第四章 缓冲溶液
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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
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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
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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
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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
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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。
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。
04缓冲溶液42页PPT
04缓冲溶液
第四章 缓冲溶液
Buffer Solution
学习内容
1. 缓冲溶液及缓冲机制 ① 缓冲溶液及其作用机制 ② 缓冲溶液的组成
2. 缓冲溶液pH的计算 缓冲溶液pH的近似计算公式
3. 缓冲容量和缓冲范围 ① 缓冲容量 ② 影响缓冲容量的因素及缓冲范围
4. 缓冲溶液的配制 ① 常用缓冲溶液的配制方法 ② 标准缓冲溶液
质子转移平衡
HAc+H2O
H2CO3+ H2O
H3PO4+H2O Tris·H+43;H2O
CH3NH3++H2O H2PO4-+H2O HPO42-+H2O
Ac-+H3O+ HCO3-+H3O+ H2PO4-+H3O+
Tris+H3O+ HC8H4O4-+H3O+ NH3+H3O+ CH3NH2+H3O+ HPO42-+H3O+ PO43-+H3O+
一、缓冲溶液pH值的近似计算公式
1. Henderson—Hasselbalch方程式 以HB代表弱酸，并与其共轭碱B-组成缓冲溶液。 HB + H2O ⇋ H3O+ + B
Ka
[H3O ][B]，等 [HB ]
式
两
边
各
取
负
对
数
pH
pKa
lg
[B- ] [HB]
2. Henderson—Hasselbalch方程式的意义
在实际应用中，还采用酸碱反应的生 成物与剩余的反应物组成缓冲系。
弱酸（过量）+ 强碱 强酸 + 弱碱（过量） 优点：
第四章 缓冲溶液
Buffer Solution
学习内容
1. 缓冲溶液及缓冲机制 ① 缓冲溶液及其作用机制 ② 缓冲溶液的组成
2. 缓冲溶液pH的计算 缓冲溶液pH的近似计算公式
3. 缓冲容量和缓冲范围 ① 缓冲容量 ② 影响缓冲容量的因素及缓冲范围
4. 缓冲溶液的配制 ① 常用缓冲溶液的配制方法 ② 标准缓冲溶液
质子转移平衡
HAc+H2O
H2CO3+ H2O
H3PO4+H2O Tris·H+43;H2O
CH3NH3++H2O H2PO4-+H2O HPO42-+H2O
Ac-+H3O+ HCO3-+H3O+ H2PO4-+H3O+
Tris+H3O+ HC8H4O4-+H3O+ NH3+H3O+ CH3NH2+H3O+ HPO42-+H3O+ PO43-+H3O+
一、缓冲溶液pH值的近似计算公式
1. Henderson—Hasselbalch方程式 以HB代表弱酸，并与其共轭碱B-组成缓冲溶液。 HB + H2O ⇋ H3O+ + B
Ka
[H3O ][B]，等 [HB ]
式
两
边
各
取
负
对
数
pH
pKa
lg
[B- ] [HB]
2. Henderson—Hasselbalch方程式的意义
在实际应用中，还采用酸碱反应的生 成物与剩余的反应物组成缓冲系。
弱酸（过量）+ 强碱 强酸 + 弱碱（过量） 优点：
《缓冲溶液》课件
但缓冲溶液的缓冲作用不是无限的。
二、缓冲溶液的组成
缓冲溶液一般由足够浓度、适当比例的 共轭酸碱对的两种物质组成。
根据缓冲溶液的组成不同，可分为两种 类型：
（1）弱酸及其共轭碱 HAc-NaAc NaHCO3-Na2CO3 NaH2PO4-Na2HPO4
（2）弱碱及其共轭酸
NH3·H2O-NH4Cl CH3NH2-CH3NH3+Cl（甲胺） （盐酸甲胺）
缓冲比对β的影响
溶液
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ V
[Ac-] mol·L-1
