第四章 缓冲溶液
合集下载
4第四章 缓冲溶液
Ka
KW Kb
5.581010
pH
pK a
lg
[NH 3 ]
[NH
4
]
pK a
lg
n(NH 3 )
n(NH
4
)
pH＝9.17
Logo
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！
缓冲溶液pH的校正
自学
Logo
Logo
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
Logo
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
（三）缓冲容量和缓冲范围
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。
β Δn V ΔpH
（某一范围内的平均缓冲容量）
dna(b) （缓冲溶液的瞬时缓冲容量）
V dpH
讨论
恒大于零，单位： mol·L-1·pH-1
引言
Logo
生物体液中都有各自相对稳定的PH值。比如， 血液PH=7.35-7.45。超过这个范围，就引起酸 碱中毒。
而生物自身代谢一些酸碱物质，如柠檬酸、乳 酸等，体外也需要引入酸碱物质。
但是体液的PH并不以这些酸碱性物质的摄入而 改变—体液的缓冲作用。
第四章 缓冲溶液.
−
]
×
[
[B− HB] +
] [B
−
]
×（[
HB]
+
[
B
−
]）
36
β＝2.303
1
+
[
B
1 −]
/[
HB]
×
[
[B− ] /[HB] B− ] /[HB] +
1
×
c总
＝2.303
([B− ] /[HB])c总 (1+ [B− ] /[HB])2
=
1] 2.0 ×10−3 − [H
+
]
解方程可得：
[H + ] = 6.7 ×10−4 mol / L
pH = 3.17
29
4.2.2 缓冲溶液pH计算式的校正
pH
=
pK a
+ lg
a[ B− ] a[ HB]
=
pK a
+ lg [B− ]⋅γ (B− ) [HB]⋅γ (HB)
体系中存在大量HAc和Ac－
9
在HAc~NaAc缓冲体系中加入少量强酸时：
HAc + H2O
H3O + + Ac－
平衡移动方向
+
外来H+
平衡移动结果：外来H+被消耗。溶液pH没有明
显降低
抗酸缓冲作用
10
在HAc~NaAc缓冲体系中加入少量强碱时：
HAc + H2O
Ac－ + H3O +
平衡移动结果：外来OH－被消耗。HAc 解离补充了
¾ 缓冲溶液加水稀释时，实际pH值有微小 改变（活度因子改变）。
922902-医用化学-第四章 缓冲溶液
3.有一由HAc-NaAc组成的缓冲溶液，若溶液 中c(HAc)＞c(NaAc)，则该缓冲溶液抵抗外 来酸的能力l的0.0015mol/L的MnSO4溶液中，加入 5ml的0.15mol/L氨水，能否生成Mn(OH)2沉淀？ 如在上述MnSO4溶液中先加入0.535g固体NH4Cl， 然后再加5ml的0.15mol/L氨水，是否还能生成 Mn(OH)2沉淀？
例：欲配制pH = 9.0的缓冲溶液 应选择NH3-NH4Cl体系, pKb = 4.74, pKa = 9.26
2.配制的缓冲溶液的总浓度要适当，总浓度太 低缓冲容量过小，总浓度太高，离子强度太大 或渗透压力过高而不适用也会造成试剂的浪费。 所以通常选用总浓度在0.05～0.2mol·L-1范围之 内。
3.计算所需缓冲系的量 通常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。
医学上广泛使用的缓冲溶液的配方列于表4－5 和表4－6，以便参考。
例:欲配置250ml的pH＝5.00的缓冲溶液，应在 125ml浓度为1.0mol/L的NaAC溶液中加入浓度 为6.0mol/L的HAC和H2O各多少ml。
（已知：Ka=1.8×10－5）
第二节 缓冲溶液的pH计算
缓冲溶液pH值的计算（弱酸弱碱同离子效应） 弱酸及其共轭碱：[H+]=Kac酸/c共轭碱 弱碱及其共轭酸： [OH-]=Kbc碱/c共轭酸
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.01mol的 HAc和0.03mol的NaAc，计算该缓冲溶液 的pH。已知Ka(HAc)=1.75×10-5。 [H+]=Kac酸/c共轭碱
已知：Mn(OH)2的KSP=410-14， NH4Cl的分子量=53.5，氨水的Kb=1.810-5
CO2（溶解）+H2O H2CO3 H+ + HCO3-
例：欲配制pH = 9.0的缓冲溶液 应选择NH3-NH4Cl体系, pKb = 4.74, pKa = 9.26
2.配制的缓冲溶液的总浓度要适当，总浓度太 低缓冲容量过小，总浓度太高，离子强度太大 或渗透压力过高而不适用也会造成试剂的浪费。 所以通常选用总浓度在0.05～0.2mol·L-1范围之 内。
3.计算所需缓冲系的量 通常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。
医学上广泛使用的缓冲溶液的配方列于表4－5 和表4－6，以便参考。
例:欲配置250ml的pH＝5.00的缓冲溶液，应在 125ml浓度为1.0mol/L的NaAC溶液中加入浓度 为6.0mol/L的HAC和H2O各多少ml。
（已知：Ka=1.8×10－5）
第二节 缓冲溶液的pH计算
缓冲溶液pH值的计算（弱酸弱碱同离子效应） 弱酸及其共轭碱：[H+]=Kac酸/c共轭碱 弱碱及其共轭酸： [OH-]=Kbc碱/c共轭酸
