第四章緩沖溶液

1、Chapitre 4 SOLUTION TAMPON第四章第四章 緩沖溶液緩沖溶液孟凌華孟凌華LRsum 概要概要1.1.基本概念基本概念：定義、組成定義、組成、機(jī)制機(jī)制 (dfinition, composition, mcanisme)2.2.緩沖溶液的緩沖溶液的pHpH值值 (pH de la solution tampon)3.3.緩沖容量和緩沖容量和緩沖范圍緩沖范圍 (le pouvoir tampon et la zone tampon) 4. .緩沖溶液的配制緩沖溶液的配制（有實際意義）（有實際意義） ( la prparation dune solution tampon)5.

2、5. 緩沖溶液的重要性緩沖溶液的重要性(Importance de la solution tampon)La plupart de raction chimique (surtout celle dans bio-organisme) se droule dans la solution tampon pH fixe. Tous les liquides biologiques sont des solutions tampons. 第一節(jié)第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機(jī)制緩沖溶液及緩沖機(jī)制(Solution tampon et Mcanisme daction de tampon)n緩沖溶液的定義

3、緩沖溶液的定義 (dfinition) n緩沖溶液的組成緩沖溶液的組成 (composition)n緩沖機(jī)制緩沖機(jī)制 (mcanisme daction)實驗實驗 (Travaux Pratiques)10mL 0.10 molL-1NaCl solution aqueuse（pH=7.00） +2滴溴百里酚藍(lán) (bleu de bromthymol) 綠色綠色 (verte) +2滴 (0.08mL) 0.10 molL-1 HCl (jaune) (pH=3.1) +2滴 (0.08mL) 0.10 molL-1 NaOH 藍(lán)色藍(lán)色 (bleu) (pH=10.9) 10mL 0.10 m

4、olL-1NaH2PO4 (di-hydrognophosphate de sodium) + 0.10 molL-1Na2HPO4 (hydrognophosphate de sodium) solution aqueuse（pH=7.21） +2滴溴百里酚藍(lán) 綠色綠色 (verte) +2滴(0.08mL)0.10 molL-1 HCl 綠色綠色 (verte) (pH=7.20) +2滴(0.08mL)0.10 molL-1 NaOH 綠色綠色 (verte) (pH=7.22) 定義定義 (Dfinition) 緩沖溶液緩沖溶液：抵抗外來：抵抗外來少量少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍稍加

5、加稀釋，而保持其稀釋，而保持其pH值值基本不變基本不變的溶液的溶液 une solution tampon est une solution qui maintient approximativement le mme pH malgr laddition de petites quantits dun acide ou dune base, ou malgr une dilution lgre.緩沖溶液的組成緩沖溶液的組成 (La composition)足夠濃度的共軛酸堿對足夠濃度的共軛酸堿對(couple acide base conjug) 足夠濃度足夠濃度：0.050.20 molL

6、-1，且濃度相差10倍內(nèi)緩沖對緩沖對：H2PO4-+ H2O HPO42-+ H3O+1）弱酸及其對應(yīng)鹽：）弱酸及其對應(yīng)鹽：HAc Ac-1-soit dun acide faible AH et de son anion A12）弱堿及其對應(yīng)鹽：）弱堿及其對應(yīng)鹽：NH4Cl NH4OH-soit dune base faible BOH et de son cation B+13）酸式鹽及其次級鹽：）酸式鹽及其次級鹽：NaH2PO4 Na2HPO4-soit deux hydrognosels conjugs NaH2PO4和和Na2HPO4補(bǔ)充題Quel(s) couple(s) de s

7、olution peut tre un tampon?1. 0.20molL-1HAc 10mL + 0.20molL-1NaOH 5mL2. 0.20molL-1HAc 10mL + 0.20molL-1NaOH 10mL3. 0.20molL-1H2CO3 10mL + 0.20molL-1Na2CO3 10mL4. 0.20molL-1HAc 10mL + 0.02molL-1NaOH 5mL5. 0.20molL-1H3PO4 20mL + 0.20molL-1NaOH 30mL6. 0.20molL-1H3PO4 20mL + 0.20molL-1NaOH 40mL7. 10-4mo

8、lL-1HAc 20mL + 10-4molL-1NaAc 20mL 1. HAc et NaAc5. NaH2PO4 et Na2HPO4 思考題：思考題： 對對H3PO4+NaOH分六種情況討論組成緩沖對分六種情況討論組成緩沖對的情況；的情況；NaH2PO4+H2ONaOH+H3PO41n:n) 1 (43POHNaOH1:)2(43POHNaOHnnNaH2PO4NaH2PO4 H3PO42n:n1 )3(43POHNaOHNa2HPO4NaH2PO42n:n)4(43POHNaOHNa2HPO42NaOH+H3PO4Na2HPO4+2H2O3NaOH+2H3PO4NaH2PO4+Na2

