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1、第四章 緩沖溶液 Buffer Solution 學習內容 1.緩沖溶液及緩沖機制 緩沖溶液及其組成 緩沖機制 2.緩沖溶液pH的計算 緩沖溶液pH的近似計算公式 緩沖溶液pH計算公式的校正 3.緩沖容量和緩沖范圍 緩沖容量 影響緩沖容量的因素 學習內容 4.緩沖溶液的配制 緩沖溶液的配制方法 標準緩沖溶液 5.血液中的緩沖系 學習要求 掌握緩沖溶液的概念、組成和緩沖機理。 掌握影響緩沖溶液pH的因素、應用Henderson-Hasselbalch方程式計算緩沖溶液pH值。 掌握緩沖容量的概念、影響因素及有關計算。 熟悉配制緩沖溶液的原則和方法。了解醫(yī)學上常用緩沖溶液配方和標準緩沖溶液。 熟悉

2、血液中的主要緩沖系及在穩(wěn)定血液pH過程中的作用。 第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 一緩沖溶液的緩沖作用和組成 實驗 樣品1，0.10 mol L-1 NaCl溶液 樣品2，含 HAc 和 NaAc 均為0.10 mol L-1的 混合溶液 操作：加入強酸 HCl 至 0.010 molL-1 觀察現(xiàn)象：pH值的變化 第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 0.10 mol L-1 NaCl溶液 NaCl溶液中加入HCl到0.010 mol L-1 ，溶液的pH由7變?yōu)?，改變了5個pH單位。 第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 0.10 mol L-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液 0.10 mol

3、L-1 HAc 0.10 mol L-1 NaAc溶液溶液中加入HCl到0.010 mol L-1 ，溶液的pH由4.75變?yōu)?.74，改變僅0.01pH單位。 第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 一緩沖溶液的緩沖作用和組成 結論 HAc NaAc 混合溶液有抵抗外來少量強酸、強堿而保持pH值基本不變的能力。 第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 一緩沖溶液的緩沖作用和組成 1.緩沖溶液（buffer solution） 能抵抗外來少量強酸、強堿或稍加稀釋，而保持其pH基本不變的溶液。 2.緩沖作用（buffer action） 緩沖溶液對強酸、強堿或稀釋的抵抗作用。 3.緩沖溶液的組成 一般由足夠濃度的共軛酸

4、堿對的兩種物質組成。 組成緩沖溶液的共軛酸堿對的兩種物質合稱為緩沖系(buffer system)或緩沖對(buffer pair)。 第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 一緩沖溶液的緩沖作用和組成 常見的緩沖系 質子轉移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+ H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+Tris H+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH4+H2O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO42-+H2O PO43-+H3O+緩沖系HAc

5、-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4Tris HCl -TrisH2C8H4O4- KHC8H4O4NH4Cl - NH3CH3NH3+Cl - CH3NH2NaH2PO4- Na2HPO4Na2HPO4- Na3PO4質子轉移平衡HAc+H2O Ac-+H3O+H2CO3+ H2O HCO3-+H3O+H3PO4+H2O H2PO4-+H3O+Tris H+H2O Tris+H3O+H2C8H4O4+H2O HC8H4O4-+H3O+NH4+H2O NH3+H3O+CH3NH3+H2O CH3NH2+H3O+H2PO4-+H2O HPO42-+H3O+HPO42-+H

6、2O PO43-+H3O+緩沖系HAc-NaAcH2CO3-NaHCO3H3PO4-NaH2PO4Tris HCl -TrisH2C8H4O4- KHC8H4O4NH4Cl - NH3CH3NH3+Cl - CH3NH2NaH2PO4- Na2HPO4Na2HPO4- Na3PO4第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 一緩沖溶液的緩沖作用和組成 在實際應用中，還采用酸堿反應的生成物與剩余的反應物組成緩沖系。 弱酸（過量）+ 強堿 強酸 + 弱堿（過量） 優(yōu)點： HCl 和 NaOH 溶液常備試劑，容易獲得。 弱酸或弱堿的濃度即緩沖系的總濃度。 通常緩沖溶液的pH需要在pH計監(jiān)控下調整，滴加強堿/酸易于操