0.095 0.09 0.05 0.01 0.005
[HAc] mol·L-1
0.005 0.01 0.05 0.09 0.095
缓冲比
19∶1 9∶1 1∶1 1∶9 1∶19
c总 mol·L-1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
β mol·L-1·pH-1
pKa(NH4+)＝9.25
pH＝pKa+lg
n(NH n(NH
3
4
) )
＝9.25+lg 0.10mol L1 20ml
0.20mol L1 15ml
＝9.25-0.17＝9.08
例 将20 mL 0.10 mol·L-1 的 H3PO4溶液与 30 mL 0.10 mol·L-1 的 NaOH溶液混合，求所得缓冲溶液的
H3O+ + B-
pH
pKa
lg
[B- ] [HB]
1. Henderson—Hasselbalch方程式
HB + H2O
H3O+ + B-
Ka
[H3O ][B] ，等式两边各取负对数 [HB ]
二、缓冲溶液的组成
缓冲溶液一般由足够浓度、适当比例的 共轭酸碱对的两种物质组成。
根据缓冲溶液的组成不同，可分为两种 类型：
（1）弱酸及其共轭碱 HAc-NaAc NaHCO3-Na2CO3 NaH2PO4-Na2HPO4
（2）弱碱及其共轭酸
NH3·H2O-NH4Cl CH3NH2-CH3NH3+Cl（甲胺） （盐酸甲胺）
缓冲比对β的影响
溶液
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ V
[Ac-] mol·L-1
0.095 0.09 0.05 0.01 0.005
[HAc] mol·L-1
0.005 0.01 0.05 0.09 0.095
缓冲比
19∶1 9∶1 1∶1 1∶9 1∶19
c总 mol·L-1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
β mol·L-1·pH-1
pKa(NH4+)＝9.25
pH＝pKa+lg
n(NH n(NH
3
4
) )
＝9.25+lg 0.10mol L1 20ml
0.20mol L1 15ml
＝9.25-0.17＝9.08
例 将20 mL 0.10 mol·L-1 的 H3PO4溶液与 30 mL 0.10 mol·L-1 的 NaOH溶液混合，求所得缓冲溶液的
H3O+ + B-
pH
pKa
lg
[B- ] [HB]
1. Henderson—Hasselbalch方程式
HB + H2O
H3O+ + B-
Ka
[H3O ][B] ，等式两边各取负对数 [HB ]
缓冲溶液
x y 100
则
pH pK a 2
x y 100
n( Na 2 HPO4 ) lg n( NaH2 PO4 )
0.020y 0.020x 0.040x 0.020y
解之得……
29
7.40 7.21 lg
实际应用中
常利用现成的配方（或商业销售产品）进行配制， 再进行校正 。
（1）缓冲溶液的 pH 主要取决于共轭酸的 pKa，其次取 决于缓冲比。 pKa一定缓冲溶液的pH随着缓冲比的改变而改变。 当缓冲比等于 1 时，pH = pKa
（2）T 对pH的影响 （比较复杂，不讨论）
（3）稀释对pH的影响 （少量稀释，影响小）
[共轭碱] pH pK a lg [共轭酸]
此题注意 pKa应为共 轭酸的pKa
16
2. ) pH 接近于7.0 的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某 种酶仅能存在于pH 为6.90~7.15 的培养液中。求（1）含 有0.225mol· L－1 HPO42－和0.330mol· L－1 H2PO4－的溶液 的pH。（2）若在250mL 该溶液中分别加入0.20 g 及（3） 0.40g NaOH 固体，酶会分解吗？已知H3PO4的pKa1=2.12， pKa2=7.21，pKa3=12.67 解： 此混合溶液的缓冲系为H2PO4－－HPO42－
18
例 3 0.20 mol· L－1的HAc 100 mL与0.20 mol· L－1的NaOH 50 mL混合，pH=？
解： HAc + NaOH NaAc + H2O
反应前
反应后
20
10
10
0
0
10
mmol
mmol
则
pH pK a 2
x y 100
n( Na 2 HPO4 ) lg n( NaH2 PO4 )
0.020y 0.020x 0.040x 0.020y
解之得……
29
7.40 7.21 lg
实际应用中
常利用现成的配方（或商业销售产品）进行配制， 再进行校正 。
（1）缓冲溶液的 pH 主要取决于共轭酸的 pKa，其次取 决于缓冲比。 pKa一定缓冲溶液的pH随着缓冲比的改变而改变。 当缓冲比等于 1 时，pH = pKa
