[医学]医学基础化学-第4章 缓冲溶液
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医学基础化学 -第4章 缓冲
溶液
缓冲溶液
4.1 缓冲溶液及缓冲机制 4.2 缓冲溶液pH值的计算 4.3 缓冲容量和缓冲范围 4.4 缓冲溶液的配制 4.5 血液中的缓冲系
许多化学反应，特别是生物体内的反应，只有在 一定pH值的条件下才能正常进行。 如配位滴定测水总硬度 终点变色与pH值控制有关 酶的活性 pH稍稍偏离，则大为降低甚至丧失 人的体液 超出正常pH范围，则会生病或死亡
pOH4.89pH9.11
根据缓冲机制和平衡移动原理：
当缓冲溶液中外加少量强酸时：
pH =
pKa + lg
[共轭碱][酸]外加 [共轭酸]+[酸]外加
当缓冲溶液中外加少量强碱时：
pH = pKa + lg
[共轭碱]+[碱]外加 [共轭酸][碱]外加
讨论：
上述计算缓冲溶液pH值的公式是否准确、 严谨？计算值与pH计的实验测量值是否 吻合？影响因素有哪些？
缓冲作用机制
以HAc – NaAc为例来说明缓冲溶液的作用机制
HAc + H2O NaAc
H3O+ + Ac– Na+ + Ac–
HAc本身为弱电解质，又由于Ac–同离子效应的影 响，故几乎全部以分子的形式存在。
在此混合体系中：Na+ 、HAc、Ac–的浓度较大， 其中HAc— Ac–为共轭酸碱对。
7.4 7.5 ~ 8.0
~ 7.6 8.3 ~ 8.4
4.1 缓冲溶液(buffer solution)及缓冲机制
实验：
加入1滴(0.05ml) 1mol·L-1 HCl
50ml NaCl 0.20mol·L-1 pH = 7
pH = 3
50ml HAc-NaAc (均为0.10mol·L-1)
式中pKa ：共轭酸酸常数的负对数 [B–]、[HB]：平衡浓度 [B–] / [HB]：缓冲比， [B–]+[HB]：总浓度
[HB] = cHB cHB解离 cHB [B–] = cNaB + cHB解离 cNaB
pH = pKa + lg
cB– cHB
= pKa + lg
nB– nHB
NH3(aq) + H2O (l) 加HCl前 0.150
NH4+ (aq) + OH-(aq) 0.200
加HCl后 0.150-0.0020
0.200+0.0020
平衡浓度 0.150-0.0020-x
0.200+0.0020+x x
(0.202x)x1.8105 0.1 4x8
x1.3105 c(OH )1.3105moLl1
pH = 4.74
pH = 4.73
加入1滴(0.05ml) 1mol·L-1 NaOH
pH = 11
pH = 4.75
酸性 中性 碱性
通用指示剂
H+ + NaCl + OH– H+ + HAc – NaAc + OH–
红绿 蓝
黄绿 绿
蓝绿
缓冲溶液的定义
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）。其抵抗作用称为缓冲作用（buffer action）。 缓冲溶液在化学和生物医学系统中占有重要地位。
思考：
按酸碱质子理论，什么样的溶液具有这种作用呢？
缓冲溶液的组成
1、较浓的强酸或强碱
2、两性物质
3、足够浓度的共轭酸碱对的两种物质，
合称为缓冲系（ buffer system）或缓冲对 （buffer pair）。——本章主要介绍对象
某些常见的缓冲系
缓冲系
pKaΘ(25℃)
HAc-NaAc
4.76
H2CO3-NaHCO3 H3PO4-NaH2PO4 NH4Cl-NH3 NaH2PO4- Na2HPO4 Na2HPO4-Na3PO4
6.35 2.16 9.25 7.21 12.32
pH范围
3.76~5.76 5.35~7.35 1.16~3.16 8.25~10.25 6.2~8.2 11.3~13.3
值各为多少？
解：加入 HCl 前:
pH14
pKb
lg
c(B) c(BH
)
14(lg1.8105)lg 0.150 0.200
9.26(0.12) 9.14