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.01mol的 HAc和0.03mol的NaAc，计算该缓冲溶液 的pH。已知Ka(HAc)=1.75×10-5。 [H+]=Kac酸/c共轭碱
已知：Mn(OH)2的KSP=410-14， NH4Cl的分子量=53.5，氨水的Kb=1.810-5
CO2（溶解）+H2O H2CO3 H+ + HCO3-
第四章 缓冲溶液
2. 缓冲范围
当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比愈接近 ， 当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比愈接近1， 缓冲容量愈大；缓冲比愈远离1时 缓冲容量愈大；缓冲比愈远离 时，缓冲容量愈 当缓冲比大于10:1或小于 或小于1:10时，可认为缓 小。当缓冲比大于 或小于 时 冲溶液已基本失去缓冲作用的能力。 冲溶液已基本失去缓冲作用的能力。 一般认为pH = pKa ± 1为缓冲作用的有效区间， 一般认为 为缓冲作用的有效区间， 为缓冲作用的有效区间 称为缓冲溶液的缓冲范围。不同缓冲系， 称为缓冲溶液的缓冲范围。不同缓冲系，因各自弱 酸的p 值不同，所以缓冲范围也各不相同。 酸的pK值不同，所以缓冲范围也各不相同。
缓冲溶液pH的计算 二、 缓冲溶液 的计算
浓度为x 令H+浓度为
初始浓度(mol·L-1) 初始浓度 平衡浓度(mol·L-1) 平衡浓度
HB cHB cHB – x
H+ + B－ 0 c Bx c B- + x
平衡时
[HB] = cHB – x ≈ cHB [B ] = cB – x ≈ cB
-
[例4-4]欲配制 例 欲配制pH=4.70的缓冲溶液 的缓冲溶液500 cm3，问应该用 ml、 问应该用50 、 欲配制 的缓冲溶液 1.0 mol/L 的NaOH 水溶液和多少 的1.0 mol/L的HAc 水溶 水溶液和多少ml 的 液混合，并需加多少水？ 液混合，并需加多少水？ 解： Ka(HAc) = 1.76 × 10－5 , pH=4.70，[H3O+]= 2.0 × 10－5 ， mol/L ， [HAc ]/[Ac–]= [H3O+] /Ka= 2.0×10－5/1.76×10－5 = 1.1 × × [Ac–] 由NaOH 与HAc 中和而来， 中和而来， [Ac–] = 1.0 ×50 / 500 [HAc ]由NaOH 和HAc 用量的差值而定， 用量的差值而定， 由 [HAc ] = ( 1.0 ×VHAc – 1.0 × 50) / 500 [HAc ]/[Ac–] = 1.1 = ( 1.0 ×VHAc – 1.0 × 50) / 1.0 × 50 即 VHAc＝ 105 ml 混合溶液中需加水：500-105-50 = 345 ml 混合溶液中需加水：
第4章 缓冲溶液
缓冲溶液pH的计算
例 将20 mL 0.10 mol· -1 的 H3PO4溶液与 30 mL L 0.10 mol· -1 的 NaOH溶液混合，求所得缓冲溶 L 液的pH=？( pKa1=2.16, pKa2=7.21, pKa3=12.32 )
解: 反应后 H3PO4 0 NaH2PO4 反应前 反应后 2.0 mmol 1.0 mmol + NaOH 1.0 mmol + NaOH 1.0 mmol 0
1
分子分母同乘 ([HB]+[B-])
分子分母同除[HB-]
4.3.2 缓冲比与最大缓冲容量βmax
1 2.303 c总 [B ] [HB] 1 [HB ] 1 [B ] 缓冲比等于1时， 1
2.303
lg i Azi
2
I
实际应用中，常用pH计测量缓冲溶液pH值， 然后滴加少量强酸强碱加以调节。
不同I和z时缓冲溶液的校正因数（20oC）
I 0.01 0.05 z = +1 +0.04 +0.08 z=0 -0.04 -0.08 z = -1 -0.13 -0.25 z = -2 -0.22 -0.42
第四章 缓冲溶液
Buffer Solution
本章要点
缓冲溶液的组成及作用机理
缓冲容量
缓冲溶液pH值计算
缓冲溶液的应用
4.1缓冲溶液及缓冲机制
实验现象： 向1.8×10－5mol/LHCl 溶液中(pH=4.74)中加入少 量酸或碱，pH值会发生显
著变化；
向HAc-NaAc混合液中 加入少量酸或碱，溶液的 pH值几乎不变。
无机化学第四章 缓冲溶液
H+ + Ac-
0
0.1
x 0.1+x
Ka
0.1 (0.2 (00.1.1 )x0).1x 0.02.1x0.2 0.1 0.10.1 x 0.1 0.1
Ka
[H]ຫໍສະໝຸດ KacHAC cAC
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.01mol的
HAc和0.03mol的NaAc，计算该缓冲溶液的
pH。已知Ka(HAc)=1.75×10-5。
[H+ ]=Ka
c酸 c共轭碱
1.75105
0.01 0.03
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.05mol的
NH3和0.04mol的NH4Cl，计算该缓冲溶液的 pH。已知Kb(NH3)=1.75×10-5
[OH- ]=Kb
c碱 c共轭酸
[H+ ]=Ka
c酸 c共轭碱
通过两边同取负对数，得到缓冲溶液的pH计算
以HAc -NaAc体系为例：
HAc
H+ ＋ Ac-
（大）
（小） （大）
（1）若在溶液中加入少量强酸，外来H+将质子 传给Ac- ，平衡左移，溶液的pH保持基本不变。
缓冲体系中的共轭碱发挥抵抗外来强酸的作用， 故称之为缓冲溶液的抗酸成分。