9、HPO4+3H2O3n:n2)5(43POHNaOH3n:n)6(43POHNaOHNa2HPO4 Na3PO4Na3PO43NaOH+H3PO4Na3PO4+3H2O5NaOH+2H3PO4Na2HPO4+Na3PO4+5H2O二、緩沖機(jī)制二、緩沖機(jī)制 (Mcanisme)以以HAcNaAc為例：為例：HAc + H2OH3O+ + Ac-NaAcNa+ Ac-加少量加少量H+，平衡，平衡，使，使H+ ，pH值幾乎不變。值幾乎不變。加少量加少量OH-，平衡，平衡，補(bǔ)充減少的，補(bǔ)充減少的H+， pH值幾值幾乎不變。乎不變。加少量水，加少量水，H+ 、Ac- ，同離子效應(yīng)，同離子效應(yīng) ，平衡，平

10、衡 ，pH值幾乎不變。值幾乎不變。 第二節(jié)第二節(jié) 緩沖溶液的緩沖溶液的pH值值 Henderson-Hasselbach方程式方程式HB+H2OB-+H3O+NaBNa+B -HBB- 緩沖溶液緩沖溶液HBBlg+p=pH-aKHBBalgp=nnK 近似計算公式近似計算公式計算說明緩沖溶液的計算說明緩沖溶液的pH變化變化 10mL 0.10 molL-1NaH2PO4+ 0.10 molL-1Na2HPO4 solution aqueuse（pH=7.21） +2 gouttes (0.08mL)0.10 molL-1HCl +2 gouttes (0.08mL)0.10 molL-1NaO

11、H 22. 708. 010. 01010. 008. 010. 01010. 0lg21. 7lgppH20. 708. 010. 01010. 008. 010. 01010. 0lg21. 7lgppH21. 71010. 01010. 0lg21. 7lgppHHBBHBBHBBnnKnnKnnKaaapH值的決定因素(les facteurs qui influencent le pH)npKancB/cHB 緩沖比 (le rapport de concentration tampon)n溫度 (temprature) （影響Ka）n稀釋 (dilution) （影響活度因子coe

12、fficient dactivit）v 對不同緩沖對，會正確使用對不同緩沖對，會正確使用Ka。如：如：NaH2PO4 Na2HPO4，Ka 是是H3PO4的的K a2 。 NH3 NH4Cl，Ka是是NH4+的離解常數(shù)。的離解常數(shù)。P53 4-1 4-2v 緩沖溶液的緩沖溶液的pH值取決于值取決于Ka及緩沖比及緩沖比 （B-/HB） 加水稀釋，緩沖比不變，加水稀釋，緩沖比不變，pH也不變也不變。補(bǔ)充題 (exercices complmentaires) 求求100 mL 0.50 molL-1NH3H2O與與60 mL 0.50 molL-1HCl混混合后的合后的pH，在此溶液中加入，在此溶

13、液中加入100 mL 0.10 molL-1MgCl2，問，問有否有否Mg(OH)2沉淀生產(chǎn)？沉淀生產(chǎn)？ pK NH3 =4.75 Ksp Mg(OH)2 =1.8 10-11 混合后Mg2+=0.038molL-1 IP= Mg2+ OH-2=5.5 10-1210 1或1 10時， 0緩沖范圍: 0.1B-/HB 10根據(jù)緩沖范圍：pKa-1 pKa+1 HAc pKa=4.75 緩沖范圍：HBBlgppH-aK3.755.75NaHNaH2 2POPO4 4-Na-Na2 2HPOHPO4 4組成的緩沖溶液，組成的緩沖溶液，pKpKa2 a2 =7.21=7.21理論緩沖范圍：理論緩沖范

14、圍：6.21-8.216.21-8.21NHNH3 3-NH-NH4 4ClCl組成的緩沖溶液，組成的緩沖溶液，p pK Kb b =4.75=4.75理論緩沖范圍：理論緩沖范圍：3.75-5.753.75-5.75（錯誤）（錯誤）(p(pK Ka a =14.00-4.75=9.25)=14.00-4.75=9.25) 應(yīng)該：應(yīng)該：8.25-10.258.25-10.25！實際緩沖范圍與理論緩沖范圍有誤差！實際緩沖范圍與理論緩沖范圍有誤差實例：第四節(jié)第四節(jié) 緩沖溶液的配制緩沖溶液的配制 (La prparation)、緩沖溶液的配制方法 ：1.自行配制 (prparer soi-mme)2.

