基础化学第四章(缓冲溶液)8
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8
第二节 缓冲溶液的pH
一、缓冲溶液pH值的计算公式
酸常数 共轭酸 共轭碱
HB -- BpH = pKaθ + lg { [B-]/[HB] } p代表-lg 平衡浓度 如Kaθ =1.76×10-5, pKaθ = -lg(1.76×10-5 ) = 4.75
9
在缓冲体系中 -] = c(B- )，[HB]= c(HB) [B 起始浓度 pH = pKaθ + lg [c(B-)/c(HB)] n=cV pH = pKaθ + lg [n(B-)/n(HB)]
解释：缓冲溶液稍加稀释而pH保持不变
10
注意：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—NaH2PO4
[H2PO4 ] pH = pKa1 + lg [H3PO4 ]
2 2 4 4
[HPO ] NaH2PO4—Na2HPO4 pH = pKa2 + lg [H2PO ]
25
第四节
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： 实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步： 1.选择合适的缓冲对 1.选择合适的缓冲对
Байду номын сангаас
pH 近 并 pH pK 范 内 pKa与 接 ， 且 在 a ±1 围 毒 稳 ， 反 无 ， 定 不 应
26
第四节
缓冲溶液的配制
解： KOH+HB
nKB = 2mmol
KB+H2O
2 pH = pKa + lg 3 5.30 = pKa 0.18 pKa = 5.48 Ka = 3.3×106
18
nHB = 5 2 = 3mmol
二、影响缓冲溶液pH值的因素
pH = pKaθ + lg [c(B-)/c(HB)]
1. pKaθ (酸常数) 2. c(B-)/c(HB) 缓冲比
12
[例] 将0.10 molL-1 HAc溶液50mL和 0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合， 计算混合溶液的pH值，已知HAc的 pKaθ =4.74 。 c(HAc) = 0.10×50 / 80 molL-1 c(Ac ) = 0.10 30 / 80 molL-1 0.10×30 θ + lg [c(Ac-) / c(HAc) ] pH = pKa 0.10×30 / 80 = 4.74 + lg 0.10×50 / 80 = 4.52
1mmolNaOH
0.1m ol/L H Ac 0.1m ol/L N aAc
0.01mol/LHAc 0.01mol/LNaAc
pH1 = pKa = 4.75 0.1×1+1×103 pH2 = pKa + lg 0.1×11×103 pH2 = 4.76 pH = 0.01
pH1 = pKa = 4.75 0.01×1+1×103 pH2 = pKa + lg 0.01×11×103 pH2 = 4.84 pH = 0.09
Na2HPO4—Na3PO4
[PO ] pH = pKa3 + lg [HPO ]
11
P58，例4-1，4-2
3 4 2 4
[例] 将0.10 molL-1 HAc溶液50mL和 0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合， 计算混合溶液的pH值，已知HAc的 pKaθ =4.74 。 pH = pKaθ + lg [n(Ac-)/n(HAc)] = 4.74 +lg [0.10×30 / 0.10×50] = 4.52
HAc + NaOH → NaAc + H2O
7
二、缓冲溶液的缓冲机制
缓冲溶液：HAc-NaAc
HAc + H2O H3O+ + Ac NaAc → Na+ + Ac 加入H3O+，平衡 加入OH-， OH- + H3O+ → 2H2O 平衡
-
Ac- 抵消H3O+， Ac-：抗酸成分 HAc补充消耗的H3O+， HAc：抗碱成分
19
第三节 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量（buffer capacity） 缓冲容量(β)： 衡量缓冲能力
缓冲溶 液的体 积相等
|dpH|为加 |dpH|为加 入等量酸、 入等量酸、 碱后pH pH的变 碱后pH的变 化值
A
缓冲能力强
B
|dpH |A小于|dpH |B
20
1mm olN aO H
pH=2.00
H 2O
H2O +2滴1molL-1NaOH
pH=12.00
H 2O
2
pH=7.00
溴麝香酚蓝
H2PO4 -
2HPO4
+2滴1molL-1HCl
NaH2PO4 Na2HPO4 NaH2PO4 Na2HPO4
pH=7.21
NaH2PO4 Na2HPO4
pH=7.20
NaH2PO4 Na2HPO4
14
例1.将100ml 0.50mol/L NH3.H2O与 60ml 0.50mol/L HCl混合 （1）求此溶液pH值。 （2）加入0.1克NaOH，求pH值。 （3）加入1.5ml 1mol/L HCl，求pH值。