（2）当溶液中加入少量强碱时，H+被OH-消 耗，HAc的解离反应向右移动，补充消耗掉的 H+离子。溶液的pH值基本不变。
结论
HAc — NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量 强酸、强碱而保持pH基本不变的能力。
一、缓冲溶液的缓冲作用和组成
实验说明：HAc －NaAc混合溶液具有抵 抗外来少量强酸、强碱而保持pH不变的能力。 这种能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释 而保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。
第四章：缓冲溶液
混合溶液 操作：加入强酸 HCl 至 0.010 mol·L-1 观察现象：pH值的变化
0.10 mol·L-1 NaCl溶液
NaCl溶液中加入HCl到 0.010 mol·L-1 ，溶液 的pH由7变为2，改变 了5个pH单位。
0.10 mol·L-1 HAc — 0.10 mol·L-1 NaAc溶液
ΔpH1/2 pHc/2 pHc
稀释值＞0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加； 稀释值＜0，则表明缓冲溶液的pH值随稀释而减少。
第三节 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量
缓冲溶液只能抵抗少量的外来强酸、强 碱的作用。当加入大量的强酸或强碱时， 溶液的抗酸、抗碱成分被消耗尽，缓冲 作用就失去，溶液的PH值必然变化很大。
时
Ka = [H+][B-] [HB]
Na++ BH3+O + B[H+] [H+]+[B-]
[H+]=Ka
[HB] [B-]
pH = pKa + lg [B-]
[HB]
pH = pKa + lg c(B-)
c(HB)
pH = pKa + lg n(B-)
n(HB)
……(1) ……(2) ……(3)
但从这一点也可以看出，缓冲体系的缓 冲能力是有限的。
不同的缓冲溶液，其缓冲能力是不 同的。
缓冲溶液的缓冲能力的大小用缓冲 容量来表示，其符号“”。
缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力 大小的尺度。
1.缓冲容量 ：
就是使单位体积（1L或lml）缓
冲 溶 液 的 pH 值 改 变 一 个 单 位 时 ， 所需加入的一元强酸或一元强碱的 物质的量(mol或mmol），其数学 式为 ：
0.10 mol·L-1 NaCl溶液
NaCl溶液中加入HCl到 0.010 mol·L-1 ，溶液 的pH由7变为2，改变 了5个pH单位。
0.10 mol·L-1 HAc — 0.10 mol·L-1 NaAc溶液
ΔpH1/2 pHc/2 pHc
稀释值＞0，表明缓冲溶液的pH值随稀释而增加； 稀释值＜0，则表明缓冲溶液的pH值随稀释而减少。
第三节 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量
缓冲溶液只能抵抗少量的外来强酸、强 碱的作用。当加入大量的强酸或强碱时， 溶液的抗酸、抗碱成分被消耗尽，缓冲 作用就失去，溶液的PH值必然变化很大。
时
Ka = [H+][B-] [HB]
Na++ BH3+O + B[H+] [H+]+[B-]
[H+]=Ka
[HB] [B-]
pH = pKa + lg [B-]
[HB]
pH = pKa + lg c(B-)
c(HB)
pH = pKa + lg n(B-)
n(HB)
……(1) ……(2) ……(3)
但从这一点也可以看出，缓冲体系的缓 冲能力是有限的。
不同的缓冲溶液，其缓冲能力是不 同的。
缓冲溶液的缓冲能力的大小用缓冲 容量来表示，其符号“”。
缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力 大小的尺度。
1.缓冲容量 ：
就是使单位体积（1L或lml）缓
冲 溶 液 的 pH 值 改 变 一 个 单 位 时 ， 所需加入的一元强酸或一元强碱的 物质的量(mol或mmol），其数学 式为 ：
第四章缓冲溶液
如计算上节例1中HAc-Ac- 缓冲体系的缓冲容量：
加入0.010 mol HCl时，
n
0.010
0.11
V | pH | 1.0 | 4.66 4.75 |（mol L-1 pH-1）
15
二、影响缓冲容量的因素
1、缓冲溶液的总浓度：c总 = [ A- ] + [ HA ] • 缓冲比一定时，缓冲溶液的总浓度越大，
（1）单位体积缓冲溶液的pH值改变1（dpH＝1）
时所需加入的一元强酸或一元强碱的物质的量。
（2）为正值，越大，缓冲溶液的缓冲能力越强。 （3）的单位：mol L-1 pH-1
14
2、实际工作中常用公式： n
V | pH |
• V 表示缓冲溶液的体积 • n 表示加入的一元强酸或强碱的物质的量 • pH表示缓冲溶液pH值的变化
缓冲容量越大；且缓冲比等于1时，缓冲容量最大(max)
17
3、与pH的关系曲线：
（N冲很能碱1值曲由现（H可，越时aA3能大力）1，线于峰看缓大2O），c）H-力是本体值。此2出冲，N曲当1、曲，， 由 身 系 时、它时a溶缓缓线缓 3A线它且 于 的 不6、们液 冲冲c出冲代最2缓们强 同缓 p4具的 容比、现比H、表大冲也酸 ，冲有量相3总很 不等盐 一 5，都体有（ 出容缓。越同浓低 同于酸峰如代系缓强量冲大时度（和表，
21
例2：欲配制pH5.0缓冲溶液，试计算在50mL 0.1molL-1 HAc溶液中加入0.1 molL-1 NaOH溶液多少毫升?