15、查表配制 (rfrer aux tables dj tablies)二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 (solution tampon talon)應(yīng)用于pH計校正。 1.1.選擇適當(dāng)?shù)木彌_系選擇適當(dāng)?shù)木彌_系 無毒，穩(wěn)定，不反應(yīng)范圍內(nèi)在接近，并且與1pKpHpHpKaa例例: :欲配欲配pH=4.5pH=4.5緩沖溶液緩沖溶液, ,可選擇可選擇)20. 7pK(HPONaPONaH.D)75. 3pK(HCOONaHCOOH.C)76. 4pK(NaAcHAc.B)75. 4pK(ClNHNH.A2a4242)HCOOH(a)HAc(a)NH(b433(B)NH(b)NH(a34pK14pK自行配制自行配制

16、(prparer soi-mme) 2.2.配制的緩沖溶液的總濃度要適當(dāng)配制的緩沖溶液的總濃度要適當(dāng)太太低低，緩緩沖沖容容量量太太小小適適用用 太太高高，滲滲透透濃濃度度大大，不不0.050.2mol/L3.3.計算各緩沖成分所需要的量計算各緩沖成分所需要的量4.4.校正校正（pH計 ）(ajuster par le pH mtre)酸堿nnlgapKpH為使操作方便，常用相同濃度的共軛酸堿對。實例：p57 4-4 4-5練習(xí)練習(xí)：若配制若配制pH為為5.00緩沖液緩沖液500 ml，現(xiàn)有，現(xiàn)有6 molL-1的的HAc 34.0 ml，問需加入，問需加入NaAc3H2O晶體多少克？如何配？如

17、加入晶體多少克？如何配？如加入2 molL-1 NaOH溶液，需多少溶液，需多少ml? （需（需NaAc3H2O晶體晶體49.4 g。需需NaOH溶液溶液65.3 ml。）。）查表配制查表配制 (rfrer aux tables dj tablies)無特殊要求可按: p58 表4-3 表4-4（醫(yī)學(xué)、生物學(xué)）Tris的結(jié)構(gòu) TrisHCl的結(jié)構(gòu) tri(hydroxymthyl)-aminomthane chlorure de tri(hydroxymthyl)-aminomthane 三(羥甲基)甲胺NaCl：維持一定的滲透壓和離子強(qiáng)度CCH2H2CCH2NH2OHOHHOCCH2H2CC

18、H2NH3+Cl-OHOHHO標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 (solution tampon talon)購買pH計時配置，用作校正 25酒石酸氫鉀酒石酸氫鉀 (bitartrate de potassium) (KHC4H4O6) pH=3.557鄰苯二甲酸氫鉀鄰苯二甲酸氫鉀 (phtalate dhydrogne de potassium) pH=4.008硼砂硼砂 (borate de sodium) (Na2B4O710H2O) pH=9.1801.硼砂（硼砂（Na2B4O710H2O）B4O72-+H2O2HBO2+2BO2-酒石酸氫鉀、鄰苯二鉀酸氫鉀酒石酸氫鉀、鄰苯二鉀酸氫鉀和和硼砂硼

19、砂標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，都是緩沖溶液，都是由一種化合物由一種化合物配制而成配制而成所列物質(zhì)，為什么可單獨(dú)配置緩沖溶液？所列物質(zhì)，為什么可單獨(dú)配置緩沖溶液？共軛堿）共軛堿）sodium sodium dede e e（mtaborat（mtaboratNaBONaBO弱酸）弱酸） e emtaboriqumtaboriqu （acide（acideHBOHBO緩沖溶液緩沖溶液2 22 22.酒石酸氫鉀酒石酸氫鉀 （KHX）KHXpH=1/2（ pKa1 + pKa2 ）=3.64+H+-H+C4O4O62-HC4O4O6-H2C4O4O6 pKa1=2.98 pKa2=4.30第五節(jié)第五節(jié) 血液中的

20、緩沖系血液中的緩沖系 (Le systme tampon dans le sang)人體血液pH (le pH du sang humain) : 7.357.45 pH7.45 堿中毒 (Alcalose)血漿 (plasma)主要緩沖對：(acide carbonique-bicarbonate); H2PO4- - HPO42- ; HnP - Hn-1 P- (protine)紅細(xì)胞 (globule rouge)中：H2b-Hb- (hmoglobine)、H2bO2-HbO2- (oxyhmoglobine) ; H2CO3-HCO3- ; H2PO4- - HPO42- 血漿的緩

21、沖機(jī)制血漿的緩沖機(jī)制 (le mcanisme de tampon dans le plasma)CO2(溶解)+H2O H2CO3 H+ HCO3-CO2(溶解)+H2O H+ HCO3-緩沖比緩沖比：20：1 緩沖能力仍很強(qiáng)原因原因：敞開體系，緩沖比保持恒定 體內(nèi)代謝酸性物質(zhì)較多40.70012.0024.0lg10.6COHCOlg)(ppH2321溶解KKK1K2K1K2肺、腎的調(diào)節(jié)肺、腎的調(diào)節(jié) (rgulation par le poumon et les reins) CO2(溶解)+H2O H2CO3 H+ HCO3- 肺 (poumon) 腎 (reins) （呼吸作用） （排泄作用）紅細(xì)胞的緩沖機(jī)制紅細(xì)胞的緩沖機(jī)制 (le mcanisme de tampon dans les globules rouges )血紅蛋白的作用：CO2和O2的轉(zhuǎn)運(yùn) (l