第四章第四章 缓冲溶液缓冲溶液BufferSolution缓冲溶液PPT课件 (2)学习内容学习内容1. 1. 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液及其作用机制缓冲溶液及其作用机制 缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成2. 2. 缓冲溶液缓冲溶液pHpH的计算的计算 缓冲溶液缓冲溶液pHpH的近似计算公式的近似计算公式3. 3. 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量缓冲容量 影响缓冲容量的因素及缓冲范围影响缓冲容量的因素及缓冲范围缓冲溶液PPT课件 (2)4.缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制常用缓冲溶液的配制方法常用缓冲溶液的配制方法标准缓冲溶液标准缓冲溶液5.血液中的缓冲系血液中的缓冲系缓冲溶液PPT课件 (2)第一节第一节 缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液及缓冲机制缓冲溶液PPT课件 (2)M2+H2YMY+2H+反应条件反应条件:pH=6.5-7.5起始浓度：起始浓度：0.0100.01000mol/L反应浓度：反应浓度：0.0050.0050.0050.010mol/LpH=-lg0.01=2随着反应的进行，体系的随着反应的进行，体系的pH值不断减小，超值不断减小，超出反应条件，从而反应无法继续进行。出反应条件，从而反应无法继续进行。缓冲溶液PPT课件 (2)一、缓冲溶液及其作用机制一、缓冲溶液及其作用机制 缓冲溶液PPT课件 (2)1. 缓冲溶液（缓冲溶液（buffersolution） 能够抵抗外来少量强酸、强碱，或稍加稀能够抵抗外来少量强酸、强碱，或稍加稀释而保持其释而保持其pH基本不变基本不变的溶液。的溶液。2. 缓冲作用（缓冲作用（bufferaction） 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。缓冲溶液PPT课件 (2)以以HAcNaAc体系为例体系为例n当加入少量强酸时，外来当加入少量强酸时，外来H+将质子传给将质子传给Ac-，质，质子转移平衡左移，溶液的子转移平衡左移，溶液的pH保持基本不变。保持基本不变。n当加入少量强碱时，当加入少量强碱时，OH-接受接受H3O+传递的质子，传递的质子，质子转移平衡右移，补充消耗掉的质子转移平衡右移，补充消耗掉的H3O+离子，而离子，而溶液的溶液的pH保持基本不变。保持基本不变。n稍加稀释时，稍加稀释时，H+虽然降低了，但虽然降低了，但Ac-同时也降同时也降低，同离子效应减弱，促使低，同离子效应减弱，促使HAc的解离度增加，的解离度增加，所产生的所产生的H+可维持溶液的可维持溶液的pH值保持基本不变。值保持基本不变。3. 3. 缓冲溶液作用机制缓冲溶液作用机制缓冲溶液PPT课件 (2)用质子转移平衡式表示：用质子转移平衡式表示：加少量强酸：加少量强酸：H3O+Ac-HAc+H2O(大量大量)加少量强碱加少量强碱:H3O+OH-2H2OHAc+H2OAc-+H3O+(大量大量)HAc+OH-Ac-+H2O抗碱成分抗碱成分抗酸成分抗酸成分缓冲溶液PPT课件 (2)结论结论1.缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，对抗的只是外来的酸成分，对抗的只是外来的少量少量强酸、强碱。强酸、强碱。2.通过弱酸解离平衡的移动，使溶液中通过弱酸解离平衡的移动，使溶液中H+离子离子或或OH-离子浓度离子浓度无明显无明显的变化，因此具有缓的变化，因此具有缓冲作用。冲作用。缓冲溶液PPT课件 (2)二、缓冲溶液的组成二、缓冲溶液的组成q一般由具有足够浓度和一定比例的共轭酸一般由具有足够浓度和一定比例的共轭酸碱对的两种物质组成。共轭酸称为抗碱成碱对的两种物质组成。共轭酸称为抗碱成分，共轭碱称为抗酸成分。分，共轭碱称为抗酸成分。q组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系称为缓冲系(buffersystem)或缓冲对或缓冲对(bufferpair)。缓冲溶液PPT课件 (2)共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱HAcNH4ClH2PO4-NaAcNH3H2OHPO42-抗抗酸酸成分成分缓冲系缓冲系抗抗碱碱成分成分组成示意图组成示意图缓冲溶液PPT课件 (2)常见的缓冲系常见的缓冲系 缓冲溶液PPT课件 (2)在实际应用中，还采用酸碱反应的生在实际应用中，还采用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲系。成物与剩余的反应物组成缓冲系。弱酸（过量）弱酸（过量）+强碱强碱强酸强酸+弱碱（过量）弱碱（过量）优点：优点：HCl和和NaOH溶液常备试剂，容易获得。溶液常备试剂，容易获得。弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。通常缓冲溶液的通常缓冲溶液的pH需要在需要在pH计监控下调计监控下调整，滴加强碱整，滴加强碱/酸易于操作。酸易于操作。缓冲溶液PPT课件 (2)第二节第二节 缓冲溶液缓冲溶液pHpH的计算的计算缓冲溶液PPT课件 (2)一、缓冲溶液一、缓冲溶液pHpH值的近似计算公式值的近似计算公式1.HendersonHasselbalch方程式方程式 以以HB代表弱酸，并与其共轭碱代表弱酸，并与其共轭碱B-组成缓冲溶液。组成缓冲溶液。 HB+H2O H3O+B 缓冲溶液PPT课件 (2)2.HendersonHasselbalch方程式的意义方程式的意义缓冲溶液的缓冲溶液的pH首先取决于首先取决于pKapKa值一定，其值一定，其pH随着随着缓冲比缓冲比B-/HB的的改变而改变。当缓冲比等于改变而改变。当缓冲比等于l时，时，pH等于等于pKa缓冲溶液PPT课件 (2)3.HendersonHasselbalch方程式的应用方程式的应用HB在溶液中只少部分解离，且因在溶液中只少部分解离，且因B-的同离子效应，的同离子效应，使使HB几乎完全以分子状态存在。所以几乎完全以分子状态存在。所以缓冲溶液PPT课件 (2)由于由于 c =n/V，所以，所以缓冲溶液PPT课件 (2)【例】【例】计算计算0.10molL-1NH320mL和和0.20molL-1NH4Cl15mL混合溶液的混合溶液的pH值。值。解解此此混混合合溶溶液液的的缓缓冲冲系系为为NH4+NH3，查查表表知知pKa(NH4+)9.25代入公式得代入公式得pH9.25-0.179.08缓冲溶液PPT课件 (2)【例】【例】 配制配制1LpH=10.0的的NH3-NH4Cl缓冲溶液，已缓冲溶液，已用去用去350mL15molL-1氨水，问需氯化铵多少克？氨水，问需氯化铵多少克？已知已知Kb(NH3)=1.810-5，M(NH4Cl)=53.5gmol-1解解pKa9.25 m(NH4Cl)=50g缓冲溶液PPT课件 (2)【例】如何用【例】如何用0.10molL-1HAc和和0.10molL-1NaAc溶液配溶液配制制1LpH为为5.00的缓冲溶液？的缓冲溶液？解：设缓冲溶液总体积为解：设缓冲溶液总体积为V，缓冲溶液PPT课件 (2)【例】欲配制【例】欲配制pH=4.70的缓冲溶液的缓冲溶液500mL，应该用，应该用50mL1.0mol/L的的NaOH水溶液和多少水溶液和多少mL1.0mol/LHAc溶液溶液混合，并需加多少水？混合，并需加多少水？(Ka(HAc)=1.7610-5)解：解：pH=4.70，H3O+=2.010-5mol/LHAc/Ac=H3O+/Ka=2.010-5/1.7610-5=1.1Ac由由NaOH与与HAc中和而来，中和而来，Ac=1.050/500HAc为为HAc被被NaOH中和后剩余部分，中和后剩余部分，HAc=(1.0VHAc1.050)/500HAc/Ac=1.1=(1.0VHAc1.050)/1.050即即VHAc105mL混合溶液中需加水：混合溶液中需加水：500-105-50=345mL缓冲溶液PPT课件 (2)第三节第三节 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围缓冲溶液PPT课件 (2)一、缓冲容量一、缓冲容量 当加入过量的强酸或强碱，缓冲溶液的当加入过量的强酸或强碱，缓冲溶液的pH将发将发生较大变化，失去缓冲能力。用生较大变化，失去缓冲能力。用缓冲容量缓冲容量作为衡量作为衡量缓冲能力大小的尺度。它表示单位体积缓冲溶液的缓冲能力大小的尺度。它表示单位体积缓冲溶液的pH发生一定变化时，所能抵抗的外加一元强酸或一发生一定变化时，所能抵抗的外加一元强酸或一元强碱的物质的量元强碱的物质的量:越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强。越大，说明缓冲溶液的缓冲能力越强。缓冲溶液PPT课件 (2)二、影响缓冲容量的因素二、影响缓冲容量的因素 1）总浓度）总浓度c总总HB+B-的影响：同一缓冲的影响：同一缓冲系，缓冲比一定总浓度越大，缓冲容量越大。系，缓冲比一定总浓度越大，缓冲容量越大。2） 缓冲比的影响：同一缓冲系，总浓度一定，缓冲比的影响：同一缓冲系，总浓度一定，缓冲比越接近缓冲比越接近1，缓冲容量越大。缓冲比等于，缓冲容量越大。缓冲比等于1时，有最大缓冲容量。时，有最大缓冲容量。缓冲溶液PPT课件 (2) 当当 一定时，一定时， 愈接近愈接近1，缓冲能力愈大，缓冲能力愈大；愈远离愈远离1时，缓冲容量愈小。时，缓冲容量愈小。当当 大于大于10:1或小于或小于1:10时，可时，可认为缓冲溶液已基认为缓冲溶液已基本失去缓冲作用的能力。本失去缓冲作用的能力。三、缓冲范围三、缓冲范围pH=pKa1变化范围称为缓冲范围。变化范围称为缓冲范围。选选择择pKa与所需与所需pH值相等或相近的共轭酸，可保值相等或相近的共轭酸，可保证有较大的缓冲能力。证有较大的缓冲能力。