（2）T 对pH的影响 （比较复杂，不讨论）
（3）稀释对pH的影响 （少量稀释，影响小）
[共轭碱] pH pK a lg [共轭酸]
此题注意 pKa应为共 轭酸的pKa
16
2. ) pH 接近于7.0 的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某 种酶仅能存在于pH 为6.90~7.15 的培养液中。求（1）含 有0.225mol· L－1 HPO42－和0.330mol· L－1 H2PO4－的溶液 的pH。（2）若在250mL 该溶液中分别加入0.20 g 及（3） 0.40g NaOH 固体，酶会分解吗？已知H3PO4的pKa1=2.12， pKa2=7.21，pKa3=12.67 解： 此混合溶液的缓冲系为H2PO4－－HPO42－
18
例 3 0.20 mol· L－1的HAc 100 mL与0.20 mol· L－1的NaOH 50 mL混合，pH=？
解： HAc + NaOH NaAc + H2O
反应前
反应后
20
10
10
0
0
10
mmol
mmol
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。
缓冲溶液
4.4 缓 冲 溶 液 的 配 制
缓冲溶液的配制
1.选择适当的缓冲对，使所配制的缓冲溶液的pH值 落在所选缓冲对的pKa±１范围内。 2.缓冲对的pKa值应尽可能接近于所需配制缓冲溶液 的pH值。 3.一般采用浓度相等的共轭酸碱对来配制。 4.配制的缓冲溶液要有一定的总浓度，一般在0.05 -0.2 mol·-1 之间。 L 5.所选择的缓冲对不能与反应物或生成物发生作用， 药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等。 6.校正：需在pH计监控下，对所配缓冲溶液的pH校 32 正。
2 .3
c(H A ) c(A ) c(H A ) c(A )
26
4.3 缓 冲 容 量 和 缓 冲 范 围
影响缓冲容量的因素
1.缓冲溶液的总浓度c总 2.与缓冲溶液的缓冲比有关
27
4.3 缓 冲 容 量 和 缓 冲 范 围
缓冲容量 与pH的关系 （1）HCl （2）0.1 mol· -1 L HAc+NaOH （3）0.2 mol· -1 L HAc+NaOH （4）0.05 mol· -1 L KH2PO4+NaOH （5）0.05 mol· -1 L H2BO3+NaOH （6）NaOH
pH p K a 2 lg [ HPO
24 -
]
7 . 21 lg
0 . 265 mol L 0 . 290 mol L
1 1
7 . 17
[ H 2 PO 4 ]
此时溶液超过了酶稳定存在的限度，酶将会分解。
25
4.3 缓 冲 容 量 和 缓 冲 范 围
缓冲容量(Buffer Capacity)
缓冲容量减弱
缓冲容量减弱
基础化学第四章(缓冲溶液)8
+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
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
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
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
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]
第四章缓冲溶液
第二节缓冲溶液复习目标1、掌握缓冲溶液的概念及组成2、理解缓冲溶液的作用原理3、掌握影响缓冲容量大小的因素及缓冲溶液的缓冲范围4、了解有关缓冲溶液pH的计算5、了解缓冲溶液的选择原则复习过程1、缓冲溶液具有作用，在反应生成或外加少量的强酸强碱后，也能保持溶液的基本不变。
2、缓冲溶液的组成（1）（2）（3）3、对于弱酸及其盐组成的缓冲溶液，pH= ；对于弱碱及其盐组成的缓冲溶液，pH= ；两性化合物组成的缓冲溶液，pH= 。
4、衡量缓冲溶液缓冲能力大小的是，其大小与有关。
5、酸式缓冲溶液缓冲范围的公式：；碱式缓冲溶液缓冲范围的公式：6、根据布朗斯太特的酸碱质子理论，酸是能给出质子（H+）的物质，碱是能接受质子的物质。
一种碱（B），接受质子后其生成物（HB+）便成为酸；同理，一种酸给出质子后余下部分便为碱。
酸与碱的这种关系可表示如下：B+ H+HB+（碱）（酸）可见，酸与碱彼此是不可分开的，具有相互依存的关系。
HB+- B称为共轭酸碱对。
共轭酸碱之间，彼此只相差一个质子。
7、缓冲溶液的选择原则是什么？【随堂练习】1、根据酸碱质子理论，找出下列反应中的酸和碱。