解：设加入NaOH溶液 x mL。
pH
pK a
lg
n Ac n HAc
pK a
lg
0.1x 0.1 (50 x)
第4章 缓冲溶液
a b 2.303 c总 ab ab
a b 0.46 ab ab
当a:b=9:1时， β＝0.041mol· L-1 当a:b=3:1时， β＝0.086mol· L-1 当a:b=1:1时， β＝0.12mol· L-1
(4.9)
由式(4.9)可见 ，β与缓冲比([B-]/[HB])和总浓度
(c总定缓冲溶液的 pH值，所以β随 pH值的变化而变 化。图4-1*
H3BO3+NaOH
1. 总浓度对β的影响
对于同一缓冲系，缓冲比一定时，c总越大，β越大。
2. 缓冲比对β的影响
值极小
水和一般溶液的 pH 值发 生变化。但某些溶液…
0.10 mol· L-1 NaCl溶液 1L NaCl溶液中加入HCl (NaOH)到0.010 mol· L-1， 溶液的pH由7变为2(12)，
改变了5个pH单位。
结论： NaCl溶液易受外加少量强酸或强碱的影 响，pH发生显著变化。* 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。*
c( HB ) aV a 1 [HB ] 0.20mol L aV bV ab
c(B ) bV b [B ] 0.20mol L1 aV bV ab
-
c总＝[B-]+[HB]＝ 0.20mol· L-1
[HB] [B ] 2.303 c总 [HB] [B ] [HB] [B ]
系或缓冲对。
注意：HAc溶液中存在HAc和Ac-，但不是缓冲溶液！！
在实际应用中，往往采用酸碱反应的生成物与剩 余的反应物组成缓冲溶液，如: 弱酸(过量)+ 强碱：HAc(过量)+NaOH 强酸+弱碱(过量)：HCl+NaAc(过量) 实际上，形成的仍然是共轭酸碱对的两种物质。
基础化学 第04章 缓冲溶液
第四章缓冲溶液许多反应，往往都需要在一定的pH值条件下才能正常进行，例如，细菌培养、生物体内酶催化反应等。
当溶液的pH值不合适或反应过程中溶液的pH值有了较大改变时，都会影响反应的正常进行。
人体内的各种体液都具有一定的pH值范围，如正常人血液的pH值范围为7.35～7.45，如超出这个范围，就会出现不同程度的酸中毒或碱中毒症状，严重时可危及生命。
怎样才能使溶液（或体液）的pH值基本恒定，这是一个在化学上和医学上都同样重要的问题。
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实验表明，分别在1L 0.10mol·L-1NaCl溶液和1L 含HAc和NaAc均为0.10mol的溶液中，加入0.010mol强酸（HCl）或0.010mol强碱（NaOH），NaCl 溶液的pH值发生了显著变化（改变了5个pH单位），而HAc和NaAc混合溶液的pH值改变很小（仅改变了不足0.1个pH单位）。
如用水稍加稀释时，HAc 和NaAc混合溶液的pH值随稀释而改变的幅度也很小。
这说明HAc和NaAc混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH值基本不变的能力。
我们把这种能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液（buffer solution）。
缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用（buffer action）。
较浓的强酸如HCl溶液或较浓的强碱如NaOH溶液，当加入少量强酸、强碱，其pH值基本保持不变，所以它们也具有缓冲作用。
但由于这类溶液的酸性或碱性太强，实用上很少当作缓冲溶液使用。
我们通常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的。
例如：HAc-NaAc、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等。
在实际应用中，往往还可采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系，如：弱酸（过量）+ 强碱：HAc（过量）+ NaOH强酸+弱酸的共轭碱（过量）：HCl+NaAc（过量）实际上它们形成的仍然是共轭酸碱对的两种物质。
基础化学 第四章 缓冲溶液[精]
![基础化学 第四章 缓冲溶液[精]](https://img.taocdn.com/s3/m/829fe602783e0912a3162a19.png)
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。 *
第二节 缓冲溶液pH的计算
【内容提要】
一、缓冲溶液pH的近似计算公式 二、缓冲溶液pH的计算公式的校正
一、缓冲溶液pH的近似计算公式*
以HB-NaB 表示缓冲系，溶液中存在如下 质子转移平衡：*
[B-]平 = c(NaB)+ c'(HB)
*
[HB]平≈c(HB) ，[B-]平≈c(NaB) ＝c(B-) *
式(4-2)又可表示为：
pHpKa
lg[[H BB]]pKa
lgc(B) c(HB)
(4-3)
c(共轭碱 ) pKa lgc(共轭酸 )
若以n(HB)和n(B-)分别表示体积V 的缓冲溶 液中所含物质的量
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。*
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。*
实验2： 在1L含HAc和NaAc均为0.1mol·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。
