課程設計第四章緩沖溶液

1、陜西中醫(yī)學院醫(yī)用化學課程設計（首頁）課程名稱：醫(yī)用化學 任課教師： 職稱： 所在系部：醫(yī)學技術(shù)系   教 研 室：化學教研室授課對象：醫(yī)學影像 授課時間：課程類型：必修基礎課授課章節(jié)：第四章 緩沖溶液 基本教材：魏祖期主編基礎化學第八版, 人民衛(wèi)生出版社，2013年3月。自學資源：1、無機化學許善錦主編，人民衛(wèi)生出版社.2、基礎化學第五版.魏祖期主編，人民衛(wèi)生出版社.3、基礎化學徐春祥主編，高等教育出版社.4、現(xiàn)代化學基礎朱裕貞主編，化學工業(yè)出版社.5、現(xiàn)代化學基礎胡忠鯁主編，高等教育出版社.教學目標：（一）知識目標：1. 掌握緩沖溶液的概念、組成和作用機制；影響緩沖溶液p

2、H的因素、Henderson-Hasselbalch方程式及應用；緩沖容量的概念、影響因素及有關(guān)計算。2. 熟悉緩沖溶液的配制原則、方法和步驟；血液中的主要緩沖系及其在穩(wěn)定血液pH過程中的作用。3. 了解醫(yī)學上常用的緩沖溶液的配方和標準緩沖溶液的組成。（二）能力目標：通過本章節(jié)的學習，使學生初步掌握緩沖溶液的組成、緩沖溶液的緩沖機理、緩沖溶液的配制方法、緩沖溶液PH值的計算、緩沖范圍、影響緩沖容量的因素以及緩沖溶液在醫(yī)學上的應用等等，培養(yǎng)學生獨立的分析問題和解決問題能力。（三）情感目標 通過緩沖溶液的學習，學生特點分析：本課程針對臨床專業(yè)大一學生開設，學生在中學階段選修課程部分內(nèi)容不講解，知識

3、結(jié)構(gòu)不系統(tǒng)，在講解時要精講，并結(jié)合臨床專業(yè)的實例，調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)他們學習化學課程的興趣。教學重點：1.緩沖溶液的概念、組成和緩沖作用的機理；影響緩沖溶液pH的因素及緩沖溶液pH的計算；緩沖溶液的配制原則、方法和步驟；緩沖容量的概念及緩沖容量的有關(guān)計算。教學難點：1. 緩沖容量的概念及緩沖容量的有關(guān)計算。2. 緩沖對的選擇。解決方法和處理措施：1. 通過實驗教學設置相關(guān)的實驗內(nèi)容，讓學生首先了解緩沖容量的概念和影響緩沖容量的因素，然后通過結(jié)合實驗結(jié)果講述這些因素對緩沖容量的影響情況，并且引出如何計算緩沖容量。2. 通過醫(yī)學上的實例說明所選擇的緩沖對，然后通過計算得出緩沖溶液的PH值，再說

4、明決定緩沖溶液PH值的因素，進而指出如何選擇緩沖對。教學內(nèi)容與教學活動： 本章內(nèi)容知識點多，過程中可以采用多種教學活動，比如人體中的重要緩沖系、人體如何通過呼吸調(diào)節(jié)自身PH值基本恒定不變，小孩為什么消化能力比成人差等等，均可以采用設問，然后通過平衡的移動等來進行解釋。增強學生通過化學原理來解釋一些現(xiàn)實問題的能力，培養(yǎng)他們解決問題的能力。教學媒體的選擇和使用方法： 通過動畫展示向加有酚酞的NaAc溶液和NaAc-HAc溶液中加入氫氧化鈉溶液，溶液顏色的深淺差異，說明這兩種溶液性質(zhì)上的差異，通過講解引出NaAc-HAc溶液具有緩沖作用，同時可以調(diào)動學生的學習積極性。教學反思與評價：基本概念學生易接

