第五章緩沖溶液

1、第四章第四章 緩沖溶液緩沖溶液Chapter 4 Buffer solution 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 第二節(jié)第二節(jié) 緩沖溶液的緩沖溶液的pHpH 第三節(jié)第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍緩沖容量和緩沖范圍 第四節(jié)第四節(jié) 緩沖溶液的配制緩沖溶液的配制 第五節(jié)第五節(jié) 血液中的緩沖系血液中的緩沖系0.10 molL-1 NaCl 溶液溶液向其溶向其溶液液中滴入中滴入HCl到鹽酸濃到鹽酸濃度為度為0.010 molL-1 。第一節(jié)第一節(jié) 緩沖溶液的組成及其緩沖作用原理緩沖溶液的組成及其緩沖作用原理The component of buffer solution and the

2、principle for the buffer action v一一、 緩沖作用緩沖作用pH=7.0pH=2.0溶液的溶液的pH由由7變?yōu)樽優(yōu)?，改變了改變了5個(gè)個(gè)pH單位。單位。 結(jié)論：結(jié)論： NaCl 溶液溶液易易受外加少量強(qiáng)酸或強(qiáng)受外加少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的影響，堿的影響，pHpH發(fā)生顯著變化。發(fā)生顯著變化。* * 不具有抵抗外加少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿而使溶液的不具有抵抗外加少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿而使溶液的pHpH保持基本不變的能力。保持基本不變的能力。* *0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液溶液向其溶向其溶液液中滴加中滴加HCl到鹽酸到鹽酸濃度為濃度為0.010 molL

3、-1 。pH=4.75pH=4.74溶液的溶液的pH由由4.75變?yōu)樽優(yōu)?.74，改變僅改變僅0.01pH單位。單位。 若若改加入改加入0.01mol0.01mol強(qiáng)堿強(qiáng)堿(NaOH)(NaOH)，溶液的，溶液的pHpH由由4.754.75上升上升到到4.854.85，也僅改變也僅改變了了0.10.1個(gè)個(gè)pHpH單單位；位；pHpH改變改變很小。很小。 如如用水稍加稀釋時(shí)，亦有類(lèi)似現(xiàn)象，即用水稍加稀釋時(shí)，亦有類(lèi)似現(xiàn)象，即HAc-HAc-NaAcNaAc溶液溶液pHpH保持基本不保持基本不變。變。 結(jié)論：結(jié)論：HAc-NaAcHAc-NaAc混合溶液具有抵抗外加少量強(qiáng)混合溶液具有抵抗外加少量強(qiáng)酸

4、、強(qiáng)堿或稍加稀釋而保持溶液的酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋而保持溶液的pHpH基本不變的能基本不變的能力。力。 緩沖溶液緩沖溶液(buffer solution):(buffer solution): 能抵抗外來(lái)少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋?zhuān)艿挚雇鈦?lái)少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋?zhuān)３制涠３制鋚HpH值基本不變的溶液。值基本不變的溶液。 緩沖作用緩沖作用(buffer action)(buffer action)： 緩沖溶液對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稀釋的抵抗作用。緩沖溶液對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稀釋的抵抗作用。 較濃的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿也具有緩沖作用較濃的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿也具有緩沖作用* *，但，但實(shí)際上很少作為緩沖溶液使用。實(shí)際上很少作為緩

5、沖溶液使用。 通常我們所說(shuō)的緩沖溶液，一般是由足夠通常我們所說(shuō)的緩沖溶液，一般是由足夠濃度的共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)組成。濃度的共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)組成。 二二、 緩緩沖溶液的組成沖溶液的組成 緩沖溶液一般由足夠濃度的共軛酸堿對(duì)緩沖溶液一般由足夠濃度的共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)組成。的兩種物質(zhì)組成。 根據(jù)緩沖對(duì)組成的不同，可把緩沖對(duì)分根據(jù)緩沖對(duì)組成的不同，可把緩沖對(duì)分為兩種類(lèi)型：為兩種類(lèi)型： （1 1）弱酸及其共軛堿）弱酸及其共軛堿 HAc-NaAc NaHCO3-Na2CO3 NaH2PO4-Na2HPO4 （2 2）弱堿及其共軛酸）弱堿及其共軛酸 NH3H2O-NH4Cl CH3NH2-CH3NH3

6、+Cl- （甲胺甲胺） （鹽酸甲胺鹽酸甲胺） 組成緩沖溶液的組成緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)合的兩種物質(zhì)合稱(chēng)為稱(chēng)為緩沖系緩沖系(buffer system)(buffer system)或緩沖對(duì)或緩沖對(duì)(buffer (buffer pair)pair)。 HAc-NaAcHAc-NaAc ； NHNH3 3-NH-NH4 4ClCl 一些常見(jiàn)的緩沖系列一些常見(jiàn)的緩沖系列在表在表5-15-1中中 在實(shí)際應(yīng)用中，往往還可采用酸堿反應(yīng)的生成在實(shí)際應(yīng)用中，往往還可采用酸堿反應(yīng)的生成物與剩余的反應(yīng)物組成緩沖系，如物與剩余的反應(yīng)物組成緩沖系，如: : 弱酸弱酸( (過(guò)量過(guò)量)+ )+ 強(qiáng)堿：