15
例1.将100ml0.50mol/L NH3.H2O 与 60ml 0.50mol/L HCl混合 （1）求此溶液pH值。
30
例2. 如要配置pH=5.10 缓冲液100ml 需在 6mol/L HAc 10ml中加入2mol/L NaOH多少 ml？ HAc+NaOH NaAc+H O
例：下列各组溶液，是否有缓冲作用？ 下列各组溶液，是否有缓冲作用？ molL A. 0.1 mol L-1HAc 20mL molL molL B. 0.1 mol L-1HAc 20mL + 0.1 mol L-1NaOH 20mL molL molL C. 0.1 mol L-1HAc 20mL + 0.1 mol L-1NaOH 10mL
4
27
2、确定总浓度
高 离 强 大 不 用 太 ， 子 度 ， 适 0.05～0.2mol/L 低 缓 容 太 太 ， 冲 量 小
3、计算缓冲比
pH = pKa + lg
4、校正
c碱 c酸
28
例1：如何配制pH=5.00的缓冲溶液100m1? (1)选择缓冲系 pH=5.00 HAc的pKa=4.75 选HAc—NaAc缓冲系 (2)确定总浓度
-
HAc - Ac
NH4+ - NH3 H2PO4 - - HPO4 26
例.下列各组溶液，有缓冲作用的是 (C) A. 0.2 molL-1KCl B. 0.02 molL-1 NH3H2O C. 0.2 molL-1 NaH2PO4和0.2 molL-1 Na2HPO4 D. 0.01 molL-1HAc和0.2 molL-1HCl
22
二、缓冲范围
缓冲比1:1，β最大；缓冲比离1:1愈远， β愈小，甚至没有缓冲作用 ∴缓冲比10/1～1/10， pH：pKaθ+1～pKaθ-1（缓冲范围） NaH2PO4-Na2HPO4组成的缓冲溶液 pKa2θ=7.21 理论缓冲范围：6.21-8.21
23
NH3-NH4Cl组成的缓冲溶液 pKbθ=4.75 理论缓冲范围：3.75-5.75（错误） (pKaθ=14.00-4.75=9.25) 应该：8.25-10.25
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： 实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步： 1.选择合适的缓冲对 1.选择合适的缓冲对 例：欲配pH=4.5缓冲溶液，可选择 (B)
A. B. C. D. NH3 NH4Cl(pKb(NH3 ) = 4.75) HAc NaAc(pKa(HAc) = 4.76) HCOOH HCOONa(pKa(HCOOH) = 3.75) NaH2PO4 Na2HPO4 (pKa2 = 7.20) pKa(NH + ) = 14 pKb(NH3 )
21
1、缓冲容量(β)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/LpH或mmol/LpH 2 2、影响缓冲容量的因素 总浓度c总 c总= [共轭酸] + [共轭碱]， c总↑β↑ 缓冲比， [共轭碱]/ [共轭酸]= b / a a=b时β最大 base acid
0.1 = 0.0025mol = 2.5mmol 40 ∴nNH + = 30 2.5 = 27.5mmol
4
∴nNH3 = 20 + 2.5 = 22.5mmol
22.5 ∴pH = 9.25 + lg = 9.16 27.5
（3）
加入1.5 mmol HCl 加入 HCl1.5mmol 加入
∴nNH + = 30 +1.5 = 31.5mmol
4
∴nNH3 = 20 1.5 =18.5mmol 18.5 ∴pH = 9.25 + lg 9.17 16 = 9.02 31.5
例2. 取0.1mol/L某一元弱酸50ml与20ml 0.1mol/L KOH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： NH3 H2O+HCl 反应初 50mmol 30mmol 反应终
20mmol
NH4Cl+H2O
30mmol
[NH3 ] pH = pKa + lg + [NH4 ] 20 pH = pKa + lg 30 pH = 9.25 0.18 pH = 9.07
16
（2）
加入0.1 克 NaOH
13
[例] 将0.10 molL-1 NH3溶液50mL 和0.10 molL-1 NH4Cl溶液30mL混合， 计算混合溶液的pH值，已知NH3的 Kbθ =1.79 ×10-5。
pKaθ =14- pKbθ =14 + lg（1.79×10-5） = 9.25 pH = pKaθ + lg [n(NH3)/ n(NH4+)] = 9.25 +lg [0.10×50 / 0.10×30] = 9.47
4
2、缓冲溶液的组成 组成：一对 足够浓度的共轭 弱酸、 弱碱对。其浓度差不能太大。 共轭酸
共轭 弱酸、 弱碱对间相 差一个质子
共轭碱
-
HAc - Ac NH4+ - NH3 H2PO4 - - HPO425
