第四章第四章 缓冲溶液缓冲溶液一、缓冲溶液的缓冲作用和组成一、缓冲溶液的缓冲作用和组成实验说明：实验说明：HAcNaAc混合溶液有抵抗外混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH不变不变的能力。的能力。这种能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释这种能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持而保持pH基本不变的溶液称为基本不变的溶液称为缓冲溶液缓冲溶液。 缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成n弱酸及其共轭碱：弱酸及其共轭碱：HAc-NaAcn弱碱及其共轭酸：弱碱及其共轭酸：NH3-NH4Cl组成缓冲溶液的两对物质称为缓冲对。组成缓冲溶液的两对物质称为缓冲对。在实际应用中还可采用酸碱反应的生成物与剩在实际应用中还可采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲体系：余的反应物组成缓冲体系：例如：例如：HAc(过量过量)+NaOHNaAc-HAcHCl+NaAc(过量过量)HAc-NaAc （1）若在该溶液中加入少量强酸，溶液中大量）若在该溶液中加入少量强酸，溶液中大量存在的强碱存在的强碱Ac-便发生如下反应便发生如下反应:H+ Ac- HAc 到达平衡时，溶液到达平衡时，溶液pH基本保持不变。基本保持不变。二、缓冲机制二、缓冲机制以以HAc -NaAc体系为例：体系为例： HAc H+ Ac-缓冲体系中的缓冲体系中的共轭碱共轭碱发挥抵抗外来强酸的作用，发挥抵抗外来强酸的作用，故称之为缓冲溶液的故称之为缓冲溶液的抗酸成分抗酸成分。（大）（大） （小）（小） （大）（大）（2）当溶液中加入少量强碱时，溶液发生）当溶液中加入少量强碱时，溶液发生如下反应：如下反应： OH- + H+ H2O 部分部分H+被消耗，被消耗，HAc的解离反应向右移动，的解离反应向右移动，补充消耗掉的补充消耗掉的H+离子。因而溶液中离子。因而溶液中H+离子浓离子浓度没有明显降低，溶液的度没有明显降低，溶液的pH值基本保持不变。值基本保持不变。共轭酸共轭酸发挥了抵抗外来的强碱的作用，故称为发挥了抵抗外来的强碱的作用，故称为缓冲溶液的缓冲溶液的抗碱成分抗碱成分。（3）当溶液稀释时，（）当溶液稀释时，（H+Ac-）浓度都降低，浓度都降低，促使促使HAc解离度增大，解离度增大，HAc进一步解离所产生进一步解离所产生的的H离子可使溶液的离子可使溶液的pH基本保持不变。基本保持不变。 总结：由于缓冲溶液中同时含有较大量的总结：由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱抗碱成分成分和和抗酸成分抗酸成分，它们通过，它们通过弱酸解离平衡的移弱酸解离平衡的移动动以达到消耗外来的少量强酸、强碱或对抗稍以达到消耗外来的少量强酸、强碱或对抗稍加稀释的作用，使溶液加稀释的作用，使溶液H+离子和离子和OH-离子浓度离子浓度未有明显的变化，因此具有缓冲作用。未有明显的变化，因此具有缓冲作用。第二节 缓冲溶液的pH计算缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算（弱酸弱碱同离子效应）值的计算（弱酸弱碱同离子效应）弱酸及其共轭碱：弱酸及其共轭碱：H+=Kac酸酸/c共轭碱共轭碱弱碱及其共轭酸：弱碱及其共轭酸：OH-=Kbc碱碱/c共轭酸共轭酸例：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)=1.7510-5。例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.05mol的NH3和0.04mol的NH4Cl，计算该缓冲溶液的pH。已知Kb(NH3)=1.7510-5H+=Kac酸酸/c共轭碱共轭碱OH-=Kbc碱碱/c共轭酸共轭酸通过推导得到缓冲溶液的通过推导得到缓冲溶液的pH值计算公式如下：值计算公式如下：c共轭共轭碱碱/c酸酸的比值称为的比值称为缓冲比缓冲比，c酸酸c共轭共轭碱碱的和称为的和称为缓冲溶液的总浓度缓冲溶液的总浓度。pka为弱酸解离常数的负对数。为弱酸解离常数的负对数。第三第三节节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量一、缓冲容量根据缓冲溶液的缓冲机理，当缓冲溶液中加入根据缓冲溶液的缓冲机理，当缓冲溶液中加入大量的酸大量的酸，使，使AcAc- -消耗完全，溶液中基本只消耗完全，溶液中基本只HAcHAc，或加入或加入大量的碱大量的碱，HAcHAc与之完全反应，那么缓冲与之完全反应，那么缓冲溶液不再具有缓冲能力，因而任何缓冲溶液的溶液不再具有缓冲能力，因而任何缓冲溶液的缓冲能力都是有一定限度的。缓冲能力都是有一定限度的。 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度。1.1.缓冲溶液的总浓度对缓冲容量的影响：缓冲溶液的总浓度对缓冲容量的影响：缓冲溶液的总浓度越大，其缓冲容量越大。缓冲溶液的总浓度越大，其缓冲容量越大。c酸酸c共轭共轭碱碱的和称为的和称为缓冲溶液的总浓度缓冲溶液的总浓度。2.2.缓冲溶液的缓冲比对缓冲容量的影响缓冲溶液的缓冲比对缓冲容量的影响同一缓冲系的缓冲溶液，缓冲比越接近同一缓冲系的缓冲溶液，缓冲比越接近1 1，缓，缓冲容量越大，缓冲比越远离冲容量越大，缓冲比越远离1 1，缓冲容量越小。，缓冲容量越小。缓冲比等于缓冲比等于1 1（即（即pHpHpKpKa a）时，缓冲容量最大。时，缓冲容量最大。c共轭共轭碱碱/c酸酸的比值称为的比值称为缓冲比缓冲比 总结：缓冲溶液的总结：缓冲溶液的总浓度总浓度和和缓冲比缓冲比是影响缓冲容是影响缓冲容量的两个重要因素。