在实际应用中，往往还可采用酸碱反应的生成 物与剩余的反应物组成缓冲系，如:
弱酸(过量)+ 强碱：HAc(过量)+NaOH 强酸+弱酸的共轭碱(过量)：HCl+NaAc(过量) 实际上,形成的仍然是共轭酸碱对的两种物质。
基础化学第四章 缓冲溶液
(Henderson—Hasselbalch方程式 (Henderson—Hasselbalch方程式 ) 1. 方程
HB + H2O
H3O + B
+
-
[H3O+ ][B- ] ，式 边 取 对 等 两 各 负 数 Ka = [H ] B [B- ] pH = pKa + lg [H B]
第二节
缓冲溶液的pH值 缓冲溶液的pH值
第三节 缓式
β= ∆ na(b) V ∆pH
β=
d na(b) V dpH
V： 是缓冲溶液的体积 ，单位为L。 单位为L dna(b)：缓冲溶液中加入微小量的一元强酸 (dna) 或一元强碱(dnb)，单位是mol。 (dn 或一元强碱(dn 单位是mol。 |dpH|：为缓冲溶液pH值的改变量 |dpH|：为缓冲溶液pH值的改变量。 值的改变量。
第三节 缓冲容量和缓冲范围
(Buffer Capacity and Effective Range) 一、缓冲容量 1. 缓冲容量 ： 定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变1 值改变1 定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变 个单位时， 个单位时，所需加入一元强酸或一元强 碱的物质的量。 碱的物质的量。 符号： 符号：β
第一节 缓冲溶液及缓冲机制
缓 系 冲 HAc-NaAc H2CO3-NaHCO3 H3PO4-NaH2PO4 质 转 平 子 移 衡 HAc+H2O H2CO3+ H2O H3PO4+H2O
+
Ac +H3O
-
-
+ +
HCO3 +H3O Tris+H3O NH3+H3O
HB + H2O
H3O + B
+
-
[H3O+ ][B- ] ，式 边 取 对 等 两 各 负 数 Ka = [H ] B [B- ] pH = pKa + lg [H B]
第二节
缓冲溶液的pH值 缓冲溶液的pH值
第三节 缓式
β= ∆ na(b) V ∆pH
β=
d na(b) V dpH
V： 是缓冲溶液的体积 ，单位为L。 单位为L dna(b)：缓冲溶液中加入微小量的一元强酸 (dna) 或一元强碱(dnb)，单位是mol。 (dn 或一元强碱(dn 单位是mol。 |dpH|：为缓冲溶液pH值的改变量 |dpH|：为缓冲溶液pH值的改变量。 值的改变量。
第三节 缓冲容量和缓冲范围
(Buffer Capacity and Effective Range) 一、缓冲容量 1. 缓冲容量 ： 定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变1 值改变1 定义：单位体积缓冲溶液的pH值改变 个单位时， 个单位时，所需加入一元强酸或一元强 碱的物质的量。 碱的物质的量。 符号： 符号：β
第一节 缓冲溶液及缓冲机制
缓 系 冲 HAc-NaAc H2CO3-NaHCO3 H3PO4-NaH2PO4 质 转 平 子 移 衡 HAc+H2O H2CO3+ H2O H3PO4+H2O
+
Ac +H3O
-
-
+ +
HCO3 +H3O Tris+H3O NH3+H3O
基础化学第四章 缓冲溶液
解： 25 C 时，Ka (HAc)＝1.8×10-5。 （1）HAc 和 Ac- 的浓度都较大，缓冲溶液的 pH 为： c(Ac ) pH p K θ (HAc) lg a c(HAc)
0.20mol L1 lg1.8 105 lg 5.05 1 0.10mol L （2）加入 10 mL 0.10 mol· -1 HCl 溶液后，HAc L 和 Ac- 的浓度分别为：
c(共轭酸)+c(共轭碱)
c(共轭碱) c(共轭酸)
缓冲溶液的缓冲比
说明：公式的其它形式
n(共轭碱)/V n(共轭碱) θ pH pK (HA) lg =pK a (HA) lg n(共轭酸)/V n(共轭酸)
θ a
1
2
n(共轭碱)/V pH pK (HA) lg n(共轭酸)/V
HAc 和 Ac- 的浓度都比较大，缓冲溶液的pH为：
0.19mol L1 pH lg1.8 10 5 lg 5.11 1 0.082mol L
加入 10 mL 0.10 mol· -1 NaOH 溶液后， 溶液的 L pH由5.05升高到5.11，仅增大了0.06，表明缓冲溶液 具有抵抗少量强碱的能力。
θ a
c(共轭碱)V(共轭碱)/V总 =pK (HA) lg c(共轭酸)V(共轭酸)/V总
θ a
c(共轭酸)=c(共轭碱)
V(共轭碱) pK (HA) lg V(共轭酸)
θ a
例 25 C 时，1.0 L HAc-NaAc 缓冲溶液中含有 0.10 mol HAc 和 0.20 mol NaAc。 （1）计算此缓冲溶液的 pH； （2）向100mL该缓冲溶液中加入10mL0.10mol· -1 L HCl 溶液后，计算缓冲溶液的 pH； （3）向100mL该缓冲溶液中加入10mL0.10mol· -1 L NaOH 溶液后，计算缓冲溶液的 pH； （4）向100mL该缓冲溶液中加入 1L水稀释后，计 算缓冲溶液的 pH。
第四章 缓 冲 溶 液
4、温度对缓冲溶液的pH有影响。
例：在500mL0.200 mol·L1NH3·H2O中，加入4.78gNH4Cl固 体，配制1升缓冲溶液，求此缓冲溶 液的pH。
已知： NH3·H2O的 pKb=4.75
§4-3 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量(buffer capacity)的定义
