基础化学第四章缓冲溶液8

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四章 缓冲溶液,buffer solution,所有的体液均是缓冲溶液。,生化反响的背景溶液：,1,第一节 缓冲溶液及缓冲机制,一、缓冲溶液的缓冲作用和组成,H,2,O,H,2,O,pH=7.00,指示剂：溴麝香酚蓝,pH=2.00,H,2,O,pH=12.00,+2滴1molL,-1,HCl,+2滴1molL,-1,NaOH,2,NaH,2,PO,4,Na,2,HPO,4,pH=7.21,H,2,PO,4,-,- HPO,4,2-,pH=7.20,pH=7.22,NaH,2,PO,4,Na,2,HPO,4,NaH,2,PO,4,Na,2,HPO,4,NaH,2,PO,4,Na,2,HPO,4,pH=7.21,+2滴1molL,-1,HCl,+2滴1molL,-1,NaOH,溴麝香酚蓝,3,缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作,用称为缓冲作用buffer action。,1.缓冲溶液的概念,能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加,稀释，而能保持其pH根本不变的溶液，,称为缓冲溶液buffer solution。,4,2、缓冲溶液的组成,组成：,一对,足够,浓度的,共轭,弱,酸、,弱,碱对。其浓度差不能太大。,HAc - Ac,-,NH,4,+,- NH,3,共轭酸,共轭碱,H,2,PO,4,-,- HPO,4,2-,共轭,弱,酸、,弱,碱对间相差一个质子,5,抗碱成分,抗酸成分,HAc - Ac,-,NH,4,+,- NH,3,共轭酸,共轭碱,H,2,PO,4,-,- HPO,4,2-,弱酸及其对应的盐,弱碱及其对应的盐,多元酸的酸式盐及其对应的次级盐,6,例.以下各组溶液，有缓冲作用的是,A. 0.2 molL-1KCl,B. 0.02 molL-1 NH3H2O,C. 0.2 molL-1 NaH2PO4和0.2 molL-1 Na2HPO4,D. 0.01 molL-1HAc和0.2 molL-1HCl,(C),例：以下各组溶液，是否有缓冲作用？,0.1 molL-1HAc 20mL,0.1 molL-1HAc 20mL + 0.1 molL-1NaOH 20mL,C. 0.1 molL-1HAc 20mL + 0.1 molL-1NaOH 10mL,HAc,+ NaOH,NaAc,+ H,2,O,7,二、缓冲溶液的缓冲机制,缓冲溶液：HAc-NaAc,参加H3O+，平衡,Ac,-,抵消H,3,O,+,，,Ac,-,：抗酸成分,参加OH-，,OH- + H3O+ 2H2O,平衡,HAc补充消耗的H,3,O,+,，HAc：抗碱成分,HAc,+ H,2,O H,3,O,+,+ Ac,-,NaAc,Na,+,+ Ac,-,8,第二节 缓冲溶液的pH,一、缓冲溶液pH值的计算公式,pH = pK,a,+ lg B,-,/HB ,HB - B,-,共轭酸 共轭碱,酸常数,平衡浓度,p代表-lg,pK,a,= -lg(1.7610,-5,) = 4.75,如K,a,=1.7610,-5,9,pH = p,K,a,+ lg ,c,(B,-,)/,c,(HB),n = c V,pH = p,K,a,+ lg ,n,(B,-,)/,n,(HB),B,-, =,c,(B,-,)，HB=,c,(HB),起始浓度,在缓冲体系中,解释：缓冲溶液稍加稀释而pH保持不变,10,注意：对多元酸酸式盐及其次级盐的缓冲系要注意公式的内容；,例如：,H,3,PO,4,NaH,2,PO,4,NaH,2,PO,4,Na,2,HPO,4,Na,2,HPO,4,Na,3,PO,4,P58，例4-1，4-2,11,例 将0.10 molL-1 HAc溶液50mL和0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合，计算混合溶液的pH值，HAc的pKa =4.74 。,pH = p,K,a,+ lg ,n,(Ac,-,)/,n,(HAc),= 4.74 +lg 0.1030 / 0.1050,= 4,.52,12,例 将0.10 molL-1 HAc溶液50mL和0.10 molL-1 NaAc溶液30mL混合，计算混合溶液的pH值，HAc的pKa =4.74 。