缓冲溶液的配制及性质理实一体课件

药用基础化学药用基础化学化学教研室化学教研室 王丽王丽药用基础化学化学教研室 王丽1熟悉缓冲溶液的概念、组成及作用原理熟悉缓冲溶液的概念、组成及作用原理电解质溶液电解质溶液掌握缓冲溶液的配制方法及性质掌握缓冲溶液的配制方法及性质知识目标知识目标能力目标能力目标熟悉缓冲溶液的概念、组成及作用原理电解质溶液掌握缓冲溶液的配2 电解质溶液电解质溶液引言：引言：生物体液都有各自相对稳定的生物体液都有各自相对稳定的pHpH。比如血液。比如血液pHpH=7.35=7.357.457.45，超过此范围，就会引起酸碱中毒。而生物体自，超过此范围，就会引起酸碱中毒。而生物体自身代谢一些酸碱物质，如柠檬酸、乳酸等，体外也要身代谢一些酸碱物质，如柠檬酸、乳酸等，体外也要引入一些酸碱物质，但体液引入一些酸碱物质，但体液pHpH并不以这些酸碱性物质并不以这些酸碱性物质的摄入而改变原因是体液中存在缓冲对，具有缓的摄入而改变原因是体液中存在缓冲对，具有缓冲作用。冲作用。四、缓冲溶液四、缓冲溶液 电解质溶液引言：四、缓冲溶液3 电解质溶液电解质溶液 缓冲溶液的意义缓冲溶液的意义1 1缓缓冲冲作作用用原原理理，将将直直接接应应用用于于后后续续课课程程如如病病理理生生理理学学中中，用用于于理理解解和和探探讨讨人人体体生生理理机机制制和和病病理理生生理理变变化化，尤尤其其是是体体液液的的酸酸碱碱平平衡衡、水水盐盐代代谢谢等等正正常状态和失调等原因。常状态和失调等原因。2 2应应用用于于基基础础医医学学和和临临床床医医学学研研究究中中，尤尤其其在在生生物物学学、分分子子生生物物学学、细细胞胞生生物物学学实实验验中中，广广泛泛使使用缓冲溶液来维持研究体系的酸碱环境。用缓冲溶液来维持研究体系的酸碱环境。电解质溶液 缓冲溶液的意义4 电解质溶液电解质溶液（一）缓冲溶液的基本概念（一）缓冲溶液的基本概念1 1、缓冲作用、缓冲作用50mlH2O1滴滴1.0mol/LNaOHpH111滴滴1.0mol/L HClpH3pH=41滴滴1.0mol/LNaOHpH4.761滴滴1.0mol/L HClpH4.740.1mol/LHAc0.1mol/LNaAcpH=4.75pH=0.01【示教】电解质溶液（一）缓冲溶液的基本概念50mlH2O1滴1.05 电解质溶液电解质溶液缓冲作用：缓冲作用：能抵抗外来少量强酸强碱能抵抗外来少量强酸强碱,而自身的而自身的 pH pH基本不变的作用。基本不变的作用。缓冲溶液：缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。具有缓冲作用的溶液。电解质溶液缓冲作用：能抵抗外来少量强酸强碱,而自身的 pH6【学生实训】【学生实训】1 缓冲溶液的抗酸作用缓冲溶液的抗酸作用取三支试管，分别加入pH分别 为5、7、9的缓冲溶液3 ml，另取试管一支，加入蒸馏水3ml，各加入2滴HCl 溶液，用精密pH试纸分别测定其pH，进行比较 结论：结论：三支缓冲溶液的三支缓冲溶液的pH变化不大，蒸馏水的变化大，说变化不大，蒸馏水的变化大，说明缓冲溶液具有抗酸作用明缓冲溶液具有抗酸作用 电解质溶液电解质溶液【学生实训】1 缓冲溶液的抗酸作用结论：电解质溶液7【学生实训】【学生实训】2 缓冲溶液的抗碱作用缓冲溶液的抗碱作用同上的四种溶液，滴加同上的四种溶液，滴加NaOH，用精密，用精密pH试纸试纸分别测定其分别测定其pH三支缓冲溶液的三支缓冲溶液的pH变化不大，蒸馏水的变化大，变化不大，蒸馏水的变化大，说明缓冲溶液具有抗碱作用说明缓冲溶液具有抗碱作用 电解质溶液电解质溶液【学生实训】2 缓冲溶液的抗碱作用三支缓冲溶液的pH变化不8溶液的溶液的pH溶液的组成溶液的组成pH=5.0HAc、NaAcpH=7.0NaH2PO4、Na2HPO4pH=9.0NH3H2O、NH4Cl根据表根据表1，总结归纳出缓冲溶液的组成，总结归纳出缓冲溶液的组成 表表1：所用缓冲溶液的组成：所用缓冲溶液的组成缓冲溶液缓冲溶液是由共轭酸碱对组成的混合溶液是由共轭酸碱对组成的混合溶液 电解质溶液电解质溶液溶液的pH溶液的组成pH=5.0HAc、NaAcpH 9 电解质溶液电解质溶液“少量少量”、“基本不变基本不变”缓冲作用有限缓冲作用有限度度（1 1）浓的强酸、强碱有缓冲作用吗？）