第四章 缓冲溶液解析

7.11
∴ 加入0.20 g NaOH，酶能稳定存在。
20
（3）加入的NaOH为0.40 g 时：
0.40g/40.0 g mol 1 0.010mol
c(OH ) 0.010mol/0 .25L 0.040mol L1
由于OH－的加入，引起缓冲成分浓度的改变：
c(HPO42 ) (0.225 0.040)mol L1 0.265mol L1 c(H2PO4 ) (0.330 0.040)mol L1 0.290mol L1
[B ]
[共轭碱]
pH
pK a
lg [HB]
pK a
lg [共轭酸]
缓冲比
Henderson - Hasselbalch方程式 亨德森-哈塞巴赫方程式
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pH
pK
a
lg
[B- ] [HB]
同离子效应 ＝
pK
a
lg
c Bc HB
物质的量来表示
＝
pK
a
lg
n Bn HB
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注意：
pH
pK
a
lg
前提：足量的抗酸、抗碱成分共存。
弱酸(共轭酸) —— 共轭碱（弱碱）
(抗碱成分)
(抗酸成分)
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二、缓冲溶液的组成
缓冲溶液组成： ➢ 弱酸及其共轭碱； ➢ 弱碱及其共轭酸。
共轭酸碱对
缓冲系(buffer system)、缓冲对(buffer pair)： 组成缓冲溶液共轭酸碱对的两种物质。
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表4-1 常见的缓冲体系
pH
pKa2
lg
c(HPO42 ) c(H2PO4 )
7.21
lg
0.265 0.290
7.17
∴ 加入0.40 g NaOH，酶会分解。
3
一、缓冲溶液的概念及其作用机制
定义: 加入少量强酸、强碱或稍加稀释
后， 保持其pH值基本不变的溶液。 缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀
释的抵抗作用。
4
学习缓冲溶液的意义
➢ 科学研究、工业生产等许多情况下需要 控制反应体系的pH值范围。
➢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 。
[B- ] [HB]
1. 缓冲溶液pH值取决于共轭酸的pKa和缓冲比。 2. 同一缓冲体系的缓冲溶液，其pH值随着缓
冲比的改变而改变；当缓冲比＝1时， pH ＝ pKa。 3. 温度影响pKa，故影响缓冲溶液的pH。
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pH
pK
a
lg
[B- ] [HB]
4. 溶液pH值与缓冲对浓度的关系：
➢ 在一定范围内加水稀释时，由于缓冲比 不变，缓冲溶液pH值计算结果不变。
稀释后的pH值。
ΔpH1/2＞0：稀释后pH值增大。 ΔpH1/2＜ 0：稀释后pH值减小。
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例4-1 计算0.10 mol·L-1 NH3 20 mL和0.20
mol·L-1 NH4Cl 15 mL混合溶液的pH值。
pKb(NH3) = 4.75
pH
pK
a
lg
[B- ] [HB]
解 : 缓冲体系为NH4+ ~ NH3 ,
pKa(NH4+) = 14 －pKb = 9.25
pH = pKa + lg [n(NH3) / n(NH4+)]
= 9.25 + lg [(0.10 ×20) / (0.20 ×15)]
= 9.25 － 0.17
= 9.08
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例4-2 pH接近于7.0的磷酸盐缓冲溶液常用来 培养酶，某种酶仅能存活在pH为6.90～7.15 的培养液中。求含有0.225 mol·L-1 HPO42-和 0.330 mol·L-1 H2PO4-的溶液的pH。若在250 mL该溶液中分别加入0.20 g及0.40 gNaOH固 体，酶会分解吗？
由于OH－的加入，引起缓冲成分浓度的改变：
c(HPO42 ) (0.225 0.020)mol L1 0.245mol L1 c(H2PO4 ) (0.330 0.020)mol L1 0.310mol L1
pH
pKa2
lg
c(HPO42 ) c(H2PO4 )
7.21
lg
0.245 0.310
第四章 缓冲溶液
Buffer Solution
1
第一节 缓冲溶液及缓冲机制
2
Add 2.0 mL
1L
10 M HCl
1L
1.8×10-5M
0.1M HAc
缓
HCl
+0.1MNaAc
冲
pH=4.74
pH=4.74
溶
液
示
意
图
0.02M HCl
0.12M HAc +0.08MNaAc
pH=1.7
ห้องสมุดไป่ตู้pH=4.56
➢稀释过度，缓冲系物质的浓度不足，溶 液丧失缓冲能力。
➢缓冲溶液加水稀释时，实际pH值有微小 改变（活度因子改变）。
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稀释值
缓冲溶液pH随溶液稀释的改变可用稀释 值表示，符号：ΔpH1/2。
ΔpH 1/2 (pH) c / 2 (pH) c
pHc：浓度为 c 的缓冲溶液的pH值。 pHc/2：浓度为 c 的缓冲溶液加入等体积纯水
➢细胞正常生理环境、生物体内酶催化反 应等需要稳定的pH值环境。
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缓冲机制
以HAc~NaAc缓冲体系为例：
HAc + H2O
H3O + + Ac－
因NaAc的同离子效应 抑制了HAc 的解离
体系中存在大量HAc和Ac－
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在HAc~NaAc缓冲体系中加入少量强酸时：
HAc + H2O
H3O + + Ac－
解： （1）缓冲对为H2PO4－ ~ HPO42－
pH
pKa2
lg
c(HPO42 ) c(H2PO4 )
7.21
lg
0.225 0.330
7.04
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（2）加入的NaOH为0.20 g 时：
0.20g/40.0 g mol 1 0.005mol
c(OH ) 0.005mol/0 .25L 0.020mol L1
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
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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
消耗的H＋，pH没有明显升高
抗碱缓冲作用
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缓冲溶液的缓冲作用机制：
实质是通过共轭酸碱对之间的质子转 移，消耗外来的酸和碱。即质子转移平衡 的移动。
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第二节 缓冲溶液 pH 的计算
一、缓冲溶液pH近似计算公式
弱酸（HB）和共轭碱（B－）组成的缓冲溶液：
HB + H2O NaB
H3O+ + BNa+ + B-
有：
Ka
[H3O ][B－] [HB]
[H3O
]
Ka
[HB] [B－ ]
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[H3O
]
Ka
[HB] [B－ ]
将上式两边取负对数，可得：