7、強(qiáng)堿：HAc(HAc(過(guò)量過(guò)量)+NaOH)+NaOH 強(qiáng)酸強(qiáng)酸+ +弱酸的共軛堿弱酸的共軛堿( (過(guò)量過(guò)量) )：HCl+NaAc(HCl+NaAc(過(guò)量過(guò)量) ) 實(shí)際上實(shí)際上, ,形成的仍然是共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)。形成的仍然是共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)。質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+ H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+TrisH+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH4+H2O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO4

8、2-+H2O PO43-+H3O+緩沖系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4TrisHCl -TrisH2C8H4O4- KHC8H4O4NH4Cl - NH3CH3NH3+Cl - CH3NH2NaH2PO4- Na2HPO4Na2HPO4- Na3PO4質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+ H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+TrisH+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH4+H2O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2

9、O HPO42-+H3O+HPO42-+H2O PO43-+H3O+緩沖系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4TrisHCl -TrisH2C8H4O4- KHC8H4O4NH4Cl - NH3CH3NH3+Cl - CH3NH2NaH2PO4- Na2HPO4Na2HPO4- Na3PO4常常 見(jiàn)見(jiàn) 的的 緩緩 沖沖 系系三三、緩沖機(jī)制、緩沖機(jī)制（原理）原理）* *Mechanism for buffering以以HAc-NaAcHAc-NaAc緩沖系為例緩沖系為例: : 由于同離子效應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)，由于同離子效應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)，HAcHAc幾乎完全以幾乎完全以分子狀

10、態(tài)存在，所以溶液中含有大量的分子狀態(tài)存在，所以溶液中含有大量的HAcHAc與與AcAc- -，且為共軛酸堿對(duì)。且為共軛酸堿對(duì)。 HAc + H2O H3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac-大量大量大量大量 以以 HAc-NaAc 緩沖溶液為例緩沖溶液為例（）HAc + H2OH3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- 少量少量H+平衡向左移動(dòng)平衡向左移動(dòng)共軛堿是抗酸成分共軛堿是抗酸成分pH值保持基本不變值保持基本不變(1)Ac(1)Ac- -( (共軛堿共軛堿) )稱(chēng)為稱(chēng)為緩沖溶液的抗酸成分緩沖溶液的抗酸成分* *。 以以 HAc-NaAc 緩沖溶液為例緩沖溶液為例（）HAc

11、 + H2OH3O+ + Ac- NaAc Na+ + Ac- 少量少量OH-共軛共軛酸酸是抗是抗堿堿成分成分平衡向右移動(dòng)平衡向右移動(dòng)pH值保持基本不變值保持基本不變(2)HAc(2)HAc(弱酸弱酸) )稱(chēng)為稱(chēng)為緩沖溶液的抗堿成分緩沖溶液的抗堿成分* *。 總之總之，由于緩沖溶液中同時(shí)含有較大量由于緩沖溶液中同時(shí)含有較大量的弱酸的弱酸( (抗堿成分抗堿成分) )和共軛堿和共軛堿( (抗酸成分抗酸成分) )，它，它們通過(guò)弱酸解離平衡的移動(dòng)以達(dá)到消耗掉外們通過(guò)弱酸解離平衡的移動(dòng)以達(dá)到消耗掉外來(lái)的少量來(lái)的少量強(qiáng)酸強(qiáng)酸、強(qiáng)堿強(qiáng)堿，或?qū)?，或?qū)股陨约铀〖铀♂屷尩牡淖饔?，使溶液的作用，使溶液的H

12、H+ +離子或離子或OHOH- -離子濃度沒(méi)有明離子濃度沒(méi)有明顯的變化，因此緩沖溶液具有緩沖作用。顯的變化，因此緩沖溶液具有緩沖作用。 但緩沖溶液的緩沖作用不是無(wú)限的。但緩沖溶液的緩沖作用不是無(wú)限的。 (3)(3)當(dāng)溶液稀釋時(shí)，當(dāng)溶液稀釋時(shí)，H H3 3O O+ +和和AcAc- -離子濃度同時(shí)降低離子濃度同時(shí)降低，同離子效應(yīng)同離子效應(yīng)減弱，使減弱，使HAcHAc解離度解離度增大，增大，HAcHAc進(jìn)一步解離進(jìn)一步解離產(chǎn)生的產(chǎn)生的H H+ +可使溶液的可使溶液的pHpH保持基本不變。保持基本不變。第二節(jié)第二節(jié) 緩沖溶液的緩沖溶液的pHpH 一一、緩沖溶液、緩沖溶液pH的計(jì)算公式的計(jì)算公式 二二

