第四章：缓冲溶液

按照酸碱质子理论来看，实际上均为 弱酸和其共轭碱。 如：HAc－Ac－ NH3－NH4+ 因此缓冲溶液是由弱酸与共轭碱（或 弱碱与共轭酸）构成的体系。
任何一对共轭酸碱对均可组成缓冲 溶液。 组成缓冲溶液的弱酸及其共轭碱， 称为缓冲系或缓冲对。 共轭酸碱对就是缓冲对。 如：HAc－Ac－
二、缓冲机制

以HAc—Ac-体系为例 缓冲溶液存在大量HAc和Ac- ，质子转移平衡
HAc + H2O

H3O+ + Ac-
当加入少量强酸时消耗掉外来的H+离子，质子转移平衡 左移，而溶液的pH保持基本不变。 H+ + Ac- HAc 当加入少量强碱时质子转移平衡右移，补充消耗掉的 H3O+离子，而的pH值保持基本不变。 OH- + H3O+ 2H2O • 共轭碱称为抗酸成分，共轭酸称为抗碱成分。
ΔpH1/2 pH c/2 pH c
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。 但从这一点也可以看出，缓冲体系的缓 冲能力是有限的。
例:取0.1mol/L NaH2PO410ml 与 0.20mol/L Na2HPO41.0ml混合，已知该 缓冲溶液中共轭酸的PKa=7.21，求此混 合溶的PH值。 解：在该缓冲溶液中共轭酸碱的物质的量 分别为：
n(H2PO4- ) = 10×0.1 = 1.0 (mmol) n(HPO42- ) = 1.0×0.2 = 0.2 (mmol)
PH PKa lg n HP0.2 7.21 lg 7.21 0.72 6.51 1.01
现有1.0L缓冲溶液，内含0.01mol
0.030mol HPO42-。 计算该缓冲溶液的pH； 往该缓冲溶液中加入0.005 0 mol HCl 后，pH 等于多少？ 析 题设缓冲系： H2PO4HPO42- + H+


二、缓冲机制
以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与酸
作用）
平衡向左移动
少量H+
HAc + H2O
H3O + Ac
+
+
-
NaAc
Na + Ac
-
以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与碱
作用）：
平衡向右移动
少量OH-
HAc + H2O
H3O + Ac
+
+
-
NaAc
Na + Ac
-
缓冲机制 结论 ① 由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成 分和抗酸成分，消耗外来的少量强酸、强 碱。 ② 它们通过弱酸解离平衡的移动，使溶液H+ 离子或OH-离子浓度未有明显的变化，因 此具有缓冲作用。

n (H 2 PO 4 )