7、作。 第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 二 緩沖機制 以HAcAc-體系為例 緩沖溶液存在大量HAc和Ac- ，質子轉移平衡 當加入少量強酸時消耗掉外來的H+離子，質子轉移平衡左移，而溶液的pH保持基本不變。 H+ + Ac- HAc 當加入少量強堿時質子轉移平衡右移，補充消耗掉的H3O+離子，而的pH值保持基本不變。 OH- + H3O+ 2H2O 共軛堿稱為抗酸成分，共軛酸稱為抗堿成分。 HAc + H2O H3O+ + Ac-第一節(jié) 緩沖溶液及緩沖機制 二緩沖機制 結論結論 由于緩沖溶液中同時含有較大量的抗堿成分和抗酸成分，消耗外來的少量強酸、強堿。 它們通過弱酸解離平衡的移動，使溶液H+離子

8、或OH-離子濃度未有明顯的變化，因此具有緩沖作用。 第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 一緩沖溶液pH值的計算公式：HendersonHasselbalch方程式 以HB代表弱酸，并與NaB組成緩沖溶液。 HB + H2OH3O+ + B-HBBlg p pH-a K第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 一緩沖溶液pH值的計算公式 1.如何推求HendersonHasselbalch方程式 HB + H2OH3O+ + B-HBBlg p pH HBBOH -a3aKK等式兩邊各取負對數(shù)，第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 一緩沖溶液pH值的計算公式 2.HendersonHasselbalch方程式的意義 緩沖溶液的pH首

9、先取決于pKa pKa值一定，其pH值隨著緩沖比B-/HB的改變而改變。當緩沖比等于l時，pH等于pKa HBBlg p pH-a K第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 一緩沖溶液pH值的計算公式 3.HendersonHasselbalch方程式的應用 HB在溶液中只少部分解離，且因B-的同離子效應，使HB幾乎完全以分子狀態(tài)存在。所以 HBBlg p pH-a KHB)Blg p pH-a(ccK 第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 一緩沖溶液pH值的計算公式 由于 c = n/V，所以 HB)Blg p pH )HB)/)/Blg p HB)Blg p pH-a-a-a(nnKVnVnKccK溶液溶液第二節(jié)

10、緩沖溶液的pH值 一緩沖溶液pH值的計算公式 根據 n = cV，若取儲備液 c(B-) = c(HB) HB)Blg p pH HB)HB)B)Blg p HB)Blg p pH-a-a-a(VVKVnVnKnnK第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 例 混合 20 mL 0.10 mol L-1 的 H3PO4與 30 mL 0.10 mol L-1 的 NaOH，所得緩沖溶液的pH=？ 已知：pKa1=2.16， pKa2=7.21， pKa3=12.32。 解 H3PO4 + Na OHNa H2PO4 + H2O反應前2 0 0 . 1 0 mmo l3 0 0 . 1 0 mmo l反應后2

11、. 0 mmo l1 . 0 mmo lNa H2PO4 + Na OHNa2HPO4 + H2O反應前2 . 0 mmo l1 . 0 mmo l反應后1 . 0 mmo l1 . 0 mmo l7.21 1.0mmol1.0mmollg7.21 POHHPOlg p pH42-24a2K第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 二緩沖溶液的稀釋值 緩沖溶液加水稀釋時，c(B-)與c(HB)的比值不變，計算的pH值也不變。 但因稀釋而引起溶液離子強度的改變，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值也隨之有微小的改變。 HB)Blg p pH-a(ccK 第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 二緩沖

12、溶液的稀釋值 緩沖溶液的pH值隨著稀釋的變化用稀釋值表示，當緩沖溶液的濃度為c時，加入等體積純水稀釋，稀釋后與稀釋前的pH值之差定義為稀釋值，符號為pH1/2 稀釋值0，表明緩沖溶液的pH值隨稀釋而增加；稀釋值0，則表明緩沖溶液的pH值隨稀釋而減少。 cc/21/2pH pH pH第二節(jié) 緩沖溶液的pH值 稀釋值 pH1/2(pH 單位) C總 (mo1 L-1) z0 (如 HAc-Ac-) z+1 (如 NH4+-NH3) z-1 (如 H2P04-HPO42-) 0.1 0.028 -0.025 0.105 0.05 0.023 -0.023 0.096 0.025 0.019 -0.0

13、19 0.082 0.02 0.017 -0.017 0.079 0.01 0.013 -0.013 0.065 0.005 0.010 -0.010 0.047 0.0025 0.007 -0.007 0.040 第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍 一、緩沖容量 緩沖溶液的緩沖能力有一定限度，當加入強酸或強堿過量，緩沖溶液的pH將發(fā)生較大的變化，失去緩沖能力。用緩沖容量作為衡量緩沖能力大小的尺度。定義為 pH dpH d)b(a)b(aVnVn第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍 二、影響緩沖容量的因素 1） 緩沖比的影響 2）總濃度c總HB+B-的影響 BHBBHBBBHBHB303. 2第三節(jié) 緩沖容量和