5、受，但是緩沖對的選擇是難點，應該重點從緩沖溶液PH值的計算公式入手，重點講解影響緩沖溶液PH的主要因素為緩沖對中的共軛算的，因此總結(jié)出確定緩沖對的首要問題是依據(jù)所需要的PH，選擇最接近的此PH的Ka共軛酸，隨之算的共軛堿也確定，緩沖對隨之確定。然后通過舉例進行加強，可獲得較好的教學效果。板書設計和課件：本課程采用自制的多媒體課件，通過大量的圖片進行感官刺激，達到增強學生記憶公示的目的。板書設計如下： 第四章 緩沖溶液第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制一、緩沖溶液二、緩沖機制四、緩沖溶液的組成第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量 =二、影響緩沖容量的因素 2.303×HBB-/c總 三、有效

6、緩沖范圍 PH=PKa±1第四節(jié) 緩沖溶液的配制二、標準緩沖溶液第五節(jié) 血液中的緩沖系教學改革：1. 2. 陜西中醫(yī)學院醫(yī)用化學課程設計（續(xù)頁）時間分配教學重點、內(nèi)容和步驟板書提要、課堂提問、舉例要點教學方法與手段 5min    20min10min20min5min5min10min20min第四章 緩沖溶液緩沖溶液在自然界普遍存在，在化工生產(chǎn)、化學分析、分離、細菌培養(yǎng)、藥劑生產(chǎn)和使用，尤其在生物體內(nèi)調(diào)節(jié)酸堿平衡等方面起著重要作用。下面，我們通過通過一個對比實驗：相同濃度的HCl和HAc-NaAc溶液中加入氫氧化鈉，用PH值試紙測

7、試溶液PH的變化情況？來說明什么緩沖溶液？緩沖溶液的性質(zhì)，組成、緩沖機理、緩沖范圍、，并推到出緩沖溶液pH值的計算公式，探討影響緩沖溶液緩沖容量（能力）的因素，并且從中掌握如何來配制緩沖溶液？最后了解人體內(nèi)的緩沖對，及其在人體內(nèi)的作用？第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制一、緩沖溶液及其作用機制什么是緩沖溶液？純水有無抵抗外加少量強酸或強堿而使溶液的pH保持基本不變的能力？HAc-NaAc混合溶液是否具有抵抗外加少量強酸、強堿或稍加稀釋的能力？緩沖溶液及緩沖作用的概念較濃的強酸、強堿是否也具有緩沖作用？緩沖溶液為什么具有緩沖作用呢？以HAc-NaAc組成的緩沖溶液為例，說明緩沖溶液的作用原理。HAc(a

8、q)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq) （大量） （大量）當向該溶液中加入少量強酸時，Ac- 離子接受H3O+傳遞的質(zhì)子使上式的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡左移，消耗掉外來的H3O+離子，溶液中H3O+離子濃度沒有明顯地升高，溶液的pH基本保持不變。當向溶液中加入少量強堿時，OH-接受溶液中H3O+傳遞的質(zhì)子OH-(aq) + H3O+(aq) 2H2O(l)使HAc的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡右移，HAc分子進一步解離以補充消耗掉的H3O+離子，而溶液中的H3O+離子濃度不會明顯降低，溶液的 pH基本保持不變。共軛酸HAc發(fā)揮了抵抗少量外來強堿的作用，故稱之為緩沖溶液的抗堿成分。當溶液稀釋時，H3O+和Ac-

9、離子濃度同時降低，同離子效應減弱，使HAc解離度增大，HAc進一步解離產(chǎn)生的H+可使溶液的pH保持基本不變?？梢?，緩沖作用是在有足量的抗酸成分和抗堿成分共存的緩沖體系中，通過共軛酸堿對之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡移動來實現(xiàn)的。二、緩沖溶液的組成緩沖溶液一般是由具有足夠濃度、適當比例的共軛酸堿對的兩種物質(zhì)組成。第二節(jié) 緩沖溶液pH的計算一、緩沖溶液pH的近似計算公式弱酸(HB)及其共軛堿(B-)組成的緩沖溶液中，HB和B-之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡為：HB + H2O H3O+ + B-pHpKa+lgpKa+lg (4-2)由于NaB提供了大量的B-，產(chǎn)生同離子效應，使HB解離很少，c(HB)可忽略，故HB和B