13、、緩沖溶液、緩沖溶液pH的計(jì)算公式的的計(jì)算公式的校正（略）校正（略） 一、緩沖溶液一、緩沖溶液pHpH的計(jì)算公式的計(jì)算公式* * -HBBOH3 aK-a3BHBOH K 以以HB-NaBHB-NaB 表示緩沖系，溶液中存在如下質(zhì)表示緩沖系，溶液中存在如下質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡：子轉(zhuǎn)移平衡：HB + H2O H3O+ + B- NaB Na+ + B-兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)兩邊取負(fù)對(duì)數(shù): :HBBlgppH aK共軛酸共軛堿lgppHaK：HBB-緩沖比總濃度：總濃度： B-+HB (5.1) 式式(5.1)(5.1)是計(jì)算緩沖溶液是計(jì)算緩沖溶液pHpH的的Henderson-Henderson-Hasselba

14、chHasselbach方程式。方程式。 * *又稱(chēng)又稱(chēng)緩沖公式緩沖公式 p pK Ka a為弱酸的解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)；為弱酸的解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)； BB- - 和和HBHB均為平衡濃度。均為平衡濃度。)HB()B(lgpccKa )()(lgpa共軛酸共軛堿ccK HBHB的濃度為的濃度為c c(HB) (HB) (或稱(chēng)起始濃度或稱(chēng)起始濃度, ,配制濃度配制濃度) )，NaBNaB的濃度為的濃度為c c(NaB)(NaB)；HBHB解離部分解離部分的濃度為的濃度為cc(HB)(HB) 。式式(5.1)(5.1)又可表示為：又可表示為：HBBlgppH aK(5.2) 則：則： HB 平平 = =

15、 c(HB) - c(HB) * B- 平平 = = c(NaB)+ c(HB) * HB 平平c(HB) ， B- 平平c(NaB) c(B-) * *式式(5.2)(5.2)可改寫(xiě)為可改寫(xiě)為: :)HB()B(lgppHnnKa )HB()B()HB()B(HBBnncc 緩沖比：- 若緩沖溶液中弱酸及其共軛堿的濃度相同，若緩沖溶液中弱酸及其共軛堿的濃度相同，即：即：c c(HB)=(HB)=c c(NaB)(NaB)時(shí)，時(shí)，式式(5(5.3.3) )可改寫(xiě)為可改寫(xiě)為 若緩沖溶液的體積以若緩沖溶液的體積以V V 表示，則表示，則Vnc)B(B )(Vnc)HB(HB )(5.3)HB()H

16、B()B()B(lgppHVcVcKa )HB()B(lgpVVKa 由上面公式可知由上面公式可知: : 1.1.緩沖溶液的緩沖溶液的pHpH值取決于弱酸的解離常數(shù)值取決于弱酸的解離常數(shù)K Ka a及及B/HB(B/HB(緩沖比緩沖比) )。 若溫差不太大時(shí)，溫度對(duì)若溫差不太大時(shí)，溫度對(duì)pHpH值的影響可忽略值的影響可忽略* *。 2.2.同一緩沖系，同一緩沖系，p pK Ka a值一定，其值一定，其pHpH值隨緩沖比的值隨緩沖比的改變而改變。改變而改變。 改變緩沖比，可得不同改變緩沖比，可得不同pHpH值的緩沖溶液。值的緩沖溶液。當(dāng)緩當(dāng)緩沖比等于沖比等于1 1時(shí)，時(shí)，pH=ppH=pK Ka

17、 a。 3.3.緩沖溶液加水稀釋時(shí)，緩沖比不變，由緩沖緩沖溶液加水稀釋時(shí)，緩沖比不變，由緩沖公式計(jì)算的公式計(jì)算的pHpH值也不變值也不變* *。 離子強(qiáng)度的改變，使離子強(qiáng)度的改變，使BB- - 及及HBHB的的活度系數(shù)活度系數(shù)改改變，則變，則pHpH值也隨之有微小的變化值也隨之有微小的變化* *，見(jiàn)表見(jiàn)表5-25-2。 例例5-1 5-1 計(jì)算計(jì)算0.10mol0.10molL L-1 -1 NHNH3 3 20ml20ml和和0.20 mol0.20 molL L-1 -1 NHNH4 4Cl 15mlCl 15ml混合溶液的混合溶液的pHpH值。值。 解：此混合溶液的緩沖系為解：此混合溶液

18、的緩沖系為NHNH4 4+ +-NH-NH3 3，查，查表知：表知：p pK Ka a(NH(NH4 4+ +)=9.25)=9.25，代入公式得，代入公式得 )NH()NH(lgppH43 nnKaml15Lmol20. 0ml20Lmol10. 0lg25. 911 =9.25-0.17=9.08 例例5-2 5-2 取取0.10mol0.10molL L-1-1KHKH2 2POPO4 410ml10ml與與0.20 0.20 molmolL L-1 -1 NaNa2 2HPOHPO4 41.0ml1.0ml混合混合, ,求其混合溶液的求其混合溶液的pHpH值。值。 解：此混合溶液的緩沖

