中医学院医用化学课程设计（首页）课程名称：医用化学 任课教师：职称：所在系部：医学技术系 教 研 室：化学教研室授课对象：医学影像 授课时间：课程类型：必修基础课授课章节：第四章 缓冲溶液 基本教材：祖期主编基础化学第八版, 人民卫生，2013年3月。自学资源：1、无机化学许善锦主编，人民卫生.2、基础化学第五版.祖期主编，人民卫生.3、基础化学徐春祥主编，高等教育.4、现代化学基础朱裕贞主编，化学工业.5、现代化学基础胡忠鲠主编，高等教育.教学目标：（一）知识目标：1. 掌握缓冲溶液的概念、组成和作用机制；影响缓冲溶液pH的因素、Henderson-Hasselbalch方程式及应用；缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。2. 熟悉缓冲溶液的配制原则、方法和步骤；血液中的主要缓冲系及其在稳定血液pH过程中的作用。3. 了解医学上常用的缓冲溶液的配方和标准缓冲溶液的组成。（二）能力目标：通过本章节的学习，使学生初步掌握缓冲溶液的组成、缓冲溶液的缓冲机理、缓冲溶液的配制方法、缓冲溶液PH值的计算、缓冲围、影响缓冲容量的因素以及缓冲溶液在医学上的应用等等，培养学生独立的分析问题和解决问题能力。（三）情感目标通过缓冲溶液的学习，学生特点分析：本课程针对临床专业大一学生开设，学生在中学阶段选修课程部分容不讲解，知识结构不系统，在讲解时要精讲，并结合临床专业的实例，调动学生的积极性，培养他们学习化学课程的兴趣。教学重点：1.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。教学难点：1. 缓冲容量的概念及缓冲容量的有关计算。2. 缓冲对的选择。解决方法和处理措施：1. 通过实验教学设置相关的实验容，让学生首先了解缓冲容量的概念和影响缓冲容量的因素，然后通过结合实验结果讲述这些因素对缓冲容量的影响情况，并且引出如何计算缓冲容量。2. 通过医学上的实例说明所选择的缓冲对，然后通过计算得出缓冲溶液的PH值，再说明决定缓冲溶液PH值的因素，进而指出如何选择缓冲对。教学容与教学活动：本章容知识点多，过程中可以采用多种教学活动，比如人体中的重要缓冲系、人体如何通过呼吸调节自身PH值基本恒定不变，小孩为什么消化能力比成人差等等，均可以采用设问，然后通过平衡的移动等来进行解释。增强学生通过化学原理来解释一些现实问题的能力，培养他们解决问题的能力。教学媒体的选择和使用方法：通过动画展示向加有酚酞的NaAc溶液和NaAc-HAc溶液中加入氢氧化钠溶液，溶液颜色的深浅差异，说明这两种溶液性质上的差异，通过讲解引出NaAc-HAc溶液具有缓冲作用，同时可以调动学生的学习积极性。教学反思与评价：基本概念学生易接受，但是缓冲对的选择是难点，应该重点从缓冲溶液PH值的计算公式入手，重点讲解影响缓冲溶液PH的主要因素为缓冲对中的共轭算的，因此总结出确定缓冲对的首要问题是依据所需要的PH，选择最接近的此PH的Ka共轭酸，随之算的共轭碱也确定，缓冲对随之确定。然后通过举例进行加强，可获得较好的教学效果。板书设计和课件：本课程采用自制的多媒体课件，通过大量的图片进行感官刺激，达到增强学生记忆公示的目的。板书设计如下：第四章 缓冲溶液第一节 缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液二、缓冲机制四、缓冲溶液的组成第三节 缓冲容量和缓冲围一、缓冲容量 =二、影响缓冲容量的因素2.303HBB-/c总 三、有效缓冲围 PH=PKa1第四节 缓冲溶液的配制二、标准缓冲溶液第五节 血液中的缓冲系教学改革：1. 2. 中医学院医用化学课程设计（续页）时间分配教学重点、容和步骤板书提要、课堂提问、举例要点教学方法与手段5min20min10min20min5min5min10min20min第四章 缓冲溶液缓冲溶液在自然界普遍存在，在化工生产、化学分析、分离、细菌培养、药剂生产和使用，尤其在生物体调节酸碱平衡等方面起着重要作用。下面，我们通过通过一个对比实验：相同浓度的HCl和HAc-NaAc溶液中加入氢氧化钠，用PH值试纸测试溶液PH的变化情况？来说明什么缓冲溶液？缓冲溶液的性质，组成、缓冲机理、缓冲围、，并推到出缓冲溶液pH值的计算公式，探讨影响缓冲溶液缓冲容量（能力）的因素，并且从中掌握如何来配制缓冲溶液？最后了解人体的缓冲对，及其在人体的作用？第一节 缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液及其作用机制什么是缓冲溶液？纯水有无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？HAc-NaAc混合溶液是否具有抵抗外加少量强酸、强碱或稍加稀释的能力？缓冲溶液及缓冲作用的概念较浓的强酸、强碱是否也具有缓冲作用？缓冲溶液为什么具有缓冲作用呢？以HAc-NaAc组成的缓冲溶液为例，说明缓冲溶液的作用原理。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq)（大量） （大量）当向该溶液中加入少量强酸时，Ac- 离子接受H3O+传递的质子使上式的质子转移平衡左移，消耗掉外来的H3O+离子，溶液中H3O+离子浓度没有明显地升高，溶液的pH基本保持不变。