HAc H++Ac-NH4+H+NH3H2PO4—H++ HPO42—HPO42—H++ PO43—2、下列各组溶液不是缓冲溶液的是（）A．NaH2PO4- Na2HPO4混合液B．0.2mol/L NH4Cl与0.1mol/LNaOH等体积混合液C．0.1mol/LNaOH与0.1mol/L HAc等体积混合液D．NH4Cl- NH3．H2O3、H2PO4－的共轭碱是（）A.H3PO4B.HPO42－C.PO43－D.OH－4、下列各组物质，哪些可以用来制备缓冲溶液？⑴ HCL—NaCL ⑵HAc—NaOH ⑶ NH3—HCL ⑷ H2PO4—NaH2PO4⑸ H2CO3—NaHCO3⑹ NH3．H2O—NH4Cl5、根据缓冲溶液的选择原则，判断下列三种酸可以用来配制PH=3的缓冲溶液？HCOOH Ka=1.7×10-4HAC Ka=1.8×10-5CLCH2COOH Ka=1.4×10-36、以HAc-NaAc为例说明缓冲溶液的缓冲原理。
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-
NaAc
Na + Ac
-
当溶液中[H+]的稍有降低时，由于溶液中[HAc] 较高，大量存在的HAc立即电离出H＋来补充因中和 所消耗的H＋，当建立新的平衡时，[HAc]略有减少 [Ac－]略有增加，溶液的PH值几乎不变。
第11页
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，因此加入少量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。 缓冲溶液的缓冲能力是有限度的。
缓冲溶液pH的计算步骤
1、找出 HB-B-，Ka
2、计算n(HB) n(B-) 或C(HB) C(B-) 3、计算pH 例1: 0.1mol/L HAc与 0.2mol/L NaAc等体积混合，计
算溶液的pH值。(Ka=1.76×10-5) 解： 缓冲对: HAc~NaAc
CHAc= 0.05mol/L CNaAc= 0.1mol/L CAcCHAc
第8页
二、缓冲作用原理
以H2CO3-NaHCO3缓冲对为例: 以HAc-NaAc缓冲对为例: 大量 H CO + H 2O HAc + H O H3O+ + HCO + + AcH3O 2 3 3 2 NaAc Na+ + Ac- - 大量 NaHCO3 Na+ + HCO3 由于同离子效应，达平衡时，HAc几乎完全以 分子状态存在，所以溶液中含有大量的HAc与Ac-， 且为共轭酸碱对。
2 4
pH pK a 2 lg
CHPO 2
4
CH PO
2 4
0.265 7.21 lg 7.17 0.290
可见：将0.20 g NaOH 加入缓冲溶液中，酶能稳定存在； 将0.40 g NaOH 加入缓冲溶液中，酶将分解。
课堂练习
第23页
第三节 缓冲容量和缓冲范围
用来衡量缓冲能力的大小。 一、缓冲容量 ：
0.10 1 0.05 0.049 mol L1 2 50 0.05 0.20 1 0.05 C碱 0.101mol L1 2 50 0.05 C碱 C酸
pH = pKa + log—— = 5.06
C酸
第18页
例2：计算含0.20mol· -1 NH3 和0.10 mol· -1 NH4Cl L L 的缓冲溶液的pH值。(Kb( NH3)=1.76×10-5） 解：此混合溶液的缓冲系为NH4+-NH3，由题知：
pKa(NH4+) =14 – pKb a lg
NH
4
NH3
0.20 9.25 lg 0.10 =9.55
第19页
例3：0.1mol/L HAc溶液100ml中加入100mg NaOH固体后，溶液的pH值为多少？
（HAc的pKa=4.75，不考虑体积效应。）
[H+]
[H ] K a
[HB ] [B ]
第13页
-
缓冲溶液pH的近似计算公式：
[B-] pH = pKa + lg [HB]
……(1)
C(B-) pH = pKa + lg C(HB)
pH = pKa + lg n(B-) ……(3) V(B-) n(HB)
……(2)
cB-(初）=cHB (初）： pH = pKa + lg
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。
第25页
当溶液稀释时，缓冲比值虽然不变，pH值 不变，但总浓度降低，因而缓冲容量将减小。
使一升缓冲溶液pH值改变一个单位所加一元强 酸或强碱的物质的量。其数学式为 ：
na( b ) V dpH V pH
d na( b )
β越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强。
第24页
二、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