19、系為解：此混合溶液的緩沖系為H2PO4-HPO42-，查表知查表知H2PO4-的的pKa2=7.21，代入公式得代入公式得ml10Lmol10. 0ml0 . 1Lmol20. 0lg21. 7pH11 =7.21-0.70=6.51例例 5-3 將將100 ml 0.10molL-1鹽酸溶液加入到鹽酸溶液加入到400 ml 0.10 molL-1氨水中，求混合后溶液的氨水中，求混合后溶液的pH值，已知值，已知 Kb(NH3) =1.7610-5 解：加入的鹽酸完全與氨反應(yīng)：解：加入的鹽酸完全與氨反應(yīng)： NH3 + H+ = NH4+ 混合后，溶液中各組分的濃度為：混合后，溶液中各組分的濃度為

20、：NH4+ = 1000.1400+100= 0.02 molL-1NH3 = 4000.101000.10400 +100= 0.06 molL-1pKa = pKa (NH4+ ) = 9.25pH = pKa + lg NH3NH4+ = 9.25 + lg 0.060.02 = 9.73例例5-4 pH接近于接近于7.0的磷酸鹽緩沖溶液常用來(lái)培養(yǎng)酶，某種的磷酸鹽緩沖溶液常用來(lái)培養(yǎng)酶，某種酶僅能在酶僅能在pH為為6.907.15的培養(yǎng)液中的培養(yǎng)液中生存生存，求含有，求含有0.225 molL-1 HPO42-和和0.330 molL-1 H2PO4-的溶液的的溶液的pH。若在。若在250

21、 mL該溶液中加入該溶液中加入0.20 g NaOH固體，酶會(huì)分解嗎？固體，酶會(huì)分解嗎？解：解：H2PO4- + H2O HPO42- + H3O+pKa = pKa (H2PO4- ) = 7.2124a24HPO 0.225pH=p+lg7.21 lg7.04H PO 0.330K所以這是一個(gè)適合于酶存在的緩沖溶液所以這是一個(gè)適合于酶存在的緩沖溶液 (2)加入的加入的NaOH為：為：0.20g/(40.0 g mol-1)=0.005mol OH- = 0.005 mol / 0.25 L = 0.020 molL-1 由于由于 OH- 的加入，引起緩沖成分濃度的改變：的加入，引起緩沖成分

22、濃度的改變： HPO42- = (0.225 molL-1 + 0.020 molL-1) = 0.245 molL-1 H2PO42- = (0.330 molL-1 - 0.020 molL-1) = 0.310 molL-124a224HPO 0.245pH=p+lg7.21 lg7.11H PO 0.310K例例5-2 pH接近于接近于7.0的磷酸鹽緩沖溶液常用來(lái)培養(yǎng)酶，某種的磷酸鹽緩沖溶液常用來(lái)培養(yǎng)酶，某種酶僅能在酶僅能在pH為為6.907.15的培養(yǎng)液中的培養(yǎng)液中生存生存，求含有，求含有0.225 molL-1 HPO42-和和0.330 molL-1 H2PO4-的溶液的的溶液的

23、pH。若在。若在250 mL該溶液中加入該溶液中加入0.20 g NaOH固體，酶會(huì)分解嗎？固體，酶會(huì)分解嗎？解：解：所以所以加入加入NaOH后后酶酶也不會(huì)分解。也不會(huì)分解。 一、緩沖容量一、緩沖容量 二、影響緩沖容量的因素二、影響緩沖容量的因素 三、緩沖容量與三、緩沖容量與pHpH值的關(guān)系值的關(guān)系 第三節(jié)第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍緩沖容量和緩沖范圍defdef 一、緩沖容量一、緩沖容量* (buffer capacity) 緩沖容量緩沖容量：在數(shù)值上等于使單位體積：在數(shù)值上等于使單位體積(1L(1L或或1ml)1ml)的緩沖溶液的的緩沖溶液的pHpH值改變一個(gè)單位時(shí)，所需外加一元值改變一個(gè)單

24、位時(shí)，所需外加一元強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量強(qiáng)酸或一元強(qiáng)堿的物質(zhì)的量(mol(mol或或mmol)mmol)。用微分式表示為：用微分式表示為：dpHda(b)Vn(5.5) 式中：式中：V V 是緩沖溶液的體積，單位為是緩沖溶液的體積，單位為L(zhǎng) L或或mlml； d dn na(b)a(b) 是緩沖溶液中加入一元強(qiáng)酸是緩沖溶液中加入一元強(qiáng)酸( (d dn na a) )或一元強(qiáng)或一元強(qiáng)堿堿( (d dn nb b) )的物質(zhì)的量，單位是的物質(zhì)的量，單位是molmol或或mmolmmol；為緩沖溶液為緩沖溶液pHpH值的改變量。值的改變量。dpHdefdef dpHda(b)Vn(5.5) 由由式