抗碱成分 抗酸成分 共轭酸 弱酸及其 对应的盐 弱碱及其 对应的盐 多元酸的酸式 盐及其对应的 次级盐 共轭碱
+2滴1molL-1NaOH pH=7.22
3
pH=7.21
1.缓冲溶液的概念 能抵抗外来少量强酸 强碱 少量强酸、强碱 少量强酸 强碱或稍加 稀释，而能保持其pH基本不变 基本不变的溶液， 基本不变 称为缓冲溶液（buffer solution）。 缓冲溶液（ solution） 缓冲溶液 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）。 缓冲作用（ action） 缓冲作用
第四章 缓冲溶液 （buffer solution） solution）
所有的体液均是缓冲溶液。 生化反应的背景溶液： 血浆： pH 7.35-7.45 大肠液：pH 8.3-8.4 乳汁： pH 6.0-6.9
1
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
指示剂：溴麝香酚蓝
+2滴1molL-1HCl
实际缓冲范围与理论缓冲范围有误差
24
下列各缓冲溶液， 例. 下列各缓冲溶液，缓冲容量最大的是 A. B. C. D. E. 中含有0.15molHAc 0.15molHAc和 500ml 中含有0.15molHAc和0.05molNaAc 中含有0.05molHAc 0.05molHAc和 500ml 中含有0.05molHAc和0.15molNaAc 中含有0.10molHAc 0.10molHAc和 500ml 中含有0.10molHAc和0.1molNaAc 1000ml中含有0.15molHAc和 中含有0.15molHAc 1000ml中含有0.15molHAc和0.05molNaAc 1000ml中含有0.10molHAc和 中含有0.10molHAc 1000ml中含有0.10molHAc和0.1molNaAc
CHB = CNaB
pH = pKa + lg VB VHB
29
设取V ml 0.1mol/L的NaAc 则HAc为(100-V)ml 根据 pH = pKa + lg
VB VHB V pH = 4.75 + lg 100 V V = 1.74 100 V V = 64m l
将64ml 0.10mol/L NaAc与36ml 0.1mol/L HAc混合，就可配pH=5.00的缓冲溶液
第二节 缓冲溶液的pH
一、缓冲溶液pH值的计算公式
酸常数 共轭酸 共轭碱
HB -- BpH = pKaθ + lg { [B-]/[HB] } p代表-lg 平衡浓度 如Kaθ =1.76×10-5, pKaθ = -lg(1.76×10-5 ) = 4.75
9
在缓冲体系中 -] = c(B- )，[HB]= c(HB) [B 起始浓度 pH = pKaθ + lg [c(B-)/c(HB)] n=cV pH = pKaθ + lg [n(B-)/n(HB)]
解释：缓冲溶液稍加稀释而pH保持不变
10
注意：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—NaH2PO4
[H2PO4 ] pH = pKa1 + lg [H3PO4 ]
2 2 4 4
[HPO ] NaH2PO4—Na2HPO4 pH = pKa2 + lg [H2PO ]
25
第四节
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： 实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步： 1.选择合适的缓冲对 1.选择合适的缓冲对
Байду номын сангаас
pH 近 并 pH pK 范 内 pKa与 接 ， 且 在 a ±1 围 毒 稳 ， 反 无 ， 定 不 应
26
第四节
缓冲溶液的配制
解： KOH+HB
nKB = 2mmol
KB+H2O
2 pH = pKa + lg 3 5.30 = pKa 0.18 pKa = 5.48 Ka = 3.3×106
18
nHB = 5 2 = 3mmol
二、影响缓冲溶液pH值的因素
pH = pKaθ + lg [c(B-)/c(HB)]
1. pKaθ (酸常数) 2. c(B-)/c(HB) 缓冲比
12
[例] 将0.10 molL-1 HAc溶液50mL和 0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合， 计算混合溶液的pH值，已知HAc的 pKaθ =4.74 。 c(HAc) = 0.10×50 / 80 molL-1 c(Ac ) = 0.10 30 / 80 molL-1 0.10×30 θ + lg [c(Ac-) / c(HAc) ] pH = pKa 0.10×30 / 80 = 4.74 + lg 0.10×50 / 80 = 4.52
1mmolNaOH
0.1m ol/L H Ac 0.1m ol/L N aAc
0.01mol/LHAc 0.01mol/LNaAc
pH1 = pKa = 4.75 0.1×1+1×103 pH2 = pKa + lg 0.1×11×103 pH2 = 4.76 pH = 0.01