浓的强酸、强碱有缓冲作用吗？（2 2）较大浓度的弱酸、弱碱有缓冲作用吗？）较大浓度的弱酸、弱碱有缓冲作用吗？电解质溶液“少量”、“基本不变”缓冲作用有限度（1）10 以以HAc-NaAc缓冲溶液为例缓冲溶液为例NaAc是强电解质，是强电解质，NaAc Na+Ac-HAc是弱电解质，是弱电解质，HAc H+Ac-平衡向左移动平衡向左移动HAc和和Ac-是一对共轭酸碱对，故他们之间存在一个是一对共轭酸碱对，故他们之间存在一个H+转移平衡转移平衡2、缓冲作用原理、缓冲作用原理HAc H+Ac-大大量量大大量量少少量量 电解质溶液电解质溶液 以HAc-NaAc缓冲溶液为例NaAc是强电解质，N11（1 1）抗酸作用）抗酸作用平衡向左移动平衡向左移动少量少量H+缓冲对中的共轭碱发挥抵抗外加的强缓冲对中的共轭碱发挥抵抗外加的强 酸的作用酸的作用,故称为缓冲溶液的抗酸成分。故称为缓冲溶液的抗酸成分。抗酸成抗酸成分分H+Ac-HAc HAc H+Ac-电解质溶液电解质溶液（1）抗酸作用平衡向左移动少量H+缓冲对中的共12（2 2）抗碱作用）抗碱作用：HAc+OH-H2O+Ac-缓冲对中的共轭酸发挥抵抗外加的强碱的缓冲对中的共轭酸发挥抵抗外加的强碱的 作用作用,故称为缓冲溶液的抗碱成分。故称为缓冲溶液的抗碱成分。抗碱成抗碱成分分少量少量OH-平衡向右移动平衡向右移动H+OH-H2O HAc H+Ac-电解质溶液电解质溶液（2）抗碱作用：HAc+OH-13 电解质溶液电解质溶液结论：结论：（1 1）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用 的的物质基础物质基础。（2 2）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓 冲作用的冲作用的内在动力内在动力。电解质溶液结论：14缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成:由抗酸成分和抗碱成分组成，即共由抗酸成分和抗碱成分组成，即共轭酸碱对组成的混合溶液，轭酸碱对组成的混合溶液，以下混合物溶液都有缓冲作用：以下混合物溶液都有缓冲作用：HAcNaAc NH4+NH3H3PO4H2PO4-H2PO4-HPO42-HPO42-PO43-弱酸及弱酸盐弱酸及弱酸盐弱碱及弱碱盐弱碱及弱碱盐多元酸及其次级盐多元酸及其次级盐 电解质溶液电解质溶液缓冲溶液的组成:由抗酸成分和抗碱成分组成，即共轭酸碱对组成的15 电解质溶液电解质溶液（二）（二）缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH的计算的计算HAH2O H3O+A-（亨德森-哈塞尔巴赫）方程缓冲公式 电解质溶液（二）缓冲溶液的pH的计算HAH2O 16 电解质溶液电解质溶液式中式中K Ka a为缓冲系中共轭酸的平衡常数为缓冲系中共轭酸的平衡常数。A-、HA系平衡浓度，但因系平衡浓度，但因cHA、cA-都较大，都较大，A-对对HB的同离子效应的同离子效应,使使cHA HA，cA-A-，具体计算，具体计算时平衡浓度可近似用配制浓度代替。时平衡浓度可近似用配制浓度代替。称为缓冲比称为缓冲比 电解质溶液式中Ka为缓冲系中共轭酸的平衡常数。17 电解质溶液电解质溶液缓冲公式的几种形式：缓冲公式的几种形式：(1)(2)(3)电解质溶液缓冲公式的几种形式：(1)(2)(318 电解质溶液电解质溶液总结总结1 1.缓冲溶液的缓冲溶液的pH主要决定于共轭酸碱对中弱酸的电离主要决定于共轭酸碱对中弱酸的电离平衡常数平衡常数Ka，其次是缓冲溶液的缓冲比其次是缓冲溶液的缓冲比 2.2.