量的两个重要因素。二、缓冲范围二、缓冲范围当缓冲比大于当缓冲比大于1010：1 1或小于或小于1 1：1010时，可认时，可认为缓冲溶液已基本失去缓冲作用的能力。为缓冲溶液已基本失去缓冲作用的能力。因此一般认为因此一般认为pH=pKpH=pKa a11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。称为缓冲溶液的缓冲范围。缓冲比等于缓冲比等于1（即（即pHpKa）时，缓冲容量最大。时，缓冲容量最大。第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法一、缓冲溶液的配制方法配制一定配制一定pHpH值的缓冲溶液，应按下述原则和步值的缓冲溶液，应按下述原则和步骤进行。骤进行。1.1.选择合适的缓冲系选择合适的缓冲系（1 1）使所需配制的缓冲溶液的）使所需配制的缓冲溶液的pHpH在所选缓冲系在所选缓冲系范围（范围（ pKpKa a11）之内，并之内，并尽量接近弱酸的尽量接近弱酸的pKpKa a值值，这样配制的缓冲溶液可有较大缓冲容量。，这样配制的缓冲溶液可有较大缓冲容量。（2 2）所选缓冲系物质稳定，无毒，不能与溶液）所选缓冲系物质稳定，无毒，不能与溶液中的反应物或生成物发生作用。中的反应物或生成物发生作用。例：欲配制例：欲配制pH=5.0的缓冲溶液的缓冲溶液应选择体系应选择体系NaAc-HAc体系，体系，pKa=4.74例：欲配制例：欲配制pH=9.0的缓冲溶液的缓冲溶液应选择应选择NH3-NH4Cl体系体系,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。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所以通常选用总浓度在0.050.2molL-1范围之范围之内。内。3.3.计算所需缓冲系的量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。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医学上广泛使用的缓冲溶液的配方列于表4 45 5和表和表4 46 6，以便参考。，以便参考。例例:欲配置欲配置250ml的的pH5.00的缓冲溶液，应在的缓冲溶液，应在125ml浓度为浓度为1.0mol/L的的NaAC溶液中加入浓度溶液中加入浓度为为6.0mol/L的的HAC和和H2O各多少各多少ml。（已知：已知：Ka=1.810Ka=1.8105 5）第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系血液是由多种缓冲系组成的缓冲溶液血液是由多种缓冲系组成的缓冲溶液在这些缓冲系中，以碳酸缓冲系在血液中浓度在这些缓冲系中，以碳酸缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大。在维持血液正常最高，缓冲能力最大。在维持血液正常pHpH中发中发挥的作用最重要。体系中存在如下平衡：挥的作用最重要。体系中存在如下平衡： CO CO2 2（溶解）溶解）+ +H H2 2O HO H2 2COCO3 3 H H+ + + HCO+ HCO3 3- -H2CO3NaHCO3；NaH2PO4-Na2HPO4HHbNaHb(血浆蛋白及其钠盐血浆蛋白及其钠盐)HANaA(有机酸及其钠盐有机酸及其钠盐)正常血液中正常血液中HCOHCO3 3- -COCO2 2（溶解）缓冲系的缓冲为溶解）缓冲系的缓冲为2020：1 1，超出了体外缓冲溶液有效缓冲比（即，超出了体外缓冲溶液有效缓冲比（即1010：1 11 1：1010），但在血液中它们的缓冲能力），但在血液中它们的缓冲能力是很强的。这是因为体外缓冲作用与体内缓冲是很强的。这是因为体外缓冲作用与体内缓冲作用不相同。在体外，当此缓冲系发生作用作用不相同。在体外，当此缓冲系发生作用后，后，HCOHCO3 3- -或或COCO2 2（溶解）的浓度的改变得不到补溶解）的浓度的改变得不到补充或调节。充或调节。而体内是一个而体内是一个“敞开系统敞开系统”，当，当HCO3-CO2（溶解）发生缓冲作用后，溶解）发生缓冲作用后，HCO3-或或CO2（溶解）的浓度可由呼吸作用和肾的生理功溶解）的浓度可由呼吸作用和肾的生理功能获得补充或调节，使得血液中能获得补充或调节，使得血液中HCO3-和和CO2（溶解）的浓度保持相对稳定。溶解）的浓度保持相对稳定。肺通过控制呼出肺通过控制呼出CO2的量，精确调节的量，精确调节HCO3-/H2CO3的分母的分母,维持血液维持血液pH相对恒定。肺的相对恒定。肺的调节作用较迅速，调节作用较迅速，10-30分钟即可完成。分钟即可完成。肾通过保留肾通过保留NaHCO3多少的方式调节多少的方式调节HCO3-/H2CO3的比值，肾的调节作用较慢，需数小的比值，肾的调节作用较慢，需数小时或数天才能完成。时或数天才能完成。由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用，使正常人血液的的调节作用，使正常人血液的pH维持在维持在7.357.45的狭小范围。的狭小范围。1.在共轭酸碱体系中，酸、碱的浓度越大，则其缓冲能力越强。 2.缓冲溶液中，总浓度一定时，则c(A-)/c(HA)比值越大，缓冲能力也就越大。 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大于抵抗外来碱的能力。 1、在10ml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？已知：Mn(OH)2的KSP=410-14，NH4Cl的分子量=53.5，氨水的Kb=1.810-5