25、式(5.5)(5.5)可知：可知： 1.1.值均為正值。值均為正值。 2.2.在同樣的在同樣的d dn na(b)a(b)和和V V的條件下，的條件下，pHpH值的改值的改變量變量愈小，則愈小，則值愈大，緩沖能力愈強(qiáng)值愈大，緩沖能力愈強(qiáng)。dpH 由由式式(5.5)(5.5)可導(dǎo)出緩沖容量可導(dǎo)出緩沖容量與緩沖溶液與緩沖溶液BB- - 、HBHB及總濃度及總濃度( (c c總總= =BB- -+HB+HB) )的的關(guān)系關(guān)系* * ： 2.3032.303BB- -HBHB/c/c總總(5.6) * * （推導(dǎo)中忽略了（推導(dǎo)中忽略了I I的影響的影響, ,僅適用于較稀的溶液）僅適用于較稀的溶液） c

26、 c總總一定，緩沖比一定，緩沖比BB- -/HB=1/HB=1時(shí)時(shí)值最大，值最大，此時(shí)，此時(shí)，pH=ppH=pK Ka a ，可，可用表用表5-35-3說(shuō)說(shuō)明明* * 二、影響緩沖容量二、影響緩沖容量的因素的因素* * 與與總濃度總濃度( (c c總總) )和和緩沖比緩沖比( (BB- -/HB/HB) )有關(guān)。有關(guān)。 1.1.當(dāng)當(dāng)緩沖比緩沖比一定時(shí)，一定時(shí)，c c總總越大，越大，越大越大。2.2.緩沖容量與緩沖比的關(guān)系緩沖容量與緩沖比的關(guān)系 由于由于BB- - 、HBHB決定緩沖溶液的決定緩沖溶液的pHpH值，所以值，所以隨隨pHpH值的變化而變化。圖值的變化而變化。圖5-15-1* * 因

27、為因?yàn)? :B-+HB c總總 , B-/HB=1 所以所以: :B-HB c總總/2 * * 代入代入式式(5.6) 2.303B-HB/c總總 極大極大2.303(c總總/2)(c總總/2)/ c總總 極大極大=0.576 c總總 結(jié)論：結(jié)論：同一緩沖系的緩沖溶液，同一緩沖系的緩沖溶液，c c總總一定時(shí)，一定時(shí)，緩沖比愈接近緩沖比愈接近1 1，緩沖容量愈大；，緩沖容量愈大；緩沖比偏離緩沖比偏離1 1越遠(yuǎn)，越遠(yuǎn)，緩沖容量緩沖容量值越小，值越小，pHpH偏離偏離p pK Ka a越遠(yuǎn)。越遠(yuǎn)。 3.3.強(qiáng)酸，強(qiáng)堿亦具有緩沖作用。強(qiáng)酸，強(qiáng)堿亦具有緩沖作用。* * 總濃度相同總濃度相同( (曲線(xiàn)曲線(xiàn)

28、4,5)4,5)的緩沖溶液，具有的緩沖溶液，具有相同的相同的極大極大值，與緩沖系的種類(lèi)無(wú)關(guān)。值，與緩沖系的種類(lèi)無(wú)關(guān)。(4.9) 4.4.緩沖范圍緩沖范圍(buffer effective range)(buffer effective range)： 緩沖溶液具有緩沖能力的緩沖溶液具有緩沖能力的pHpH值范圍，即值范圍，即pH=ppH=pK Ka a1 1。 顯然：顯然：緩沖系不同，各弱酸的緩沖系不同，各弱酸的p pK Ka a不同，則不同，則緩沖范圍不同。緩沖范圍不同。 一般：當(dāng)一般：當(dāng)B-/HB10 /1， 值太小，溶液已不具有緩沖能力。值太小，溶液已不具有緩沖能力。相應(yīng)地：相應(yīng)地： pH

29、ppHppHpK Ka+1, a+1, 所以所以: : 當(dāng)當(dāng)pH=ppH=pK Ka a1 1范圍內(nèi)，才具有緩沖能力。范圍內(nèi)，才具有緩沖能力。1ppH ppH 1-ppH :pH110 11 101 aaamaxKKK緩沖比：減小減小只有當(dāng)緩沖比在只有當(dāng)緩沖比在0.110 范圍內(nèi)，緩沖溶液才能發(fā)揮緩沖作用。范圍內(nèi)，緩沖溶液才能發(fā)揮緩沖作用。HA-A- 緩沖溶液的緩沖范圍為緩沖溶液的緩沖范圍為： apHp(HA)1K 例例5-5 5-5 今有總濃度為今有總濃度為0.10mol0.10molL L-1-1的的HAc-NaAcHAc-NaAc緩沖溶液緩沖溶液HAcHAc的的p pK Ka a4.76