当组成缓冲溶液的缓冲对确定以后（即当组成缓冲溶液的缓冲对确定以后（即 一定一定),),缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH只取决于缓冲比，改变缓冲比只取决于缓冲比，改变缓冲比pHpH随之随之改变。当改变。当 HA=AHA=A-，.缓冲溶液有限稀释时，缓冲溶液有限稀释时，K Ka a与缓冲比均不变，与缓冲比均不变，pHpH不变，不变，即缓冲溶液有抗稀释的作用即缓冲溶液有抗稀释的作用。电解质溶液总结19 电解质溶液电解质溶液 例例5-12 5-12 将将0.10mol/L0.10mol/LHAcHAc和和0.200mol/L0.200mol/LNaAcNaAc溶液等溶液等体体积混合配成混合配成1L1L缓冲溶液。求此冲溶液。求此缓冲溶液的冲溶液的pHpH。并。并计算算在此在此缓冲溶液中加冲溶液中加0.005mol0.005molHClHCl和和0.005mol0.005molNaOHNaOH后后,该缓冲溶液冲溶液pHpH的的变化化值?已知已知HAcHAc的的 电解质溶液 例5-12 将0.10mol/LHAc和020 电解质溶液电解质溶液(2)加入HCl后缓冲溶液的pH:缓冲溶液的pH由原来的5.05降至4.99.仅下降了0.06pH单位 电解质溶液(2)加入HCl后缓冲溶液的pH:缓冲溶液的21（四）缓冲容量和缓冲范围（四）缓冲容量和缓冲范围1、缓冲容量（、缓冲容量（）【学生实训】学生实训】3-1缓冲容量与总浓度的关系缓冲容量与总浓度的关系取二支试管，在取二支试管，在1号试管中加入均为号试管中加入均为0.1mol/L HAc溶溶液和液和NaAc溶液各溶液各2 ml，在，在2号试管中加入均为号试管中加入均为1mol/L HAc溶液和溶液和NaAc溶液各溶液各2 ml。用精密。用精密pH试试纸测定两试管中的纸测定两试管中的pH 结论：两试管中的结论：两试管中的pH基本相同基本相同 电解质溶液电解质溶液（四）缓冲容量和缓冲范围1、缓冲容量（）【学生实训】3-22（四）缓冲容量和缓冲范围（四）缓冲容量和缓冲范围1、缓冲容量（、缓冲容量（）【学生实训】学生实训】3-1缓冲容量与总浓度的关系缓冲容量与总浓度的关系向以上两向以上两试管中各加入管中各加入2滴溴酚滴溴酚红指示指示剂，然后分，然后分别滴加滴加NaOH溶液，直至溶液溶液，直至溶液颜色色变为红色。色。记录所所加加NaOH溶液的滴数溶液的滴数 1号试管所加的号试管所加的NaOH溶液明显多于溶液明显多于2号试管号试管说明：抗酸抗碱成分越多，缓冲作用越大说明：抗酸抗碱成分越多，缓冲作用越大 电解质溶液电解质溶液（四）缓冲容量和缓冲范围1、缓冲容量（）【学生实训】3-23 电解质溶液电解质溶液1、缓冲容量（、缓冲容量（）OH-pHH+pH使单位体积（使单位体积（1L1L或或1ml1ml）缓冲溶液的）缓冲溶液的pHpH改变改变1 1个个pHpH单位时，所需外加一元强酸或一元强碱的物质的单位时，所需外加一元强酸或一元强碱的物质的量量(mol(mol或或mmol)mmol)。电解质溶液1、缓冲容量（）OH-pHH+pH使单位体积（24 电解质溶液电解质溶液影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素（1 1）缓冲溶液的总浓度）缓冲溶液的总浓度 c总总：当缓冲比一定时：当缓冲比一定时,c总总越大，抗酸抗碱成分越多，缓冲作用越大越大，抗酸抗碱成分越多，缓冲作用越大 电解质溶液影响缓冲容量的因素（1）缓冲溶液的总浓度 c总：25【学生实训】【学生实训】3-2 缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系 取二支试管，在取二支试管，在1号试管中加入号试管中加入HAc溶液和溶液和NaAc溶液各溶液各5 ml，在，在2号试管中加入号试管中加入9 ml NaAc溶液溶液和和1 ml HAc溶液。计算溶液。计算pH，再用精密，再用精密pH试纸试纸测定。测定。