CAcpH = pKa + lg =4.27 CHAc余
第20页
pH接近于7.0的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，
某种酶仅能存在于pH 6.90~7.15 的培养液中。
求含有 0.225mol/L HPO42-和 0.330mol/L H2PO4-
的溶液的pH。
若在250mL该溶液中分别加入0.20 g和0.40 g
则: (2)加入0.20 COH g NaOH后 C HPO 0.225 0.020 0.245 (mol L1 ) 的pH值
0.20 / 40 0.020(m ol L1 ) 0.25
2 4
C H PO 0.330 0.020 0.310 (mol L1 )
第17页
pH = pKa + lg
=5.05
在上述缓冲溶液中加入0.05ml1mol/L HCl或1mol/L NaOH或加入5ml水稀释，溶液pH各为多少？ C碱 (1)缓冲溶 pH = pKa + log—— = 4.75+ log 0.2/2 = 5.05 ——— C酸 0.1/2 液的pH值 (2)加入0.05 ml 1mol/L H+ 时的pH值
NaOH 固体，酶会分解吗？
（知 H3PO4 的pKa1=2.12 ,pKa2=7.21 ,pKa3=12.67）
课堂练习
第21页
解：缓冲对：H2PO4-~HPO42-，计算时选用pKa2 。
(1)缓冲溶 液的pH值
pH pK a 2 lg CHPO 2
4
CH PO
2 4
0.225 7.21 lg 7.04 0.330
（HCO3－– CO32-） KH2PO4 – K2HPO4
第7页
表4-1 常见的缓冲系
缓冲系 HAc-NaAc H2CO3-NaHCO3 H3PO4-NaH2PO4 Tris· HCl -Tris H2C8H4O4- KHC8H4O4 NH4Cl - NH3 CH3NH3+Cl - CH3NH2 NaH2PO4- Na2HPO4 Na2HPO4- Na3PO4 质子转移平衡 HAc+H2O H2CO3+ H2O H3PO4+H2O Tris· ++H2O H H2C8H4O4+H2O NH4++H2O CH3NH3++H2O H2PO4-+H2O HPO42-+H2O Ac-+H3O+ HCO3-+H3O+ H2PO4-+H3O+ Tris+H3O+ HC8H4O4-+H3O+ NH3+H3O+ CH3NH2+H3O+ HPO42-+H3O+ PO43-+H3O+
第 四 章
缓 冲 溶 液
第1页
学习内容
1. 缓冲溶液及缓冲机制 ① 缓冲溶液及其作用机制 ② 缓冲溶液的组成 2. 缓冲溶液pH的计算 ① 缓冲溶液pH的近似计算公式 ② 缓冲溶液pH计算公式的校正 3. 缓冲容量和缓冲范围 ① 缓冲容量 ② 影响缓冲容量的因素及缓冲范围
第2页
学习内容
4. 缓冲溶液的配制 ① 常用缓冲溶液的配制方法 ② 标准缓冲溶液 5. 血液中的缓冲系
……(4)
V(HB)
缓冲溶液的pH主要取决于pKa pKa值一定，其pH随着缓冲比[B-]/[HB]的改变而 改变。当缓冲比等于l时，pH等于pKa
第14页
缓冲溶液的稀释值
缓冲溶液加水稀释时，缓冲比不变，pH的计 算值也不变。
c( B- ) pH pK a lg c( HB)
但稀释会引起溶液离子强度的改变，使HB和B的活度因子受到不同程度的影响，因此缓冲溶 液的pH值也随之有微小的改变。
7.00 4ml HAc +NaAc 4.75 -1
3.00 3.00 4.74
11.00 11.00 4.76
上述实验结果表明:水、NaCl溶液不具有缓冲作用, HAc +NaAc 体系溶液具有缓冲作用, 它是一种缓冲溶液。
第5页
2.缓冲溶液的组成
缓冲溶液一般是由两种物质组成的
（碱性） 抗酸成分 （质子碱） 缓冲对或缓冲系 缓冲溶液 （酸性） 抗碱成分 （质子酸）
H3O + Ac
+
NaAc
Na + Ac
-
由于溶液中[Ac－]较高，加入强酸的量又相 对较少，大量的Ac－中只有少量的用来同H+结 合，当建立新的平衡时，[Ac-]略有减少， [HAc]略有增加，溶液中[H+]几乎没有改变。
第10页
碱的影响
少量OH平衡向右移动
HAc + H2O
H3O + Ac
+
+
0.10 1 0.05 0.051mol L1 2 50 0.05 0.20 1 0.05 C碱 0.099 mol L1 2 50 0.05 C碱 C酸
pH = pKa + log—— = 5.03
C酸
(3)加入0.05 ml1mol/L OH时的pH值
(1)Ac-(共轭碱)为缓冲溶液的抗酸成分。 (2)HAc(弱酸) 为缓冲溶液的抗碱成分。 (3)当溶液稀释时，H3O+和Ac-离子浓度同时降
低，同离子效应减弱，使HAc解离度增大，HAc进一 步解离产生的H+可使溶液的pH保持基本不变。