30、4.76，試求其，試求其pHpH為為4.454.45時(shí)的緩時(shí)的緩沖容量。沖容量。HBBlgppHa Kc總總 B-+HB 分析分析：2.3032.303B-HB/c總總HBBlg76. 445. 4 69. 131. 0HBBlg 50. 0HBB B-0.033 molL-1HB0.067 molL-1= =2.3030.0330.067 /0.1=0.051(molL-1pH-1)第四節(jié) 緩沖溶液的配制 the principle for preparing the buffer solution 一、緩沖溶液的配制方法一、緩沖溶液的配制方法二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液二、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 欲配制具有一定

31、欲配制具有一定pHpH值、且有足夠緩沖能力的值、且有足夠緩沖能力的溶液，應(yīng)按下述原則溶液，應(yīng)按下述原則: : 1.1.選擇適當(dāng)?shù)木彌_系選擇適當(dāng)?shù)木彌_系* * a.a.具有緩沖能力具有緩沖能力, ,且緩沖能力愈大愈好。且緩沖能力愈大愈好。( (使所使所配制的緩沖溶液的配制的緩沖溶液的pHpH值在所選緩沖系的緩沖范圍內(nèi)。值在所選緩沖系的緩沖范圍內(nèi)。且盡可能選且盡可能選p pK Ka a更接近欲配制溶液的更接近欲配制溶液的pHpH值的緩沖系值的緩沖系) )b.b.實(shí)用性。實(shí)用性。 ( (所選緩沖系物質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定、無(wú)毒，不能與所選緩沖系物質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定、無(wú)毒，不能與溶液中的反應(yīng)物或產(chǎn)物發(fā)生作用。溶液中的反應(yīng)物或

32、產(chǎn)物發(fā)生作用。) ) 2.2.配制的緩沖溶液的總濃度要適當(dāng)。一般為配制的緩沖溶液的總濃度要適當(dāng)。一般為: :0.050.050.2mol0.2molL L-1-1。 一、緩沖溶液的配制方法一、緩沖溶液的配制方法 一般，據(jù)所要求的一般，據(jù)所要求的pHpH值和所選緩沖系中共軛值和所選緩沖系中共軛酸的酸的p pK Ka a求出緩沖比。可根據(jù)具體情況選用式求出緩沖比?？筛鶕?jù)具體情況選用式(4.2)(4.2)(4.5)(4.5)計(jì)算出所需弱酸及其共軛堿的量。計(jì)算出所需弱酸及其共軛堿的量。 4.4.校正校正。按照計(jì)算結(jié)果，混合所需的弱酸和。按照計(jì)算結(jié)果，混合所需的弱酸和共軛堿溶液，即得所需共軛堿溶液，即得

33、所需pHpH值值近似近似的緩沖溶液。的緩沖溶液。 如果對(duì)如果對(duì)pHpH值要求嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)，還需在值要求嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)，還需在pHpH計(jì)監(jiān)控計(jì)監(jiān)控下對(duì)所配緩沖溶液的下對(duì)所配緩沖溶液的pHpH值加以校正。值加以校正。 3.3.計(jì)算各緩沖成分所需要的量計(jì)算各緩沖成分所需要的量。 例例5-6 5-6 如何配制如何配制100ml pH100ml pH約為約為5.005.00的緩沖溶液？的緩沖溶液？ 解解 (1) (1) 選擇緩沖系（表選擇緩沖系（表4-14-1） 由于由于HAcHAc的的p pK Ka a= 4.76= 4.76，接近所配緩沖溶液，接近所配緩沖溶液pH pH 5.005.00，所以可選用，所以

34、可選用HAc-AcHAc-Ac- -緩沖系。緩沖系。 (2)(2) 確定總濃度，計(jì)算所需緩沖系的量確定總濃度，計(jì)算所需緩沖系的量 在沒(méi)有特殊要求下，一般具備中等緩沖能力在沒(méi)有特殊要求下，一般具備中等緩沖能力即可即可(0.05(0.050.2mol0.2molL L-1-1) )，并考慮計(jì)算方便，選用，并考慮計(jì)算方便，選用0.10mol0.10molL L-1-1的的HAcHAc和和0.10mol0.10molL L-1-1 NaAc NaAc溶液。應(yīng)用溶液。應(yīng)用式式(4.5)(4.5)可得可得(HAc)(AcppHaVVK lgmlml)(.V100Vlg764005 240V100Vlg.

