]
滴加少量强酸、强碱后pH变化很大
100mL 醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl 滴加1ml 1mol·L-1NaOH 滴加少量强酸、强碱pH几乎不变
实验小结
100 mL HCl pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl pH=2.00
滴加1ml 1mol ·L-1NaOH pH=12.00
100 mL HAc ~ NaAc pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl pH=4.98
滴加1ml 1mol ·L-1NaOH pH=5.02
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
缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或 稍加稀释而保持pH基本不变的溶液
缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵 抗作用
影响缓冲容量的因素
1. 强酸、强碱溶液，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 3. 缓冲比一定时，总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
例题：
下列溶液β最大的是： A. 1L中含0.06molHAc 与0.03molNaAc B. 1L中含0.05molHAc 与0.04molNaAc C. 1L中含0.02molHAc 与0.07molNaAc D. 1L中含0.01molHAc 与0.08molNaAc
(KHC4H4O6)
邻苯二甲酸氢钾
(KHC8H4O4)
磷酸盐
(KH2PO4- Na2HPO4)
硼砂
(Na2B4O7·10H2O)
缓冲 对 H2C4H4O6~ HC4H4O6HC4H4O6- ~ C4H4O62H2C8H4O4~ HC8H4O4HC8H4O4- ~C8H4O42-
H2PO4－~HPO42－
010
pH pKalg[[N N4 3H H ]]pKalgn n((N N4 3H ))H
pH＝9.17
例题
计算：
1. 0.50mol·L-1HAc和0.50mol·L-1 NaAc混合溶液的 pH。
2. 在上述1.0L缓冲溶液中加入0.020mol固体NaOH 后， 溶液的pH。
3. 在上述1.0L缓冲溶液中加入0.020mol HCl后， 溶液的pH。 K(HAc)=1.76×10-5
pKa1=2.98，缓冲范围为1.98～3.98
H C 4 H 4 O 6 H 4 O 6 2 - ( 1 1 . 4 % )
pKa2=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。
缓冲溶液
酒石酸氢钾
在1L 0.1 mol·L-1 的 HAc 中加入少量固 体NaOH，若溶液体积不变，问总浓度为多 少？随着NaOH的不断加入，该缓冲溶液的 总浓度将如何变化？
二、标准缓冲溶液
溶液
酒石酸氢钾
(KHC4H4O6)
邻苯二甲酸氢钾
(KHC8H4O4)
磷酸盐
(KH2PO4- Na2HPO4)
硼砂
(Na2B4O7·10H2O)
1. pH=4.74
2. pH=4.81
3. pH=4.67
例题：
“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！
思考题：
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。
c总都为0 .09mol ·L-1， 再看缓冲比， 哪个接近1:1，所以选 B
思考题：
判断正误： 0.1mol·L-1 HAc 与0.1mol·L-1 NaOH等
体积混合后，该溶液缓冲容量最大。
二、缓冲范围
缓冲比大于10:1或小于1:10，缓冲溶液失去缓冲能力 缓冲范围：
pH＝pKa±1
第四节 缓冲溶液的配制
携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
pH pKalg[[H B]]B pKalgn n((H B -))B
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
[B]
V(B -)
pH pKalg[H]B pKalgV(H)B
结论：
[B]
pHpKa
lg [HB]
➢ 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
缓冲比等于1时，pH＝pKa
➢ 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。
例题
计算0.10mol·L-1NH3 50mL和0.20mol·L-1 NH4Cl 30mL混合溶液的pH。K(NH3)=1.79×10-5
Ka
KW5.581 Kb
第三节 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量
加入微小量的一元强酸 或一元强碱的物质的量
衡量缓冲能力大小的尺度
定义：单位体积缓冲溶液的pH改变1时，所需加 入一元强酸或一元强碱的物质的量
恒大于0 mol·L-1·pH-1
def dna(b)
V dpH
pH的微小改变量
dn和V一定，|dpH|愈小，β愈大，缓冲能力越强
解: 选择缓冲系为：H2Cit－-HCit2－
溶液中 n(H3Cit) = 0.200×0.500 = 0.100mol = n (H2Cit－) + n (HCit2－)
n(HCit2) pHpKa2lgn(H2Cit)
n(H Cit2) 5.004.76lg0.1n(H Cit2)