10、-可以分別用初始濃度c(HB)和c(B-)來表示 pHpKa+lgpKa+lg (4-3) 若以n(HB)和n(B-)分別表示體積V的緩沖溶液中所含共軛酸堿的物質(zhì)的量，則有pHpKa+lgpKa+lg (4-4)若使用相同濃度的弱酸及共軛堿，即c(HB)=c(B-)，則有pH= (4-5)由以上各式可知：(1) 緩沖溶液的pH主要取決于弱酸的 pKa，其次是緩沖比。pKa一定，緩沖溶液的pH隨著緩沖比的改變而改變。當緩沖比等于l時，pH=pKa。(2) 弱酸的解離常數(shù)Ka與溫度有關(guān)，所以溫度對緩沖溶液的pH有影響。但溫度對緩沖溶液pH的影響比較復雜，在此不加以深入討論。 (3) 在一定范圍內(nèi)加

11、水稀釋時，緩沖溶液的緩沖比不變，則由HendersonHasselbalch方程式計算的pH也不變，即緩沖溶液有一定的抗稀釋能力。原因是當緩沖溶液稀釋時，H3O+離子濃度降低，B-離子濃度也同時降低，因而同離子效應減弱，促使弱酸HB解離度增大。HB進一步離解所產(chǎn)生的H3O+離子使得溶液的pH基本保持不變。應當指出，稀釋會引起離子強度改變，使HB和B-的活度因子受到不同程度的影響，因此緩沖溶液的pH也會隨之有微小的改變。緩沖溶液pH隨溶液稀釋的改變，一般用稀釋值表示。第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量任何緩沖溶液的緩沖能力都是有一定限度的，即當加入的強酸或強堿超過某一定量時，緩沖溶液的pH值

12、將發(fā)生較大的變化，從而失去緩沖能力。 (4-7) 由式（4-7）可知，為正值，單位是濃度·pH-1。在dna(b)和V一定的條件下，pH改變值|dpH|愈小，愈大，緩沖溶液的緩沖能力愈強。二、影響緩沖容量的因素從式(4.7)可導出緩沖容量與緩沖溶液的總濃度c總、以及HB和B-的關(guān)系：2.303×HBB-/c總 (4-8)1總濃度對的影響2緩沖比對的影響3有效緩沖范圍4強酸、強堿的緩沖能力第四節(jié) 緩沖溶液的配制為了能準確而又方便地配制所需pH的緩沖溶液，科學家們曾對緩沖溶液的配制進行了精密的系統(tǒng)研究，并制訂了許多配制具有準確pH的緩沖溶液的配方。如：表4-4，如何配制pH6.

13、00的緩沖溶液？二、標準緩沖溶液標準緩沖溶液性質(zhì)穩(wěn)定，有一定的緩沖容量和抗稀釋能力。是用來校準pH計的，即應用pH計測定溶液pH時，必須用標準緩沖溶液校正儀器在表4-6中，酒石酸氫鉀、鄰苯二甲酸氫鉀和硼砂標準緩沖溶液，都是由一種化合物配制而成的。三、如何配制緩沖溶液第五節(jié) 血液中的緩沖系人體內(nèi)各種體液都有一定的pH范圍，如胃液的pH范圍為1.03.0，尿液的pH范圍為4.78.4，相比之下血液的pH范圍最窄，為7.357.45。血液能保持如此狹窄的pH范圍，主要原因是血液中存在可保持pH基本恒定的多種緩沖系。血液中存在的緩沖系主要有血漿中：H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-(HnP代表蛋白質(zhì))紅細胞中：H2b-Hb-(H2b代表血紅蛋白)、H2bO2-HbO2-(H2bO2代表氧合血紅蛋白)、H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-在這些緩沖系中，碳酸緩沖系的濃度最高，在維持血液pH的正常范圍中發(fā)揮的作用最重要。二氧化碳是人體在正常新陳代謝過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，溶于體液的二氧化碳存在形式？當血液中HCO3- CO2(溶解)緩沖系的緩沖比等于201時