pH1 = pKa = 4.75 0.01×1+1×103 pH2 = pKa + lg 0.01×11×103 pH2 = 4.84 pH = 0.09
Na2HPO4—Na3PO4
[PO ] pH = pKa3 + lg [HPO ]
11
P58，例4-1，4-2
3 4 2 4
[例] 将0.10 molL-1 HAc溶液50mL和 0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合， 计算混合溶液的pH值，已知HAc的 pKaθ =4.74 。 pH = pKaθ + lg [n(Ac-)/n(HAc)] = 4.74 +lg [0.10×30 / 0.10×50] = 4.52
HAc + NaOH → NaAc + H2O
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二、缓冲溶液的缓冲机制
缓冲溶液：HAc-NaAc
HAc + H2O H3O+ + Ac NaAc → Na+ + Ac 加入H3O+，平衡 加入OH-， OH- + H3O+ → 2H2O 平衡
-
Ac- 抵消H3O+， Ac-：抗酸成分 HAc补充消耗的H3O+， HAc：抗碱成分
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第三节 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量（buffer capacity） 缓冲容量(β)： 衡量缓冲能力
缓冲溶 液的体 积相等
|dpH|为加 |dpH|为加 入等量酸、 入等量酸、 碱后pH pH的变 碱后pH的变 化值
A
缓冲能力强
B
|dpH |A小于|dpH |B
20
1mm olN aO H
pH=2.00
H 2O
H2O +2滴1molL-1NaOH
pH=12.00
H 2O
2
pH=7.00
溴麝香酚蓝
H2PO4 -
2HPO4
+2滴1molL-1HCl
NaH2PO4 Na2HPO4 NaH2PO4 Na2HPO4
pH=7.21
NaH2PO4 Na2HPO4
pH=7.20
NaH2PO4 Na2HPO4
14
例1.将100ml 0.50mol/L NH3.H2O与 60ml 0.50mol/L HCl混合 （1）求此溶液pH值。 （2）加入0.1克NaOH，求pH值。 （3）加入1.5ml 1mol/L HCl，求pH值。
15
例1.将100ml0.50mol/L NH3.H2O 与 60ml 0.50mol/L HCl混合 （1）求此溶液pH值。
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例2. 如要配置pH=5.10 缓冲液100ml 需在 6mol/L HAc 10ml中加入2mol/L NaOH多少 ml？ HAc+NaOH NaAc+H O
例：下列各组溶液，是否有缓冲作用？ 下列各组溶液，是否有缓冲作用？ molL A. 0.1 mol L-1HAc 20mL molL molL B. 0.1 mol L-1HAc 20mL + 0.1 mol L-1NaOH 20mL molL molL C. 0.1 mol L-1HAc 20mL + 0.1 mol L-1NaOH 10mL
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2、确定总浓度
高 离 强 大 不 用 太 ， 子 度 ， 适 0.05～0.2mol/L 低 缓 容 太 太 ， 冲 量 小
3、计算缓冲比
pH = pKa + lg
4、校正
c碱 c酸
28
例1：如何配制pH=5.00的缓冲溶液100m1? (1)选择缓冲系 pH=5.00 HAc的pKa=4.75 选HAc—NaAc缓冲系 (2)确定总浓度
-
HAc - Ac
NH4+ - NH3 H2PO4 - - HPO4 26
例.下列各组溶液，有缓冲作用的是 (C) A. 0.2 molL-1KCl B. 0.02 molL-1 NH3H2O C. 0.2 molL-1 NaH2PO4和0.2 molL-1 Na2HPO4 D. 0.01 molL-1HAc和0.2 molL-1HCl
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二、缓冲范围
缓冲比1:1，β最大；缓冲比离1:1愈远， β愈小，甚至没有缓冲作用 ∴缓冲比10/1～1/10， pH：pKaθ+1～pKaθ-1（缓冲范围） NaH2PO4-Na2HPO4组成的缓冲溶液 pKa2θ=7.21 理论缓冲范围：6.21-8.21
23
NH3-NH4Cl组成的缓冲溶液 pKbθ=4.75 理论缓冲范围：3.75-5.75（错误） (pKaθ=14.00-4.75=9.25) 应该：8.25-10.25
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： 实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步： 1.选择合适的缓冲对 1.选择合适的缓冲对 例：欲配pH=4.5缓冲溶液，可选择 (B)