35、741V100V. 則則 ： V = 64ml 100ml - 64ml = 36ml 即：將即：將36ml 0.10mol36ml 0.10molL L-1-1HAcHAc溶液與溶液與64ml 64ml 0.10mol0.10molL L-1-1NaAcNaAc溶液混合就可配制溶液混合就可配制100ml pH100ml pH為為5.005.00的緩沖溶液。如有必要，最后可用的緩沖溶液。如有必要，最后可用pHpH計(jì)校正。計(jì)校正。 例例5-7 5-7 用用1.00mol1.00molL L-1-1NaOHNaOH中和中和1.00mol1.00molL L-1-1丙酸丙酸( (用用HPrHPr代表

36、代表) )的方法，如何配制的方法，如何配制1000ml1000ml總濃度總濃度為為0.100mol0.100molL L-1 -1 pH 5.00pH 5.00的緩沖溶液。的緩沖溶液。 ( (已知丙酸的已知丙酸的p pK Ka a=4.86)=4.86) 解：解： (1)1000ml (1)1000ml 緩沖溶液中緩沖物質(zhì)總的緩沖溶液中緩沖物質(zhì)總的物質(zhì)的量物質(zhì)的量皆由皆由HPrHPr提供。提供。 設(shè)設(shè)1000ml 1000ml 總濃度為總濃度為0.1mol0.1molL L-1-1的緩沖溶液需的緩沖溶液需1.00 mol1.00 molL L-1-1 HPr HPr為為 x x ml ml 則

37、則 0.11000 = 1.00 x x = 100(ml) 加入丙酸的物質(zhì)的量為加入丙酸的物質(zhì)的量為：1001=100 mmol (2)(2)設(shè)需加入設(shè)需加入1mol1molL L-1-1 NaOH NaOH為為V V mlml 則生成的丙酸鈉為則生成的丙酸鈉為V V 1= 1= V V mmolmmol(mmol)(mmol).100864005總的物質(zhì)的量為總的物質(zhì)的量為100mmol100mmol，全部由丙酸提供。，全部由丙酸提供。381100V = 58.0（ml） 取取1.00 molL-1丙酸丙酸100ml，1.00 molL-1 NaOH 58.0ml加水至加水至1000ml，

38、即得，即得總濃度為總濃度為0.100molL-1 pH 5.00的丙酸緩沖溶液的丙酸緩沖溶液1000ml 。 5-85-8 配制配制1L pH=10.01L pH=10.0的的NHNH3 3-NH-NH4 4ClCl緩沖溶液，緩沖溶液，已用去已用去350ml350ml的的15mol15molL L-1-1氨水，問(wèn)需氯化銨多少克？氨水，問(wèn)需氯化銨多少克？已知已知K Kb b(NH(NH3 3)=1.8)=1.81010-5-5 ，M M(NH(NH4 4Cl)=53.5g molCl)=53.5g mol-1-1。 解解：105144106 . 5108 . 1100 . 1)NH( aK141

39、molg5 .53/ )ClNH(L35. 0Lmol15lgp0 .10 mKa m(NH4Cl) = 50g即：即：pKa9.251.配制配制 pH = 7 的緩沖溶液時(shí)的緩沖溶液時(shí), 選擇最合適的緩沖對(duì)是選擇最合適的緩沖對(duì)是-( )( Ka (HAc) = 1.810-5 , Kb (NH3) = 1.810-5 ; H3PO4 : Ka1 = 7.5210-3 , Ka2= 6.2310-8 , Ka3= 4.410-13 ; H2CO3 : Ka1 = 4.3010-7 , Ka2 = 5.6110-11) (A) HAc-NaAc (B) NH3-NH4Cl (C) NaH2PO4

40、-Na2HPO4 (D) NaHCO3-Na2CO32.下列各混合溶液中下列各混合溶液中,具有緩沖作用的具有緩沖作用的緩沖對(duì)緩沖對(duì)是是- -( ) (A) HCl (1 moldm-3) + NaAc (2 moldm-3) (B) NaOH (1 moldm-3) + NH3 (1 moldm-3) (C) HCl (1 moldm-3) + NaCl (1 moldm-3) (D) NaOH (1 moldm-3) + NaCl (1 moldm-3)例例5-4 在研究酸雨造成某在研究酸雨造成某地地土壤酸化問(wèn)題時(shí)，需要土壤酸化問(wèn)題時(shí)，需要pH10 的碳酸鹽緩沖溶液，在的碳酸鹽緩沖溶液，在5

41、00mL 0.20molL-1 的的NaHCO3 中，需要加入多少克碳酸鈉來(lái)配制？中，需要加入多少克碳酸鈉來(lái)配制？ 解：緩沖溶液中：解：緩沖溶液中： n (HCO3) 0.2 0.5= 0.10 mol2332323(C O)a(H C O)(C O)(C O) pH = p+lg10.00=10.25+lg0.100.056m olnKnnn因此，因此，所需要碳酸鈉的質(zhì)量為：所需要碳酸鈉的質(zhì)量為：0.056 106 6.0 g第五節(jié)第五節(jié) 血液中的緩沖系血液中的緩沖系 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)中非常重要。緩沖溶液在醫(yī)學(xué)中非常重要。 在體外，微生物的培養(yǎng)、組織染色、血液的在體外，微生物的培養(yǎng)、組織染色、