dnab
缓 冲 溶 液
1、体液中存在多种生理缓冲系， 使体液的pH值保持基本稳定。 如：血液中存在多种缓冲系
在 医 学
H2CO3 —— HCO3H2PO4- —— HPO42-
上 血浆蛋白——血浆蛋白盐
的 HHb(血红蛋白) ——KHb(血
意 义
红蛋白盐)
CO2(溶解) + H2O
H2CO3
大量
conjugate acid
第四章 缓 冲 溶 液 (Buffer Solution)
第一节 缓冲溶液及缓冲机制
缓冲溶液（buffer solution）
能够抵抗少量外来强酸、强碱而保 持溶液pH基本不变的溶液，称为缓 冲溶液。
缓冲作用（buffer action）
缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗 作用称为缓冲作用。
一、缓冲机制
第四节 缓冲溶液的配制
一、缓冲溶液的配制原则：
1、选择合适的缓冲系：使所选缓冲 系中共轭酸的pka与所配缓冲溶液的 pH值尽量接近。
2、保证有足够的总浓度： 0.05 ~ 0.20 mol ·L-1。 3、用Henderson-Hasselbalch方 程式计算所需缓冲系的量。4、校正。
二、缓冲溶液的配制方法：
例2 用某二元弱酸H2B配制pH=6.00 的缓冲溶液，问应在450ml c(H2B)= 0.100mol·L-1的溶液中,加入c(NaOH) =0.100mol·L-1的溶液多少毫升？ （ 已 知 H2B 的 pka1=1.52 ， pka2=6.30 ，设溶液的体积是可以加和的）
例：在500mL0.200 mol·L1NH3·H2O中，加入4.78gNH4Cl固 体，配制1升缓冲溶液，求此缓冲溶 液的pH。
已知： NH3·H2O的 pKb=4.75
§4-3 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量(buffer capacity)的定义
dnab
缓 冲 溶 液
1、体液中存在多种生理缓冲系， 使体液的pH值保持基本稳定。 如：血液中存在多种缓冲系
在 医 学
H2CO3 —— HCO3H2PO4- —— HPO42-
上 血浆蛋白——血浆蛋白盐
的 HHb(血红蛋白) ——KHb(血
意 义
红蛋白盐)
CO2(溶解) + H2O
H2CO3
大量
conjugate acid
第四章 缓 冲 溶 液 (Buffer Solution)
第一节 缓冲溶液及缓冲机制
缓冲溶液（buffer solution）
能够抵抗少量外来强酸、强碱而保 持溶液pH基本不变的溶液，称为缓 冲溶液。
缓冲作用（buffer action）
缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗 作用称为缓冲作用。
一、缓冲机制
第四节 缓冲溶液的配制
一、缓冲溶液的配制原则：
1、选择合适的缓冲系：使所选缓冲 系中共轭酸的pka与所配缓冲溶液的 pH值尽量接近。
2、保证有足够的总浓度： 0.05 ~ 0.20 mol ·L-1。 3、用Henderson-Hasselbalch方 程式计算所需缓冲系的量。4、校正。
二、缓冲溶液的配制方法：
例2 用某二元弱酸H2B配制pH=6.00 的缓冲溶液，问应在450ml c(H2B)= 0.100mol·L-1的溶液中,加入c(NaOH) =0.100mol·L-1的溶液多少毫升？ （ 已 知 H2B 的 pka1=1.52 ， pka2=6.30 ，设溶液的体积是可以加和的）
基础化学第四章 缓冲溶液
抗碱成分 抗酸成分 HAc NaAc
弱酸
共轭碱
HAc - AcH2CO3 - HCO3H2PO4- - HPO42HCO3- - CO32弱碱 共轭酸
H2CO3 - NaHCO3
NaH2PO4 - Na2HPO4 NaHCO3 - Na2CO3
NH4Cl -
NH3· H2O
NH3 - NH4+
三、 缓冲溶液的分类
HAc和Ac-是一对共轭酸碱对，故他们之间存在一个 大 H+转移平衡 量
HAc
H+ + Ac少 量
大 量
a.加入少量酸时
少量H+
H+ + Ac平衡向左移动
HAc
抗酸成 分
H+ + Ac-
HAc
缓冲对中的共轭碱发挥抵抗外加的强 酸的作用,故称为缓冲溶液的抗酸成分。
b.加入少量碱时 少量OH-
HAc
否。因全部生成NaAc。
-1 -1
-1
-1
1molБайду номын сангаас L NaOH和2mol· L HAc等体积 混合，有否缓冲作用？
有。HAc ~ NaAc组成缓冲对。
四、缓冲作用机制 以HAc-NaAc缓冲溶液为例
NaAc是强电解质，NaAc HAc是弱电解质， HAc
平衡向左移动
Na+ + AcH+ + Ac-
H2CO3---HCO3 2 -
CO2
HHbO2---KHbO2 H2PO4-HPO4 2 -
肾
红细胞中的缓冲系主要有：
1．弱酸及其对应的盐
HAc-NaAc
2．多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐
大一化学课件 第4章 缓冲溶液
[HAc] 0.3 mol L1 10 mL - 0.1 mol L1 10 mL＝0.1mol L1 20 mL
近似计算：pH
pK a
lg
[Ac - ] [HAc]
4.75 lg
0.05 mol L-1 0.1 mol L-1
＝4.45
准确计算： I 1 cizi 2 0.05mol L1 2
pppHHH pHpppKKKaaapKlglalgg[[[[H[[BHHlBBgBB-B--][]][]]]HBB- ]]
物质的同量离来子表效示应
同同同离离离子子子同效效效离应应应子效应＝＝＝pppK＝KKaaapKlgllaggccccccHBlHHBgBB-BB--