当向溶液中加入少量强碱时，OH-接受溶液中H3O+传递的质子OH-(aq)+ H3O+(aq) 2H2O(l)使HAc的质子转移平衡右移，HAc分子进一步解离以补充消耗掉的H3O+离子，而溶液中的H3O+离子浓度不会明显降低，溶液的 pH基本保持不变。共轭酸HAc发挥了抵抗少量外来强碱的作用，故称之为缓冲溶液的抗碱成分。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。可见，缓冲作用是在有足量的抗酸成分和抗碱成分共存的缓冲体系中，通过共轭酸碱对之间的质子转移平衡移动来实现的。二、缓冲溶液的组成缓冲溶液一般是由具有足够浓度、适当比例的共轭酸碱对的两种物质组成。第二节 缓冲溶液pH的计算一、缓冲溶液pH的近似计算公式弱酸(HB)及其共轭碱(B-)组成的缓冲溶液中，HB和B-之间的质子转移平衡为：HB + H2O H3O+ + B-pHpKa+lgpKa+lg (4-2)由于NaB提供了大量的B-，产生同离子效应，使HB解离很少，c(HB)可忽略，故HB和B-可以分别用初始浓度c(HB)和c(B-)来表示pHpKa+lgpKa+lg (4-3) 若以n(HB)和n(B-)分别表示体积V的缓冲溶液中所含共轭酸碱的物质的量，则有pHpKa+lgpKa+lg (4-4)若使用相同浓度的弱酸及共轭碱，即c(HB)=c(B-)，则有pH= (4-5)由以上各式可知：(1) 缓冲溶液的pH主要取决于弱酸的 pKa，其次是缓冲比。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l时，pH=pKa。(2) 弱酸的解离常数Ka与温度有关，所以温度对缓冲溶液的pH有影响。但温度对缓冲溶液pH的影响比较复杂，在此不加以深入讨论。 (3) 在一定围加水稀释时，缓冲溶液的缓冲比不变，则由HendersonHasselbalch方程式计算的pH也不变，即缓冲溶液有一定的抗稀释能力。原因是当缓冲溶液稀释时，H3O+离子浓度降低，B-离子浓度也同时降低，因而同离子效应减弱，促使弱酸HB解离度增大。HB进一步离解所产生的H3O+离子使得溶液的pH基本保持不变。应当指出，稀释会引起离子强度改变，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也会随之有微小的改变。缓冲溶液pH随溶液稀释的改变，一般用稀释值表示。第三节 缓冲容量和缓冲围一、缓冲容量任何缓冲溶液的缓冲能力都是有一定限度的，即当加入的强酸或强碱超过某一定量时，缓冲溶液的pH值将发生较大的变化，从而失去缓冲能力。 (4-7) 由式（4-7）可知，为正值，单位是浓度pH-1。在dna(b)和V一定的条件下，pH改变值|dpH|愈小，愈大，缓冲溶液的缓冲能力愈强。二、影响缓冲容量的因素从式(4.7)可导出缓冲容量与缓冲溶液的总浓度c总、以及HB和B-的关系：2.303HBB-/c总 (4-8)1总浓度对的影响2缓冲比对的影响3有效缓冲围4强酸、强碱的缓冲能力第四节 缓冲溶液的配制为了能准确而又方便地配制所需pH的缓冲溶液，科学家们曾对缓冲溶液的配制进行了精密的系统研究，并制订了许多配制具有准确pH的缓冲溶液的配方。如：表4-4，如何配制pH6.00的缓冲溶液？二、标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力。是用来校准pH计的，即应用pH计测定溶液pH时，必须用标准缓冲溶液校正仪器在表4-6中，酒石酸氢钾、邻苯二甲酸氢钾和硼砂标准缓冲溶液，都是由一种化合物配制而成的。三、如何配制缓冲溶液第五节 血液中的缓冲系人体各种体液都有一定的pH围，如胃液的pH围为1.03.0，尿液的pH围为4.78.4，相比之下血液的pH围最窄，为7.357.45。血液能保持如此狭窄的pH围，主要原因是血液中存在可保持pH基本恒定的多种缓冲系。血液中存在的缓冲系主要有血浆中：H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-(HnP代表蛋白质)红细胞中：H2b-Hb-(H2b代表血红蛋白)、H2bO2-HbO2-(H2bO2代表氧合血红蛋白)、H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-在这些缓冲系中，碳酸缓冲系的浓度最高，在维持血液pH的正常围中发挥的作用最重要。二氧化碳是人体在正常新代过程中产生的酸性物质，溶于体液的二氧化碳存在形式？当血液中HCO3- CO2(溶解)缓冲系的缓冲比等于201时，血液的正常pH为7.40。若缓冲比减小至使血液的pH小于7.35，则发生酸中毒(acidosis)；若缓冲比增大至使血液的pH大于7.45，则发生碱中毒(alkalosis)。若血液的pH小于6.8或大于7.8，就会导致死亡。在人体，HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，所以常将血浆中的HCO3-称为碱储。总之，由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用，使正常人血液的pH维持在7.357.45的狭小围。导入设问 /