42、血液的冷藏保存都需要一定冷藏保存都需要一定pHpH的緩沖溶液；在藥劑生產(chǎn)的緩沖溶液；在藥劑生產(chǎn)上，根據(jù)人的生理狀況即藥物穩(wěn)定性和溶解度等上，根據(jù)人的生理狀況即藥物穩(wěn)定性和溶解度等情況，選擇適當(dāng)?shù)木彌_溶液來(lái)穩(wěn)定溶液的情況，選擇適當(dāng)?shù)木彌_溶液來(lái)穩(wěn)定溶液的pHpH值。值。 人體內(nèi)極為復(fù)雜的物質(zhì)代謝反應(yīng)都是受各種人體內(nèi)極為復(fù)雜的物質(zhì)代謝反應(yīng)都是受各種酶控制的，而每種酶又只有在一定酶控制的，而每種酶又只有在一定pHpH范圍的體液中范圍的體液中才有活性，如胃蛋白酶的適宜才有活性，如胃蛋白酶的適宜pHpH為為1.51.52.02.0范圍。范圍。 人體內(nèi)各種體液都有一定的較穩(wěn)定的人體內(nèi)各種體液都有一定的較穩(wěn)定

43、的pHpH范圍，范圍，超出正常范圍太大超出正常范圍太大, ,可能引起機(jī)體內(nèi)許多功能失調(diào)。可能引起機(jī)體內(nèi)許多功能失調(diào)。 在生命活動(dòng)過(guò)程中，會(huì)不斷地產(chǎn)生酸性物質(zhì)，在生命活動(dòng)過(guò)程中，會(huì)不斷地產(chǎn)生酸性物質(zhì)，如碳酸、乳酸等；也會(huì)不斷地產(chǎn)生堿性物質(zhì)，如碳如碳酸、乳酸等；也會(huì)不斷地產(chǎn)生堿性物質(zhì)，如碳酸氫鹽酸氫鹽(HCO(HCO3 3- -) )、磷酸氫鹽、磷酸氫鹽(HPO(HPO4 42-2-) )等。另外，人們等。另外，人們攝取的食物中也有相當(dāng)數(shù)量的酸性或堿性物質(zhì)。盡攝取的食物中也有相當(dāng)數(shù)量的酸性或堿性物質(zhì)。盡管如此健康人的血液的管如此健康人的血液的pHpH值總是保持在值總是保持在7.35 7.35 7.

44、457.45的范圍內(nèi)，且不會(huì)發(fā)生顯著的改變。的范圍內(nèi)，且不會(huì)發(fā)生顯著的改變。 如果血液的如果血液的pHpH值降低到值降低到7.357.35以下，人要發(fā)生酸以下，人要發(fā)生酸性中毒；降低到性中毒；降低到7.17.1以下一般便要死亡。同樣，以下一般便要死亡。同樣，血液的血液的pHpH值上升到值上升到7.457.45以上，人要發(fā)生堿性中毒，以上，人要發(fā)生堿性中毒，上升到上升到7.67.6以上，一般也會(huì)死亡。以上，一般也會(huì)死亡。 血液的血液的pHpH值是如何調(diào)節(jié)的？值是如何調(diào)節(jié)的？ 血液中的緩沖系：血液中的緩沖系： *,COHCOCOHHCO23323 (溶解)或 ：血血漿漿血紅蛋白血紅蛋白紅細(xì)胞： H

45、K,POHHPO,COHHCO4224323氧合血紅蛋白氧合血紅蛋白 HK即即：K-HbO2 / H-HbO2血血漿漿蛋蛋白白血血漿漿蛋蛋白白 HNa,POHHPO4224 碳酸在溶液中主要是以溶解狀態(tài)的碳酸在溶液中主要是以溶解狀態(tài)的COCO2 2形式存形式存在在, ,在在COCO2(2(溶解溶解) )-HCO-HCO3 3- -緩沖系中存在如下平衡。緩沖系中存在如下平衡。 CO2(溶解溶解)+ H2O H2CO3 H+ +HCO3-Ka1K(溶解)總的平衡常數(shù)(溶解)23COHCOH aK：a1KK (溶解)COHCOH3232 通過(guò)查表得：通過(guò)查表得：25 ，pKa=6.37。 如果如果C

46、OCO2 2是溶解在離子強(qiáng)度為是溶解在離子強(qiáng)度為0.160.16的血漿中，的血漿中，并且溫度為并且溫度為3737時(shí)，時(shí)，p pK Ka a應(yīng)加以校正，經(jīng)校正后應(yīng)加以校正，經(jīng)校正后為為p pK Ka a，其值為，其值為6.106.10。 血漿中的碳酸緩沖系血漿中的碳酸緩沖系pHpH的計(jì)算方程式為：的計(jì)算方程式為：溶溶解解COHCOlgppH2-3a K 正常人血漿中正常人血漿中HCOHCO3 3- - 和和COCO2 2 溶解溶解 的濃度分別為的濃度分別為0.024mol0.024molL L-1-1和和0.012mol0.012molL L-1-1，代入上式，代入上式11L0.012molL0.024mollg6.10pH 40. 7120lg10. 6 在體內(nèi)在體內(nèi),HCO,HCO3 3- -是血漿中含量最多