n(HC2i-t)0.063m5ol n(H2Cit)0.036m5ol
浓度
pH pH pH
(molL-1) (25℃) (30℃) (35℃)
饱和
3.56 3.55 3.55
0.05
4.01 4.01 4.02
0.025 ~ 0.025
6.86
6.85
6.84
0.01
9.18 9.14 9.10
H 2 C 4 H 4 O 6 ( 1 8 . 8 % ) H C 4 H 4 O 6 - ( 6 9 . 8 % )
反应耗去NaOH的物质的量： n(NaOH)＝1×0.0365 + 2×0.0635 ＝0.1635 mol
n(NaOH)=c(NaOH) ×V(NaOH)
V(NaOH) = 0.1635/0.400 = 0.4088 L = 408.8mL
思考题：
缓冲溶液既可以用共轭酸碱对混合配制 而成，也可用在某种弱酸中加入 NaOH 或 在某种弱碱中加入 HCl 配制而成。
|dpH|和V一定，dn愈大，β愈大，缓冲能力越强
缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系
[HB]
[B-]
c总＝[HB]+[B-]
dna(b)
2.303[HB][B]
VdpH
c总
缓冲容量随缓冲溶液[HB]、[B-]及c总的改变而改变
缓冲容量随缓冲溶液pH改变[B而]改变
pHpcK总acl总 g[HB]
极大=2.303
第二节 缓冲溶液的pH
H B + H 2 O
NaB
H 3 O ++ B -
Na＋ ＋ B-
[H3O]
Ka
[HB] [B]
[B]
[共 轭 ] 缓碱 冲比
pH pKalg[H]BpKalg[共 轭 ] 酸
Henderson-Hasselbalch方程式
公式的几种变形
[B]
pHpKa
lg [HB]
pH pKalg[[H B]]B pKalgcc((H B -))B
一、缓冲溶液的配制方法
1. 选择合适的缓冲系 pH在pKa±1范围内 pH接近pKa
2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜 0.05～0.2mol·L－1
3. 计算所需缓冲系各物质的量 4. 校正
例题：
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？
解: ∵ pKa2=7.21最接近7.40
而Ka 2是H2PO4-的酸常数， ∴ H2PO4-作共轭酸，
则共轭碱就是HPO42-
∴应该选择H2PO4-–HPO42-作缓冲系
例题：
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？
一、缓冲溶液的组成
缓冲溶液的组成一般分为三类： 1. 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+ … 甲胺-甲胺盐酸盐
3. 酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液 H2PO4- – HPO42- , HCO3- – CO32- …
22 c总
=0.576c总
影响缓冲容量的因素
4.75
(1) 0.05 mol·L-1 HCl (2) 0.1mol·L-1 HAc+NaOH (3) 0.2mol·L-1 HAc+NaOH
(4) 0.05 mol·L-1KH2PO4+NaOH (5) 0.05 mol·L-1 H3BO3+NaOH (6) 0.02mol·L-1 NaOH
➢ 由肺的呼吸作用和肾的生理功能补偿或调节使血 液中的HCO3－和CO2(aq)的浓度保持相对稳定。
本章小结
缓冲溶液的一些基本概念 缓冲溶液、缓冲比、抗酸成分、抗碱成分
缓冲溶液pH计算 缓冲容量与缓冲溶液总浓度及缓冲比的关系 缓冲溶液的配制
如何选择合适的缓冲系和总浓度 血液中重要的缓冲系
正常人血浆的pH范围、缓冲能力最强的缓 冲系及其缓冲比、人体如何进行调节
医用基础化学课件-第 三章--缓冲溶液
教学要求
➢ 掌握缓冲溶液的组成和缓冲机制 ➢ 熟练进行缓冲溶液pH值的计算 ➢ 熟悉缓冲容量的概念及其影响因素 ➢ 熟悉缓冲溶液的配制 ➢ 熟悉缓冲溶液在医学上的意义
100mL HCl pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl
滴加1ml 1mol·L-1NaOH
缓冲溶液由有足够浓度的一对共轭酸碱对 的两种物质组成
组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系 (buffer system)或缓冲对(buffer pair)。
二、缓冲机制
H A c + H 2 O NaAc
H 3 O ++ A c Na＋ ＋ 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
正常人血浆pH：
0.024L-m 1 ol pH 6.1 0lg0.001L 2-1m 7.4 o0 l
讨论：
➢ 人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是 HCO3-- CO2(aq)
➢ 正常血浆中HCO3-- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为 20:1
➢ HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，称为碱储
B 最好
∵ pKNH4+ =14.00－4.75 = 9. 25
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 0.200 mol·L-1 柠檬酸 500 ml 中，需加入 0.400 mol·L-1 的NaOH溶液多少毫 升，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）