,pH = p,K,a,+ lg ,c,(Ac,-,) /,c,(HAc) ,= 4.74 + lg,= 4.52,c,(HAc) = 0.1050 / 80 mol,L,-1,c,(Ac,-,) = 0.1030 / 80 mol,L,-1,0.1030 / 80,0.1050 / 80,13,例 将0.10 molL-1 NH3溶液50mL和0.10 molL-1 NH4Cl溶液30mL混合，计算混合溶液的pH值，NH3的Kb =1.79 10-5。,pKa =14- pKb =14 + lg1.7910-5,= 9.25,pH = pKa + lg n(NH3)/ n(NH4+),= 9.25 +lg 0.1050 / 0.1030,= 9.47,14,例1.将100ml 0.50mol/L NH3.H2O与 60ml,0.50mol/L HCl混合,1求此溶液pH值。,2参加0.1克NaOH，求pH值。,3参加1.5ml 1mol/L HCl，求pH值。,15,解：,50mmol,30mmol,反响初,反响终,30mmol,20mmol,例1.将100ml0.50mol/L NH3.H2O 与 60ml,0.50mol/L HCl混合,1求此溶液pH值。,16,2,3,参加0.1克 NaOH,9.02,参加1.5 mmol HCl,17,例2. 取0.1mol/L某一元弱酸50ml与20ml 0.1mol/L,KOH混合，将此溶液稀释至100ml，测得该溶液,pH为5.30，求一元弱酸的K,a,。,解：,18,二、影响缓冲溶液pH值的因素,1. p,K,a,(酸常数),2.,c,(B,-,)/,c,(HB),缓冲比,pH = p,K,a,+ lg ,c,(B,-,)/,c,(HB),19,第三节 缓冲容量和缓冲范围,一、缓冲容量buffer capacity,缓冲溶液的体积相等,|dpH|为参加等量酸、碱后pH的变化值,缓冲容量(,)： 衡量缓冲能力,A B,|dpH |,A,小于|dpH |,B,缓冲能力强,20,21,1、缓冲容量()定义,使单位体积缓冲溶液的pH改变1个单位,时,所需参加的强酸、强碱的物质的量。,单位：mol/LpH或mmol/LpH,2、影响缓冲容量的因素,总浓度,c,总,c,总,= 共轭酸 + 共轭碱，,c,总,缓冲比， 共轭碱/ 共轭酸=,b,/ a,a=b,时,最大,base acid,22,二、缓冲范围,缓冲比1:1，最大；缓冲比离1:1愈远， 愈小，甚至没有缓冲作用,缓冲比10/11/10，,pH：pKa+1pKa-1缓冲范围,NaH,2,PO,4,-Na,2,HPO,4,组成的缓冲溶液 pK,a2,=7.21,23,NH,3,-NH,4,Cl组成的缓冲溶液,p,K,b,=4.75,理论缓冲范围：3.75-5.75错误,(p,K,a,=14.00-4.75=9.25),实际缓冲范围与理论缓冲范围有误差,24,例. 以下各缓冲溶液，缓冲容量最大的是,A. 500ml 中含有0.15molHAc和0.05molNaAc,B. 500ml 中含有0.05molHAc和0.15molNaAc,C. 500ml 中含有0.10molHAc和0.1molNaAc,D. 1000ml中含有0.15molHAc和0.05molNaAc,E. 1000ml中含有0.10molHAc和0.1molNaAc,25,第四节 缓冲溶液的配制,一. 缓冲溶液配制方法,实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步：,1.选择适宜的缓冲对,26,例：欲配pH=4.5缓冲溶液，可选择,(B),第四节 缓冲溶液的配制,一. 缓冲溶液配制方法,实际中我们需要配缓冲溶液,一般分四步：,1.选择适宜的缓冲对,27,3、计算缓冲比,4、校正,2、确定总浓度,0.050.2mol/L,28,例1：如何配制pH=5.00的缓冲溶液100m1,(1)选择缓冲系,pH=5.00HAc的pK,a,=4.75,选HAcNaAc缓冲系,(2)确定总浓度,29,设取V ml 0.1mol/L的NaAc,那么HAc为(100-V)ml,根据,将64ml 0.10mol/L NaAc与36ml 0.1mol/L HAc混合，就可配pH=5.00的缓冲溶液,30,例2. 如要配置pH=5.10 缓冲液100ml 需在,6mol/L HAc 10ml中参加2mol/L NaOH多少ml？,31,例3. 在浓度为0.05mol/L的Tris(三羟甲基甲氨)溶液50ml中，参加浓度为0.05mol/L的HCl溶液多少毫升，用水稀释到100ml后溶液的pH值为7.40 (TrisHCl的pKa=8.17),Tris,TrisHCl,32,解:设需参加HCl溶液 x ml,例3. 