A. B. C. D. NH3 NH4Cl(pKb(NH3 ) = 4.75) HAc NaAc(pKa(HAc) = 4.76) HCOOH HCOONa(pKa(HCOOH) = 3.75) NaH2PO4 Na2HPO4 (pKa2 = 7.20) pKa(NH + ) = 14 pKb(NH3 )
21
1、缓冲容量(β)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/LpH或mmol/LpH 2 2、影响缓冲容量的因素 总浓度c总 c总= [共轭酸] + [共轭碱]， c总↑β↑ 缓冲比， [共轭碱]/ [共轭酸]= b / a a=b时β最大 base acid
0.1 = 0.0025mol = 2.5mmol 40 ∴nNH + = 30 2.5 = 27.5mmol
4
∴nNH3 = 20 + 2.5 = 22.5mmol
22.5 ∴pH = 9.25 + lg = 9.16 27.5
（3）
加入1.5 mmol HCl 加入 HCl1.5mmol 加入
∴nNH + = 30 +1.5 = 31.5mmol
4
∴nNH3 = 20 1.5 =18.5mmol 18.5 ∴pH = 9.25 + lg 9.17 16 = 9.02 31.5
例2. 取0.1mol/L某一元弱酸50ml与20ml 0.1mol/L KOH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： NH3 H2O+HCl 反应初 50mmol 30mmol 反应终
20mmol
NH4Cl+H2O
30mmol
[NH3 ] pH = pKa + lg + [NH4 ] 20 pH = pKa + lg 30 pH = 9.25 0.18 pH = 9.07
16
（2）
加入0.1 克 NaOH
13
[例] 将0.10 molL-1 NH3溶液50mL 和0.10 molL-1 NH4Cl溶液30mL混合， 计算混合溶液的pH值，已知NH3的 Kbθ =1.79 ×10-5。
pKaθ =14- pKbθ =14 + lg（1.79×10-5） = 9.25 pH = pKaθ + lg [n(NH3)/ n(NH4+)] = 9.25 +lg [0.10×50 / 0.10×30] = 9.47
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2、缓冲溶液的组成 组成：一对 足够浓度的共轭 弱酸、 弱碱对。其浓度差不能太大。 共轭酸
共轭 弱酸、 弱碱对间相 差一个质子
共轭碱
-
HAc - Ac NH4+ - NH3 H2PO4 - - HPO425
抗碱成分 抗酸成分 共轭酸 弱酸及其 对应的盐 弱碱及其 对应的盐 多元酸的酸式 盐及其对应的 次级盐 共轭碱
+2滴1molL-1NaOH pH=7.22
3
pH=7.21
1.缓冲溶液的概念 能抵抗外来少量强酸 强碱 少量强酸、强碱 少量强酸 强碱或稍加 稀释，而能保持其pH基本不变 基本不变的溶液， 基本不变 称为缓冲溶液（buffer solution）。 缓冲溶液（ solution） 缓冲溶液 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）。 缓冲作用（ action） 缓冲作用
第四章 缓冲溶液 （buffer solution） solution）
所有的体液均是缓冲溶液。 生化反应的背景溶液： 血浆： pH 7.35-7.45 大肠液：pH 8.3-8.4 乳汁： pH 6.0-6.9
1
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
指示剂：溴麝香酚蓝
+2滴1molL-1HCl
实际缓冲范围与理论缓冲范围有误差
24
下列各缓冲溶液， 例. 下列各缓冲溶液，缓冲容量最大的是 A. B. C. D. E. 中含有0.15molHAc 0.15molHAc和 500ml 中含有0.15molHAc和0.05molNaAc 中含有0.05molHAc 0.05molHAc和 500ml 中含有0.05molHAc和0.15molNaAc 中含有0.10molHAc 0.10molHAc和 500ml 中含有0.10molHAc和0.1molNaAc 1000ml中含有0.15molHAc和 中含有0.15molHAc 1000ml中含有0.15molHAc和0.05molNaAc 1000ml中含有0.10molHAc和 中含有0.10molHAc 1000ml中含有0.10molHAc和0.1molNaAc
CHB = CNaB
pH = pKa + lg VB VHB
29
设取V ml 0.1mol/L的NaAc 则HAc为(100-V)ml 根据 pH = pKa + lg
VB VHB V pH = 4.75 + lg 100 V V = 1.74 100 V V = 64m l
将64ml 0.10mol/L NaAc与36ml 0.1mol/L HAc混合，就可配pH=5.00的缓冲溶液