c BVc HVB
物质的量来表示
pH pKa2
lg
n (HPO 42- ) n (H2PO4 )
7.21 lg 1.0mmol 1.0mmol
7.21
4.2.2 缓冲溶液pH计算式的校正
pH
pK a
lg
a[B ] a[ HB]
pK a
lg
[B] (B) [HB] (HB)
pK a
lg
[B] [HB]
lg
(B) (HB)
NaHCO3 – Na2CO3 (HCO3- – CO32-）
H3PO4 – NaH2PO4 – Na2HPO4 (H3PO4 – H2PO4-) (H2PO4- – HPO42-)
因NH4Cl-NH3·H2O缓冲溶液的pH大于7, 所以不能抵 抗少量的强碱。 （ × ）
缓冲溶液就是能抵抗外来酸碱影响，保持pH绝对不变 的溶液。 （ × ）
pH
pK a
lg
[B- ] [HB]
医用基础化学4缓冲溶液
第4章 缓冲溶液
单击此处添加副标题
Buffer Solution
汇报人姓名
4.1.1 缓冲溶液及其作用原理
1
实验
2
样品1，0.10 mol·L-1 NaCl溶液
3
样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 mol·L-1的
4
混合溶液
5
操作：加入强酸 HCl 至 0.010 mol·L-1
4.3.1 缓冲容量 缓冲溶液的缓冲能力有一定限度。用缓冲容量β作为衡量缓冲能力大小的尺度。定义为
01
单位体积缓冲溶液的pH发生一定变化时所能抵抗的外加一元强酸或强碱的物质的量。
02
4.3 缓冲容量
4.3 缓冲容量
4.3.2 影响缓冲容量的因素
对于同一缓冲系，当缓冲比一定时，总浓度愈大，缓冲容量愈大。
红细胞中：
H2b-Hb-(血红蛋白) H2bO2-HbO2-(氧合血红蛋白) H2CO3-HCO3- H2PO4--HPO42-
正常情况下，[HCO3-]与[CO2]溶解的比率为24mmol·L-1比1.2mmol·L-1，即20/1。37℃时，若血浆中离子强度为0.16，经校正后， pKa′=pKa1 =6.10， pH＝6.10 + lg
4.2 缓冲溶液pH的计算
讨论
4.2 缓冲溶液pH的计算
例 混合 20 mL 0.10 mol·L-1 的 H3PO4与 30 mL 0.10 mol·L-1 的 NaOH，计算所得缓冲溶液的pH。
已知：pKa1=2.16， pKa2=7.21， pKa3=12.32。
解
4.2 缓冲溶液pH的计算
02
解： 当V(HB):V(B-)=9:1时
相关主题
- 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)。
缓冲溶液pH值的计算
一、Henderson-Hasselbalch缓冲公式
缓冲对：HB-MB
HB + H2O Ka=
H3O++ B- (B-主要来自MB) [H3 O+]=Ka
[HB] [ B-]
[H3O+][ B-] [HB] O+]=
-lg[H3
[HB] -lgKa - lg [B]
[ B-] ∴pH = pKa+ lg [HB]
缓冲溶液的基本概念
OH-(外来）
HAc + H2O 抗碱组分 NaAc H3O++ Ac-
Na+ + Ac抗酸组分 HAc 抵抗H3O+的减少 ，起抗碱作用, 溶液pH值无显著（保持基本不变）。
结论：足够 浓度的抗酸组分和抗碱组分， 通过质子转移平衡的移动使缓冲溶液的 pH值保持基本不变。
第二节 缓冲溶液pH值的计算
均为等价 实用公式
缓冲比
缓冲溶液pH值的计算
pKa （HB的性质） ①缓冲溶液pH值取决于 cB-/ cHB（缓冲比） ②对于同一缓冲对组成不同浓度的缓冲液，其 pH值只取决于缓冲比（pKa值相同) 。 ③当缓冲比cB-/ cHB=1,即 cB-= cHB pH = pKa ④当缓冲液适当稀释时,缓冲比不变, pH 基本不 变 (但严格说,会产生稀释效应,pH值略有变化)
0.1molHAc 【实验4-2 】1L含 混合液pH=4.75 0.1molNaAc
加1mol.L-1HCI pH=4.66 △pH= -0.09 10ml 加1mol.L-1NaOH pH=4.84 △pH= 0.09 10ml · · · · · · 加1升纯水稀释 pH=4.75 结论:这类混合液能抵抗外来少量强酸强碱 或适当稀释的影响,保持pH值基本不改变。
0.10-0.01=0.09
nAcpH = pKa+ lg n HAc =4.75+lg0.11/0.09 =4.84
0.10+0.01=0.11
【例4-1 】1升混合液中含有0.1mol· L-1HAc 和0.1mol· L-1NaAc,求算: ①混合液的pH值 ②混合液中加0.01mol· L-1HCI后的pH值 ③混合液中加0.01mol· L-1NaOH后的pH值 ④此混合液稀释一倍后的pH值。 解：④混合液稀释一倍后 [HAc]=[Ac-]=0.10/2=0.05(mol.L-1) c pH = pKa+ lg Ac cHAc =4.76+lg0.05/0.05 =4.75
缓冲溶液pH值的计算
【例4-1’ 】计算结果比较可知:
①原液 ②加酸 ③加碱 ④稀释 pH值 4.75 4.66 4.84 4.75
在缓冲溶液中加入少量强酸、强碱或将溶 液适当稀释时,溶液的pH值基本保持不变。
小结 缓冲溶液的主要性质
①抗酸抗碱作用
②抗稀释作用（在适当范围内）
缓冲溶液pH值的计算
0.10-0.01=0.09
nAcpH = pKa+ lg n HB =4.75+lg0.09/0.11 =4.66
0.10+0.01=0.11
【例4-1 】1升混合液中含有0.1mol· L-1HAc 和0.1mol· L-1NaAc,求算: ①混合液的pH值 ②混合液中加0.01mol· L-1HCI后的pH值 ③混合液中加0.01mol· L-1NaOH后的pH值 ④此混合液稀释一倍后的pH值。 解:③ HAc+NaOH = NaAc+H2O