加入 HCl后: c (H ) C 1 .0 l0 0 .1m 0 L 1 o 0 .l00 m 2 L 1 o0 l 5.1 00
因此，维持溶液和体液的pH值基本不变，在化学 和医学上都意义重大。
一些常见体液和果汁的pH值
成人胃液 婴儿胃液 柠檬汁 醋 葡萄汁 橙汁 尿 唾液 牛奶 乳汁 血液、脑脊液 眼泪 胰液 小肠液 大肠液
0.9 ~ 1.5 5.0 2.4 3.0 3.2 3.5
4.8~8.4 6.5~7.5
6.5 6.0 ~ 6.9 7.35~7.45
HB + H2O
NaB
Ka
=[H3O+][B–] [HB]
H3O+ + B– Na+ + B–
[H3O +] =
[HB] Ka [B–]
两边同时取负对数可得：
亨德森(Henderson-Hasselbalch)方程
[B–] pH = pKa + lg [HB]
[共轭碱] = pKa + lg [共轭酸]
nB– / V = pKa + lg nHB / V
混合体系中
若使用相同浓度的弱酸及其共轭碱配制缓冲 溶液，则c0B– = c0HB （混合前）。
pH = pKa + lg
c0B– • VB– c0HB• VHB
=
pKa +
lg
VB– VHB
上述三种计算式是不同的表示形式。
例：若在 50.00ml 0.150mol·L-1 NH3 (aq)和 0.200 mol·L-1 NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.10ml 1.00 mol·L-1的HCl ，求加入HCl前后溶液的pH
H2O
平衡右移
H+
+
Ac–+ H2O
HAc + OH–
抗酸成分
anti-acid mechanism
anti-base mechanism
HAc + H2O
抗碱成分
平衡右移
H3O+ + Ac–来自百度文库
+ OH–
H2O
4.2 缓冲溶液pH值的计算
缓冲溶液pH值的近似计算公式 以HB-NaB组成的缓冲体系为例：
影响pH计算值与实验值差异的因素：
1、温度 温度变化可引起活度因子 改变； 水的离子积Kw随温度的升高而增大；温度 变化使共轭酸的Ka改变。总之，温度对pH 值的影响比较复杂，不再深入讨论。
溶液
缓冲溶液
4.1 缓冲溶液及缓冲机制 4.2 缓冲溶液pH值的计算 4.3 缓冲容量和缓冲范围 4.4 缓冲溶液的配制 4.5 血液中的缓冲系
许多化学反应，特别是生物体内的反应，只有在 一定pH值的条件下才能正常进行。 如配位滴定测水总硬度 终点变色与pH值控制有关 酶的活性 pH稍稍偏离，则大为降低甚至丧失 人的体液 超出正常pH范围，则会生病或死亡
pOH4.89pH9.11
根据缓冲机制和平衡移动原理：
当缓冲溶液中外加少量强酸时：
pH =
pKa + lg
[共轭碱][酸]外加 [共轭酸]+[酸]外加
当缓冲溶液中外加少量强碱时：
pH = pKa + lg
[共轭碱]+[碱]外加 [共轭酸][碱]外加
讨论：
上述计算缓冲溶液pH值的公式是否准确、 严谨？计算值与pH计的实验测量值是否 吻合？影响因素有哪些？
缓冲作用机制
以HAc – NaAc为例来说明缓冲溶液的作用机制
HAc + H2O NaAc
H3O+ + Ac– Na+ + Ac–
HAc本身为弱电解质，又由于Ac–同离子效应的影 响，故几乎全部以分子的形式存在。
在此混合体系中：Na+ 、HAc、Ac–的浓度较大， 其中HAc— Ac–为共轭酸碱对。
7.4 7.5 ~ 8.0
~ 7.6 8.3 ~ 8.4
4.1 缓冲溶液(buffer solution)及缓冲机制
实验：
加入1滴(0.05ml) 1mol·L-1 HCl
50ml NaCl 0.20mol·L-1 pH = 7
pH = 3
50ml HAc-NaAc (均为0.10mol·L-1)
式中pKa ：共轭酸酸常数的负对数 [B–]、[HB]：平衡浓度 [B–] / [HB]：缓冲比， [B–]+[HB]：总浓度
[HB] = cHB cHB解离 cHB [B–] = cNaB + cHB解离 cNaB
pH = pKa + lg
cB– cHB
= pKa + lg
nB– nHB