计算得出计算得出1号号pH是是4.75，2号号pH是是5.7，试纸测试纸测得与计算值相不多。得与计算值相不多。缓冲比会影响缓冲溶液的缓冲比会影响缓冲溶液的pH 电解质溶液电解质溶液【学生实训】3-2 缓冲容量与缓冲比的关系计算得出1号pH26【学生实训】【学生实训】3-3 往每支试管中加入往每支试管中加入1 ml NaOH溶液，再用精密溶液，再用精密pH试纸测定两试纸测定两试管中的试管中的pH。2号试管号试管pH变化值要大于变化值要大于1号试管号试管缓冲比会影响缓冲溶液的缓冲能力，缓冲比缓冲比会影响缓冲溶液的缓冲能力，缓冲比是是1的缓冲能力强，缓冲容量大。的缓冲能力强，缓冲容量大。电解质溶液电解质溶液【学生实训】3-32号试管pH变化值要大于1号试管缓冲比会27 电解质溶液电解质溶液影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素（2 2）缓冲比）缓冲比:当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比等于等于1 1，缓冲容量最大，此时溶液的，缓冲容量最大，此时溶液的 。反之，缓冲比越偏离反之，缓冲比越偏离1 1，缓冲容量越小。，缓冲容量越小。电解质溶液影响缓冲容量的因素28 电解质溶液电解质溶液（二）缓冲范围：（二）缓冲范围：缓冲比在缓冲比在0.10.11010 范围内，缓冲溶液才能发挥缓冲范围内，缓冲溶液才能发挥缓冲作用。此时的作用。此时的pHpH范围称为有效范围称为有效缓冲范围缓冲范围 例如，例如，HAc的为的为pKa是是4.75，则，则HAc NaAc缓缓冲对的缓冲范围为冲对的缓冲范围为3.753.755.755.75，超出此范围就不，超出此范围就不具有缓冲能力了。具有缓冲能力了。对于具体的缓冲系，可通过调整缓冲比来调节对于具体的缓冲系，可通过调整缓冲比来调节pHpH。电解质溶液（二）缓冲范围：例如，HAc的为pKa是4.29 电解质溶液电解质溶液（五）缓冲溶液的选择和配制（五）缓冲溶液的选择和配制【学生实训】【学生实训】4：缓冲溶液的配制：缓冲溶液的配制在已有的溶液中选择缓冲对，配制在已有的溶液中选择缓冲对，配制pH为为5、7、9的缓冲溶液各的缓冲溶液各20ml，先计算各组份的量，经检查，先计算各组份的量，经检查无误后，自行配制。无误后，自行配制。用精密用精密pH试纸分别测定，并与理论值相比较。试纸分别测定，并与理论值相比较。电解质溶液（五）缓冲溶液的选择和配制【学生实训】4：缓冲溶30 电解质溶液电解质溶液缓冲溶液的选择和配制缓冲溶液的选择和配制1.选择合适的缓冲对，使所配制的缓冲溶液的选择合适的缓冲对，使所配制的缓冲溶液的H在所选择的缓冲对的缓冲范围内（在所选择的缓冲对的缓冲范围内（pKa1)，且尽，且尽量接近弱酸的量接近弱酸的pKa，以使缓冲溶液具有较大的缓冲，以使缓冲溶液具有较大的缓冲容量。容量。2.要有一定的总浓度：一般在要有一定的总浓度：一般在0.050.2molL 之间。之间。3.使缓冲比接近使缓冲比接近1 电解质溶液缓冲溶液的选择和配制1.选择合适的缓冲对，使所配31 电解质溶液电解质溶液例例5-13 用用0.10mol/LHAc0.10mol/LHAc溶液和溶液和0.10mol/L NaAc0.10mol/L NaAc溶液溶液,配制配制pH=4.95pH=4.95的缓冲溶液的缓冲溶液100ml100ml,计算所计算所需两溶液的体积。已知：需两溶液的体积。已知：电解质溶液例5-13 用0.10mol/LHAc溶液和0.32 电解质溶液电解质溶液 解解.C(HAc)=C(AcC(HAc)=C(Ac-)=0.10mol/L)=0.10mol/L，V(AcV(Ac-)=61.2ml )=61.2ml V(HAc)=100-61.2=38.8 ml V(HAc)=100-61.2=38.8 ml 电解质溶液33 电解质溶液电解质溶液 另外另外,在配制一定在配制一定pHpH的弱酸及其共轭碱的缓的弱酸及其共轭碱的缓 冲溶液时冲溶液时,也常采用在一定量的弱酸溶液中也常采用在一定量的弱酸溶液中,加入过量的强碱加入过量的强碱 。