【例4-1 】1升混合液中含有0.1mol· L-1HAc 和0.1mol· L-1NaAc,求算: ①混合液的pH值 ②混合液中加0.01mol· L-1HCI后的pH值 ③混合液中加0.01mol· L-1NaOH后的pH值 ④此混合液稀释一倍后的pH值。 解: ② NaAc+HCI = HAc+NaCI
(4-1式)
缓冲溶液pH值的计算
-] [ B pH = pKa+ lg (4-1)式 [HB] HB + H2O H3O++ B-
NaB
Na+ + BHB已解离 部分的浓度
[B-] = c(B-) + c’(HB) [HB] = c(HB)- c’(HB) ∵· 同离子效应 c’(HB)可忽略
∴ [B-] ≈ c(B-) [HB] ≈ c(HB)
缓冲容量β
二、影响缓冲容量的因素
-] [ B 缓冲公式 pH = pKa+ lg [HB] 加入少量(△n)强碱或强酸后 -]±△n [ B pH’ = pKa+ lg [HB]－ ＋△n △pH = pH’- pH
可见， △pH 小，β值就大。
缓冲容量β
cB由pH = pKa+ lg c HB 缓冲比cB-/cHB pH
缓冲溶液的基本概念
▲缓冲作用：当加入少量强酸强碱或稍 加稀释后仍能保持其pH值不发生显著 改变的作用。
▲缓冲溶液:具有缓冲作用的溶液。 ▲缓冲溶液的组成：实质上是一共轭酸 碱体系，即由足够浓度的弱酸及对应共 轭碱组成。 共轭酸碱对 即缓冲对或 缓冲系
缓冲溶液的基本概念
常见的缓冲对有三种类型
①弱酸及其对应盐 HAc Ac-
△n=0.10×0.30=0.03(mmol) △n β= V △pH =0.03/(10×0.03) =0.10(mmol· ml-1· pH-1)
缓冲容量β
△n β= （积分式） V △pH
只表示在pH变化范围内缓冲容量的平均值。 严格地说，应用下式表示: dn β= （微分式） V dpH
③0.2mol· L-1HAc10ml与0.2 mol· L-1NaAc 10ml混合 ④0.001mol· L-1HAc与0.001 mol· L-1NaAc 等体积混合。
缓冲溶液的基本概念
二、缓冲作用原理
缓冲系(对): HAc-NaAc
HAc + H2O
NaAc
H3O++ AcNa+ + Ac-
缓冲对选定后 pH由缓冲比cB-/cHB 决定
总浓度 c总 影响缓冲容 量β的因素:
缓冲容量β
①c总=cB-+cHB
cB②缓冲比= cHB
缓冲容量β
[例4-4]用浓度为0.20mol· L-1的HAc与NaAc 等体积混合成10ml缓冲液。已知HAc的 pKa=4.75，计算：①该缓冲液的pH ②在该 溶液中加0.10mol· L-1NaOH0.30ml时的β。
缓冲溶液pH值的计算
[B-] ≈ c(B-) [HB] ≈ c(HB)
上式可表示为:
pH = pKa + lg c(B-) (4-2)式 c(HB） 近似式。
①c为初始浓度(一般已知),可使计算大为简化 c(B-) -+c ②缓冲比= , c = c HB c(HB） 总 B
缓冲溶液pH值的计算
缓冲系特征： ①HAc , Ac-足量; H3O+少量（同离子效应) ②混合液本身具有一定pH值。 ③外加少量强酸或强碱，即发生质子转移 平衡移动。
缓冲溶液的基本概念
H+(外来） NaAc Na+ + Ac-
HAc + H2O
H3O++ Ac抗酸组分
Ac-抵抗H3O+的增加，起抗酸作用， 溶液pH值无显著（保持基本不变）
cB由pH pKa+ lg c ,可知： HB
为主
【例4-1’ 】1升混合液中含有0.1mol· L-1HAc 和0.1mol· L-1NaAc,求算: ①混合液的pH值 ②混合液中加0.01mol· L-1HCI后的pH值 ③混合液中加0.01mol· L-1NaOH后的pH值 ④此混合液稀释一倍后的pH值。 解: 缓冲对 HAc-Ac-(已知HAc 的pKa=4.75) cB ① pH = pKa+ lg c HB cAc= pKa+ lg c HAc =4.75+lg0.1/0.1=4.75
c(Ac-) =4.75+lg0.10/0.10 解: ①pH = pKa+ lg c(HAc) =4.75 n(Ac-) ②pH’ = pKa+ lg n(HAc) =4.75+lg 0.20×5.0+ 0.10×0.30 0.20×5.0 - 0.10×0.30 =4.78
缓冲容量β
[例4-4] 续 ③ 计算缓冲容量β。 解: △pH=4.78-4.75=0.03
第四章
(buffer solution)
缓冲溶液
本章主要内容有：
★ 缓冲溶液的基本概念 ★ 缓冲溶液pH值的计算
★ 缓冲容量
★ 缓冲溶液的配制 ★ 缓冲溶液在医学上的意义
第一节 缓冲溶液的基本概念
缓冲溶液的基本概念
一、缓冲作用和组成
【实验4-1】298K时，纯水(1L） pH=7.00 加1mol.L-1HCI pH=4.00 △pH = -3.00 0.1ml 加1mol.L-1NaOH pH=10.00 △pH = 3.00 0.1ml 结论：纯水和一般溶液的pH易受外界酸碱 因素影响发生显著变化。
-]· -) [B y(B pH = pKa+ lg [HB]· y(HB) -) y(B [B ] pH = pKa +lg +lg [HB] y(HB) (校正式)
校正因子(或校正值) 由① 缓冲溶液总离子强度(I) ②缓冲对中弱酸的电荷 (Z)
查表4-2 (p69)
【例4-2 】0.05mol· L-1KH2PO4与0.05mol· L-1 Na2HPO4等体积混合后，求混合液的①近 似pH②校正后的pH。已知H3PO4 pKa1=2.12 pKa2 =7.21。