HBO2~NaBO2
第五节 血液中的缓冲系
正常人血浆的pH值约为7.35 ~ 7.45
C O 2 ( g ) C O 2 ( g ) + H 2 OH 2 C O 3 K a 1 ( H 2 C O 3 )H + + H C O 3 -
6.10
pHpKa' 1l
g[HC3O ] [CO 2(a)q]
滴加少量强酸、强碱后pH变化很大
100mL 醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl 滴加1ml 1mol·L-1NaOH 滴加少量强酸、强碱pH几乎不变
实验小结
100 mL HCl pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl pH=2.00
滴加1ml 1mol ·L-1NaOH pH=12.00
100 mL HAc ~ NaAc pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl pH=4.98
滴加1ml 1mol ·L-1NaOH pH=5.02
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
缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或 稍加稀释而保持pH基本不变的溶液
缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵 抗作用
影响缓冲容量的因素
1. 强酸、强碱溶液，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 3. 缓冲比一定时，总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
例题：
下列溶液β最大的是： A. 1L中含0.06molHAc 与0.03molNaAc B. 1L中含0.05molHAc 与0.04molNaAc C. 1L中含0.02molHAc 与0.07molNaAc D. 1L中含0.01molHAc 与0.08molNaAc
(KHC4H4O6)
邻苯二甲酸氢钾
(KHC8H4O4)
磷酸盐
(KH2PO4- Na2HPO4)
硼砂
(Na2B4O7·10H2O)
缓冲 对 H2C4H4O6~ HC4H4O6HC4H4O6- ~ C4H4O62H2C8H4O4~ HC8H4O4HC8H4O4- ~C8H4O42-
H2PO4－~HPO42－
010
pH pKalg[[N N4 3H H ]]pKalgn n((N N4 3H ))H
pH＝9.17
例题
计算：
1. 0.50mol·L-1HAc和0.50mol·L-1 NaAc混合溶液的 pH。
2. 在上述1.0L缓冲溶液中加入0.020mol固体NaOH 后， 溶液的pH。
3. 在上述1.0L缓冲溶液中加入0.020mol HCl后， 溶液的pH。 K(HAc)=1.76×10-5
pKa1=2.98，缓冲范围为1.98～3.98
H C 4 H 4 O 6 H 4 O 6 2 - ( 1 1 . 4 % )
pKa2=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。
缓冲溶液
酒石酸氢钾
在1L 0.1 mol·L-1 的 HAc 中加入少量固 体NaOH，若溶液体积不变，问总浓度为多 少？随着NaOH的不断加入，该缓冲溶液的 总浓度将如何变化？
二、标准缓冲溶液
溶液
酒石酸氢钾
(KHC4H4O6)
邻苯二甲酸氢钾
(KHC8H4O4)
磷酸盐
(KH2PO4- Na2HPO4)
硼砂
(Na2B4O7·10H2O)
1. pH=4.74
2. pH=4.81
3. pH=4.67
例题：
“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！
思考题：
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。
c总都为0 .09mol ·L-1， 再看缓冲比， 哪个接近1:1，所以选 B
思考题：
判断正误： 0.1mol·L-1 HAc 与0.1mol·L-1 NaOH等
体积混合后，该溶液缓冲容量最大。
二、缓冲范围
缓冲比大于10:1或小于1:10，缓冲溶液失去缓冲能力 缓冲范围：
pH＝pKa±1
第四节 缓冲溶液的配制
携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
pH pKalg[[H B]]B pKalgn n((H B -))B
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
[B]
V(B -)
pH pKalg[H]B pKalgV(H)B
结论：
[B]
pHpKa
lg [HB]
➢ 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
缓冲比等于1时，pH＝pKa
➢ 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。
例题
计算0.10mol·L-1NH3 50mL和0.20mol·L-1 NH4Cl 30mL混合溶液的pH。K(NH3)=1.79×10-5
Ka
KW5.581 Kb
第三节 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量
加入微小量的一元强酸 或一元强碱的物质的量
衡量缓冲能力大小的尺度
定义：单位体积缓冲溶液的pH改变1时，所需加 入一元强酸或一元强碱的物质的量
恒大于0 mol·L-1·pH-1