电解质溶液 另外,在配制一定pH的弱酸及其共轭碱的缓 34 电解质溶液电解质溶液配制注意事项配制注意事项1.1.所选择的缓冲对不能与反应物质作用，不得所选择的缓冲对不能与反应物质作用，不得干扰样品相继步骤的反应。药用缓冲溶液还干扰样品相继步骤的反应。药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等。必须考虑是否有毒性等。2.2.所用试剂必须使用二级以上纯度的试剂。所用试剂必须使用二级以上纯度的试剂。一级：优级纯一级：优级纯G.RG.R 二级：分析纯二级：分析纯A.RA.R 三级：化学纯三级：化学纯C.RC.R 四级：实验试剂四级：实验试剂L.RL.R 电解质溶液配制注意事项35 电解质溶液电解质溶液3.3.实验用水选用新鲜蒸馏水。实验用水选用新鲜蒸馏水。pHpH大于大于6 6的缓冲溶液应用的缓冲溶液应用无无COCO2 2的水配制，并在储存期间防止的水配制，并在储存期间防止COCO2 2的侵入。的侵入。4.4.贮藏在抗腐蚀的玻璃或聚乙烯塑料瓶中。保存期一贮藏在抗腐蚀的玻璃或聚乙烯塑料瓶中。保存期一般为般为2 23 3月，如出现浑浊、霉变、沉淀等变质现象月，如出现浑浊、霉变、沉淀等变质现象应停止使用。应停止使用。电解质溶液3.实验用水选用新鲜蒸馏水。pH大于6的缓冲溶液36 电解质溶液电解质溶液（六）血液中的缓冲系（六）血液中的缓冲系NaH2PO4/Na2HPO4 H2CO3/NaHCO3 Na-蛋白质-蛋白质血浆中：血浆中：H2CO3/KHCO3（或写成CO2溶解KHCO3）KH2PO4/K2HPO4、K氧合血红蛋白/H-氧合血红蛋白 细胞中：细胞中：电解质溶液（六）血液中的缓冲系NaH2PO4/Na2HPO37 电解质溶液电解质溶液 碳酸氢盐缓冲对在血液中的浓度最高，缓冲碳酸氢盐缓冲对在血液中的浓度最高，缓冲能力能力最大，维持血液正常的功能也最为重要。最大，维持血液正常的功能也最为重要。当当HCOHCO3 3-COCO2 2发生缓冲作用时，肺部和肾脏的调节也在起着作发生缓冲作用时，肺部和肾脏的调节也在起着作用。当体内物质代谢不断生成二氧化碳、硫酸、磷用。当体内物质代谢不断生成二氧化碳、硫酸、磷酸、乳酸、乙酰乙酸等酸性物质时，酸、乳酸、乙酰乙酸等酸性物质时，HCOHCO3 3-与与H H+离子离子结合生成结合生成H HCOCO3 3，H HCOCO3 3 分解产生分解产生COCO，使使COCO浓度增浓度增大，大，HCO HCO3 3-浓度降低。此时可通过加快肺部呼吸吐出浓度降低。此时可通过加快肺部呼吸吐出COCO2 2，或通过血浆蛋白质缓冲对和磷酸氢盐缓冲对与，或通过血浆蛋白质缓冲对和磷酸氢盐缓冲对与其作用，其作用，电解质溶液 碳酸氢盐缓冲对在血液中的浓度最高，缓38 电解质溶液电解质溶液 需需要要控控制制pHpH为为4 46,86,81010时时,需需要要选选用用哪哪种种缓冲溶液缓冲溶液?思考题思考题 电解质溶液 需要控制pH为46,810时,需要39 电解质溶液电解质溶液使使COCO2 2 浓浓度度降降低低；同同时时肾肾还还可可以以减减少少对对HCOHCO3 3-的的排排泄泄而而使使之之得得到到补补偿偿，以以此此来来恒恒定定血血浆浆的的pHpH为为7.407.40。同同理理，当当体体内内碱碱性性物物质质增增多多并并进进入入血血浆浆时时，H H2 2COCO3 3浓浓度度降降低低，而而HCOHCO3 3-浓浓度度增增大大，此此时时则则由由肺肺部部控控制制对对COCO2 2的的呼呼出出，以以及及由由肾肾脏加速对脏加速对HCOHCO3 3-的排泄，保持血浆的的排泄，保持血浆的pHpH恒定。恒定。电解质溶液使CO2 浓度降低；同时肾还可以减少对HCO340 电解质溶液电解质溶液小小 结结1、缓冲溶液的概念、组成及作用原理；、缓冲溶液的概念、组成及作用原理；2、缓冲溶液的配制方法及性质、缓冲溶液的配制方法及性质 电解质溶液小 结41