14、緩沖范圍 三、最大緩沖容量max 緩沖比越接近1，緩沖容量越大；緩沖比等于1時，有最大緩沖容量。 總c 576. 0BHB2121303. 2maxBHBBHBBBHBHB303. 2第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍 四、緩沖范圍 把緩沖溶液pH=pKa1變化范圍稱為緩沖范圍。 1ppH ppH 1-ppH :pH110 11 101 aaamax KKK緩沖比：減小減小第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍 緩沖容量 與pH的關系 （1）HCl （2）0.1 mol L-1 HAc+NaOH （3）0.2 mol L-1 HAc+NaOH （4）0.05 mol L-1 KH2PO4+NaOH （5）0.05

15、 mol L-1 H2BO3+NaOH （6）NaOH 第三節(jié) 緩沖容量和緩沖范圍 例例 將0.20mol L-1HB溶液和0.20mol L-1 B-溶液 以9:1的體積比混合，計算緩沖系的緩沖容量。 解：解： 當V(HB):V(B-)=9:1時 c(HB)= c(B-)= 11-1Lmol18. 0199Lmol20. 0)B()(HB)HB(L0.20molVVV11-1Lmol020. 0191Lmol20. 0)B()(HB)B(L0.20molVVV11111Lmol041. 0Lmol020. 0Lmol18. 0Lmol020. 0Lmol18. 0303. 2第四節(jié) 緩沖溶液

16、的配制 一、配制方法 1選擇合適的緩沖系： （1）pH在pKa1緩沖范圍內并盡量接近弱酸pKa。 （2）緩沖系的物質必須對主反應無干擾。 2配制的緩沖溶液的總濃度要適當： 一般總濃度0.05mol L-10.2mol L-1。 3計算所需緩沖系的量： 根據Henderson-Hasselbalch方程計算。 4校正： 需在pH計監(jiān)控下，對所配緩沖溶液的pH校正。 第四節(jié) 緩沖溶液的配制 二、標準緩沖溶液 標準緩沖溶液性質穩(wěn)定，有一定的緩沖容量和抗稀釋能力，用來校準pH計。 溶 液 濃度/(mol L-1) pH(25) KHC4H4O6 飽和，25 3.557 KHC8H4O4 0.05 4.

17、008 KH2PO4-Na2HPO4 0.025，0.025 6.865 KH2PO4-Na2HPO4 0.008 695，0.03 043 7.413 (Na2B4O7 10H2O) 0.01 9.180 第五節(jié) 血液中的緩沖系 血漿中： H2CO3-HCO3- H2PO4-HPO42- HnP-Hn-1P- 紅細胞中： H2b-Hb-(血紅蛋白) H2bO2-HbO2-(氧合血紅蛋白) H2CO3-HCO3- H2PO4-HPO42- 第五節(jié) 血液中的緩沖系 在這些緩沖系中，碳酸緩沖系H2CO3-HCO3-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。 碳酸緩沖系來源于呼吸作用的

18、二氧化碳溶于血液生成的碳酸，與其離解產生的碳酸氫根離子，以及血液中貯存的碳酸氫根離子達成平衡： CO2(溶解)+H2O H2CO3 H+ HCO3- 第五節(jié) 血液中的緩沖系 當體內酸性物質增加, HCO3-與H3O+結合，平衡左移；體內堿性物質增加時，H3O+結合OH-，H2CO3(CO2溶解) 解離，平衡右移，pH明顯改變。 HCO3-在一定程度上可以代表血漿對體內所產生的酸性物質的緩沖能力，所以常將血漿中的HCO3-稱為堿儲。 若血液的pH小于7.35，則會發(fā)生酸中毒(acidosis)；若pH大于7.45，則發(fā)生堿中毒(alkalosis)。若血液的pH小于6.8或大于7.8，就會導致死亡。 第五節(jié) 血液中的緩沖系 正常情況下，HCO3-與CO2溶解的比率為24mmol L-1比1.2mmol L-1，即20/1。37時，若血漿中離子強度為0.16，經校正后， pKa=pKa1 =6.10， pH6.10 + lg )HB()B(lg11Lmol0012. 0Lmol024. 0