def dna(b)
V dpH
pH的微小改变量
dn和V一定，|dpH|愈小，β愈大，缓冲能力越强
解: 选择缓冲系为：H2Cit－-HCit2－
溶液中 n(H3Cit) = 0.200×0.500 = 0.100mol = n (H2Cit－) + n (HCit2－)
n(HCit2) pHpKa2lgn(H2Cit)
n(H Cit2) 5.004.76lg0.1n(H Cit2)
n(HC2i-t)0.063m5ol n(H2Cit)0.036m5ol
浓度
pH pH pH
(molL-1) (25℃) (30℃) (35℃)
饱和
3.56 3.55 3.55
0.05
4.01 4.01 4.02
0.025 ~ 0.025
6.86
6.85
6.84
0.01
9.18 9.14 9.10
H 2 C 4 H 4 O 6 ( 1 8 . 8 % ) H C 4 H 4 O 6 - ( 6 9 . 8 % )
反应耗去NaOH的物质的量： n(NaOH)＝1×0.0365 + 2×0.0635 ＝0.1635 mol
n(NaOH)=c(NaOH) ×V(NaOH)
V(NaOH) = 0.1635/0.400 = 0.4088 L = 408.8mL
思考题：
缓冲溶液既可以用共轭酸碱对混合配制 而成，也可用在某种弱酸中加入 NaOH 或 在某种弱碱中加入 HCl 配制而成。
|dpH|和V一定，dn愈大，β愈大，缓冲能力越强
缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系
[HB]
[B-]
c总＝[HB]+[B-]
dna(b)
2.303[HB][B]
VdpH
c总
缓冲容量随缓冲溶液[HB]、[B-]及c总的改变而改变
缓冲容量随缓冲溶液pH改变[B而]改变
pHpcK总acl总 g[HB]
极大=2.303
第二节 缓冲溶液的pH
H B + H 2 O
NaB
H 3 O ++ B -
Na＋ ＋ B-
[H3O]
Ka
[HB] [B]
[B]
[共 轭 ] 缓碱 冲比
pH pKalg[H]BpKalg[共 轭 ] 酸
Henderson-Hasselbalch方程式
公式的几种变形
[B]
pHpKa
lg [HB]
pH pKalg[[H B]]B pKalgcc((H B -))B
一、缓冲溶液的配制方法
1. 选择合适的缓冲系 pH在pKa±1范围内 pH接近pKa
2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜 0.05～0.2mol·L－1
3. 计算所需缓冲系各物质的量 4. 校正
例题：
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？
解: ∵ pKa2=7.21最接近7.40
而Ka 2是H2PO4-的酸常数， ∴ H2PO4-作共轭酸，
则共轭碱就是HPO42-
∴应该选择H2PO4-–HPO42-作缓冲系
例题：
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？
一、缓冲溶液的组成
缓冲溶液的组成一般分为三类： 1. 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+ … 甲胺-甲胺盐酸盐
3. 酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液 H2PO4- – HPO42- , HCO3- – CO32- …
22 c总
=0.576c总
影响缓冲容量的因素
4.75
(1) 0.05 mol·L-1 HCl (2) 0.1mol·L-1 HAc+NaOH (3) 0.2mol·L-1 HAc+NaOH
(4) 0.05 mol·L-1KH2PO4+NaOH (5) 0.05 mol·L-1 H3BO3+NaOH (6) 0.02mol·L-1 NaOH
➢ 由肺的呼吸作用和肾的生理功能补偿或调节使血 液中的HCO3－和CO2(aq)的浓度保持相对稳定。
本章小结
缓冲溶液的一些基本概念 缓冲溶液、缓冲比、抗酸成分、抗碱成分
缓冲溶液pH计算 缓冲容量与缓冲溶液总浓度及缓冲比的关系 缓冲溶液的配制
如何选择合适的缓冲系和总浓度 血液中重要的缓冲系
正常人血浆的pH范围、缓冲能力最强的缓 冲系及其缓冲比、人体如何进行调节
医用基础化学课件-第 三章--缓冲溶液
教学要求
➢ 掌握缓冲溶液的组成和缓冲机制 ➢ 熟练进行缓冲溶液pH值的计算 ➢ 熟悉缓冲容量的概念及其影响因素 ➢ 熟悉缓冲溶液的配制 ➢ 熟悉缓冲溶液在医学上的意义
100mL HCl pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl
滴加1ml 1mol·L-1NaOH
缓冲溶液由有足够浓度的一对共轭酸碱对 的两种物质组成
组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系 (buffer system)或缓冲对(buffer pair)。
二、缓冲机制
H A c + H 2 O NaAc
H 3 O ++ A c Na＋ ＋ 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
正常人血浆pH：
0.024L-m 1 ol pH 6.1 0lg0.001L 2-1m 7.4 o0 l
讨论：
➢ 人体内正常血浆中缓冲能力最强的缓冲系是 HCO3-- CO2(aq)
➢ 正常血浆中HCO3-- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为 20:1
➢ HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，称为碱储