缓冲溶液PPT课件 (2)第四节第四节 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制缓冲溶液PPT课件 (2)一、配制方法一、配制方法1 1选择合适的缓冲系选择合适的缓冲系（1）pH在在pKa1缓冲范围内并尽量接近弱酸缓冲范围内并尽量接近弱酸pKa。（2）缓冲系的物质必须对主反应无干扰。）缓冲系的物质必须对主反应无干扰。【例】欲配制【例】欲配制pH=5.0的缓冲溶液，应选择的缓冲溶液，应选择NaAc-HAc体体系，系，pKa=4.74欲配制欲配制pH=9.0的缓冲溶液，应选择的缓冲溶液，应选择NH3-NH4Cl体系，体系，pKb=4.74,pKa=9.26缓冲溶液PPT课件 (2)2配制的缓冲溶液的总浓度要适当：配制的缓冲溶液的总浓度要适当：一般总浓度一般总浓度0.05molL-10.2molL-1。3计算所需缓冲系的量计算所需缓冲系的量根据根据Henderson-Hasselbalch方程计算。方程计算。4校正校正需在需在pH计监控下，对所配缓冲溶液的计监控下，对所配缓冲溶液的pH校正。校正。缓冲溶液PPT课件 (2)【例】【例】如何配制如何配制pH=5.00的缓冲溶液的缓冲溶液100mL?解解(1)选择缓冲系（表选择缓冲系（表4-1）由于由于HAc的的pKa=4.76，接近所配缓冲溶液，接近所配缓冲溶液pH，所以，所以可选用可选用HAc-Ac-缓冲系。缓冲系。(2)确定总浓度，计算所需缓冲系的量确定总浓度，计算所需缓冲系的量一般具备中等缓冲能力一般具备中等缓冲能力(0.050.2molL-1)即可，即可，并考虑计算方便，选用并考虑计算方便，选用0.10molL-1的的HAc和和0.10molL-1NaAc溶液。应用式溶液。应用式(4.5)可得可得缓冲溶液PPT课件 (2)设 V(NaAc) = x mL则 ： V(NaAc) = x mL = 64mLV(HAc)= 100mL - 64mL= 36mL缓冲溶液PPT课件 (2)二、标准缓冲溶液二、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标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力，用来校准释能力，用来校准pH计。计。缓冲溶液PPT课件 (2)第五节第五节 血液中的缓冲系血液中的缓冲系缓冲溶液PPT课件 (2)特点：体液中存在多种生理缓冲系，使体液特点：体液中存在多种生理缓冲系，使体液的的pH保持基本稳定保持基本稳定例如：血液的例如：血液的pH保持在保持在7.357.45之间之间n血浆中血浆中:H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-n红细胞中：红细胞中：H2b-Hb-(血红蛋白血红蛋白)、H2bO2-HbO2-(氧合血红蛋白氧合血红蛋白)H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-缓冲溶液PPT课件 (2)n人体缓冲系中，人体缓冲系中，碳酸缓冲系碳酸缓冲系的浓度最高，在维的浓度最高，在维持血液持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。的正常范围中发挥的作用最重要。 n来源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳来源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，与其离解产生的碳酸氢根离子，以及血液酸，与其离解产生的碳酸氢根离子，以及血液中贮存的碳酸氢根离子达成平衡：中贮存的碳酸氢根离子达成平衡：缓冲溶液PPT课件 (2)抗酸成分抗酸成分抗碱成分抗碱成分CO2+H2OB-共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱H2CO3H+ + HCO3-H+缓冲溶液PPT课件 (2)n当当体体内内酸酸性性物物质质增增加加, HCO3-与与H3O+结结合合，平平衡衡左左移移；体体内内碱碱性性物物质质增增加加时时，H3O+结结合合OH-，H2CO3(CO2溶溶解解) 解离，平衡右移，解离，平衡右移，pH明显改变。明显改变。nHCO3-在在一一定定程程度度上上可可以以代代表表血血浆浆对对体体内内所所产产生生的的酸酸性性物质的缓冲能力，所以常将物质的缓冲能力，所以常将血浆中的血浆中的HCO3-称为碱储。称为碱储。n若若血血液液的的pH小小于于7.35，则则会会发发生生酸酸中中毒毒(acidosis)；若若pH大大于于7.45，则则发发生生碱碱中中毒毒(alkalosis)。若若血血液液的的pH小于小于6.8或大于或大于7.8，就会导致死亡。，就会导致死亡。 缓冲溶液PPT课件 (2)学习要求学习要求n掌握缓冲溶液的概念、组成和缓冲机理。n掌握影响缓冲溶液pH的因素、应用Henderson-Hasselbalch方程式计算缓冲溶液的pH值。n熟悉缓冲容量的概念、影响因素及有关计算。n熟悉配制缓冲溶液的原则和方法。了解医学上常用缓冲溶液配方和标准缓冲溶液。n熟悉血液中的主要缓冲系及在稳定血液pH过程中的作用。缓冲溶液PPT课件 (2)作业，作业，p67-68：6，11，15缓冲溶液PPT课件 (2)