（2）加入0.005 0 mol HCl后：
pH＝pKa+lg = 7.42
n (HPO 4
2

)
n (H 2 PO 4 )
=7.21+lg
0.030mol 0.0050mol 0.010mol 0.0050mol

二．
缓冲溶液的稀释值
缓冲溶液加水稀释时，c(B-)与c(HB)的比值不变， 计算的pH值也不变。

重点难点 1 重点 缓冲溶液的概念、组成和缓冲作用的机理； 影响缓冲溶液pH的因素及缓冲溶液pH的计算； 缓冲溶液的配制原则、方法和步骤；缓冲容 量的概念及缓冲容量的有关计算。 2 难点 缓冲容量的概念及缓冲容量的有关计算。
2
缓冲溶液的缓冲作用和组成 实验 样品1，0.10 mol· L-1 NaCl溶液 样品2，含 HAc 和 NaAc 均为0.10 mol· L-1的 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
第四章：缓冲溶液
1 基本要求 1.1 掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲作用的机理。 1.2 掌握影响缓冲溶液pH的因素和HendersonHasselbalch方程式及几种表示形式，并能用于缓冲 溶液pH的计算。 1.3 掌握缓冲溶液的配制原则、方法和步骤。 1.4 熟悉缓冲容量的概念及其影响因素、缓冲容量 的有关计算。 1.5 熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程 中的作用。 1.6 了解医学上常用的缓冲溶液配方和标准缓冲溶 液的组成。
……(1)
……(2)
……(3)
根据上面的公式，您认为缓冲溶液的 pH值与什么因素有关？
二、缓冲溶液PH值的决定因素：
1、缓冲溶液的pH值首先取决于弱酸的 离解常数Ka值。
2、其次取决于缓冲对浓度的比例--缓冲比， 当pKa一定时，pH值随着缓 冲比的改变而改变。缓冲比为1时， pH = pKa
例 混合 20 mL 0.10 mol· L-1 的 H3PO4与 30 mL 0.10 mol· L-1 的 NaOH，所得缓冲溶液的pH=？ 已知：pKa1=2.16， pKa2=7.21， pKa3=12.32。 解
一．
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
0.10 mol· L-1 HAc — 0.10 mol· L-1 NaAc溶液 溶液中加入HCl到 0.010 mol· L-1 ，溶液 的pH由4.75变为4.74， 改变仅0.01pH单位。
二．
总结：
由于缓冲体系中存在着弱酸（或弱 碱）的离解平衡，且共轭酸碱的浓 度都是较大的，因此加入H+或OH－ 时，只是使平衡发生了移动。当重 新建立平衡时，体系中的H+量并无 明显变化，从而保持体系的pH值相 对稳定。
第二节：缓冲溶液的PH值计算
一、缓冲溶液PH值的计算公式的推导：
NaB
平 衡 时
用公式
H2PO4-、
pH＝pKa+lg
n (HPO 4 ) n (H 2 PO 4 )

2
计算。 。
若加入HCl，H+与HPO42-反应生成H2PO4-
解 （1）根据H3PO4: pKa1=2.16; pKa2=7.21; pKa3=12.32 2 0.030 mol n (HPO 4 ) pH＝pKa+lg =7.21+lg 0.010 mol =7.68
例：计算0.050mol/LNH3－ 0.10mol/LNH4Cl缓冲溶液的PH值。 解：此体系中弱酸是 NH4+ ， 共轭碱是 NH3，已知Kb (NH3) = 1.7910-5 则 Ka=Kw/Kb=1.010-14/1.7910-5
= 5.5910-10 PKa =－lgKa =－lg(5.5910-10) = 9.25 PH ＝Pka +lg (C(NH3)/C (NH4+) ) = 9.25 ＋ lg(0.050/0.10) =8.95
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 ： n V | pH |
共轭酸 HAc
共轭碱 NaAc
NH4Cl H2PO4
-
NH3· H2O HPO42-
抗碱成分
缓冲对（缓冲系）
抗酸成分
一． 1.
缓冲溶液的缓冲作用和组成 缓冲溶液（buffer solution） • 能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保 • 持其pH基本不变的溶液。 缓冲作用（buffer action） • 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。
[HPO 4 ] 1.0mmol lg 2 7.21 lg 7.21 1.0mmol [H PO4 ]
例：计算由0.080mol/LHAc溶液和 0.20mol/LNaAc等体积混合成缓冲溶 液的PH值。（Ka＝1.810-5 ）
解：由于等体积混合后溶液的体积增大 一倍，在缓冲溶液中，各物质浓度发 生变化（为它们原浓度的一半）





max
1 1 2.303 [HB] [B ] 0.576 c总 2 2


缓冲比越接近1，缓冲容量越大；缓冲比等于
1时，有最大缓冲容量。
3.影响缓冲容量的因素：
（1）总浓度 同一缓冲对组成的缓冲溶液，当 缓冲比相同时，总浓度越大，其就 越大。 （2）缓冲比 同一缓冲对组成的总浓度相同的 缓冲溶液，缓冲比接近1， 越大， 反之。而当缓冲比等于1时， 最大。
CHAc= 0.08/2 =0.04 mol/L CAc- =0.2/2 =0.1 mol/L
由缓冲公式，得：
pH pK a lg c A cHA
0.10 lg( 1.8 10 ) lg 0.04 4.75 0.40 5.15
5
对弱碱和其盐体系
同理，可以得到弱碱及其盐所组成 的缓冲溶液的OH－浓度和PH值的计 算公式： c碱 [OH ] K b c盐 c碱 pOH pK b lg c盐