NH3(aq) + H2O (l) 加HCl前 0.150
NH4+ (aq) + OH-(aq) 0.200
加HCl后 0.150-0.0020
0.200+0.0020
平衡浓度 0.150-0.0020-x
0.200+0.0020+x x
(0.202x)x1.8105 0.1 4x8
x1.3105 c(OH )1.3105moLl1
pH = 4.74
pH = 4.73
加入1滴(0.05ml) 1mol·L-1 NaOH
pH = 11
pH = 4.75
酸性 中性 碱性
通用指示剂
H+ + NaCl + OH– H+ + HAc – NaAc + OH–
红绿 蓝
黄绿 绿
蓝绿
缓冲溶液的定义
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）。其抵抗作用称为缓冲作用（buffer action）。 缓冲溶液在化学和生物医学系统中占有重要地位。
思考：
按酸碱质子理论，什么样的溶液具有这种作用呢？
缓冲溶液的组成
1、较浓的强酸或强碱
2、两性物质
3、足够浓度的共轭酸碱对的两种物质，
合称为缓冲系（ buffer system）或缓冲对 （buffer pair）。——本章主要介绍对象
某些常见的缓冲系
缓冲系
pKaΘ(25℃)
HAc-NaAc
4.76
H2CO3-NaHCO3 H3PO4-NaH2PO4 NH4Cl-NH3 NaH2PO4- Na2HPO4 Na2HPO4-Na3PO4
6.35 2.16 9.25 7.21 12.32
pH范围
3.76~5.76 5.35~7.35 1.16~3.16 8.25~10.25 6.2~8.2 11.3~13.3
值各为多少？
解：加入 HCl 前:
pH14
pKb
lg
c(B) c(BH
)
14(lg1.8105)lg 0.150 0.200
9.26(0.12) 9.14
加入 HCl后: c (H ) C 1 .0 l0 0 .1m 0 L 1 o 0 .l00 m 2 L 1 o0 l 5.1 00
因此，维持溶液和体液的pH值基本不变，在化学 和医学上都意义重大。
一些常见体液和果汁的pH值
成人胃液 婴儿胃液 柠檬汁 醋 葡萄汁 橙汁 尿 唾液 牛奶 乳汁 血液、脑脊液 眼泪 胰液 小肠液 大肠液
0.9 ~ 1.5 5.0 2.4 3.0 3.2 3.5
4.8~8.4 6.5~7.5
6.5 6.0 ~ 6.9 7.35~7.45
HB + H2O
NaB
Ka
=[H3O+][B–] [HB]
H3O+ + B– Na+ + B–
[H3O +] =
[HB] Ka [B–]
两边同时取负对数可得：
亨德森(Henderson-Hasselbalch)方程
[B–] pH = pKa + lg [HB]
[共轭碱] = pKa + lg [共轭酸]
nB– / V = pKa + lg nHB / V
混合体系中
若使用相同浓度的弱酸及其共轭碱配制缓冲 溶液，则c0B– = c0HB （混合前）。
pH = pKa + lg
c0B– • VB– c0HB• VHB
=
pKa +
lg
VB– VHB
上述三种计算式是不同的表示形式。
例：若在 50.00ml 0.150mol·L-1 NH3 (aq)和 0.200 mol·L-1 NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.10ml 1.00 mol·L-1的HCl ，求加入HCl前后溶液的pH
H2O
平衡右移
H+
+
Ac–+ H2O
HAc + OH–
抗酸成分
anti-acid mechanism
anti-base mechanism
HAc + H2O
抗碱成分
平衡右移
H3O+ + Ac–来自百度文库
+ OH–
H2O
4.2 缓冲溶液pH值的计算
缓冲溶液pH值的近似计算公式 以HB-NaB组成的缓冲体系为例：
影响pH计算值与实验值差异的因素：
1、温度 温度变化可引起活度因子 改变； 水的离子积Kw随温度的升高而增大；温度 变化使共轭酸的Ka改变。总之，温度对pH 值的影响比较复杂，不再深入讨论。