在浓度为0.05mol/L的Tris(三羟甲基甲氨)溶液50ml中，参加浓度为0.05mol/L的HCl溶液多少毫升，用水稀释到100ml后溶液的pH值为7.40 (TrisHCl的pKa=8.17),33,P63 表4-3，,表4-4,医学上广泛使用缓冲溶液配方表,常用缓冲系：PBS(H,2,PO,4,-,- HPO,4,2-,),NaCl：调节至等渗,34,细胞培养的缓冲系统,pH 在 7.2 - 7.4,缓冲体系：NaHCO,3,-CO,2,培养箱： 5% CO,2,，培养液： 1.97g/L NaHCO,3,指示剂：酚红，酸性培养液呈橙黄色，碱性培养液呈深红色。,35,分子克隆常用缓冲液,TE：10mmol/L Tris.Cl + 1mmol/L EDTA,STE( 或称 TEN)：10mmol/L Tris. Cl( pH8.0) 1mmol/L EDTA (pH8.0) 0.1mol/L NaCl,STET：10mmol/L Tris.Cl ( pH8.0) 1mmol/L EDTA(pH8.0) 0.1mol/L NaCl 5%TritonX-100,TNT：10mmol/L Tris.Cl ( pH8.0) 150mmol/L NaCl 0.05% Tween20,36,常用的电泳缓冲液,Tris-乙酸TAE：0.04mol/L Tris-乙酸 +0.001mol/L EDTA,Tris-磷酸TPE：0.09mol/L Tris-磷酸 +0.002mol/L EDTA,Tris-硼酸TBE：0.045mol/L Tris-硼酸 +0.001mol/L EDTA,碱性缓冲液 ：50mmol/L NaOH +1mmol/L EDTA,Tris-甘氨酸 ：25mmol/L Tris +250mmol/L 甘氨酸 +0.1% SDS,37,二. 标准缓冲溶液,P64 表4-5中所列物质，为什么可单独配制,缓冲溶液？,1.硼砂Na2B4O710H2O,38,2.酒石酸氢钾 KHX,1HX-H2XpKa1=2.98,2X2- HX-pKa2=4.30,KHXpH=1/2 pKa1 + pKa2 =3.64,思考题：NaH,2,PO,4,能否单独配缓冲溶液？,39,第五节 血液中的缓冲系,人体血液pH 7.357.45,pH7.45 碱中毒,血液缓冲系统：,1.血浆缓冲系统,2.红细胞缓冲系统,40,血液缓冲系统：,1.血浆缓冲系统开放性缓冲系统，缓冲作用最大,NaHCO3 / H2CO3， Na-蛋白质 / H-蛋白质，Na2HPO4 / NaH2PO4,2.红细胞缓冲系统非开放性缓冲系统,NaH2P04-Na2HPO4、HPr-Pr-、HHb-Hb-、HHbO2-HbO2-,41,体液酸碱物质的来源：,主要来源：细胞在物质代谢的过程中产生的酸性物质的生成量碱性物质的生成量。,次要来源：食物。,42,代谢：,挥发酸：H2CO3可变成CO2气体经肺排出体外,固定酸：经肾随尿排出的酸性物质磷酸、硫酸、尿酸和有机酸,摄入：,食物中的酸性物质柠檬酸、维生素C,酸性药物氯化铵、水杨酸 ,酸性物质,碱性物质,代谢：NaHCO,3,摄入：水果、蔬菜中的生物碱,43,血液缓冲系统对酸负荷的缓冲,44,H,+,+HCO,3,-,H,2,CO,3,CO,2,+ H,2,O,K,1,K,2,HCO,3,-,CO,2,溶解,pH = p,K,a,+ lg,正常人：,HCO,3,-,/ CO,2溶解,=20/1,抗酸成分碱储 抗碱成分,HCO,3,-,CO,2,溶解,pH = 6.10,+ lg,血浆的缓冲机制,pH = 6.10 + lg20/1= 7.40,缓冲比 20：1，缓冲能力仍很强？,45,pH7.45 碱中毒,H,+,的增加：,加快呼吸排出多余的CO,2,，延长肾中HCO,3,-,的停留时间。,OH,-,的增加：,降低肺部CO,2,的排出量，缩短肾中HCO,3,-,的停留时间。,血液pH维持7.357.45原因,46,酸碱平衡紊乱,正常状态：机体可调节酸碱平衡。,一般疾病：酸碱物质的增减变化，机体也可调节酸碱平衡代偿。,严重疾病：机体内产生或丧失的酸碱过多而超过机体调节能力或机体对酸碱调节机制出现障碍时，导致酸碱平衡失调失偿 。,47,呼吸性酸中毒,酸中毒,代谢性酸中毒,呼吸性碱中毒,碱中毒,代谢性碱中毒,混合性酸碱平衡紊乱,酸碱平衡紊乱,48,原因：排出的CO2减少呼吸中枢抑制，呼吸道阻塞，肺部病变等。,调节：肾脏NaHCO3吸收加强,H2CO3，HCO3- ， HCO3-/H2CO3=20/1代偿型呼吸性酸中毒 ,HCO3-/H2CO3 20/1失偿型呼吸性酸中毒 ,治疗： 1. 改善肺泡通气功能；2. 使用碱性药物,呼吸性酸中毒,特征：血浆H,2,CO,3,浓度原发性增高和pH降低,49,原因：酸性代谢产物增加 酸性物质排除障碍,碱丧失过多,调节：肺调节，加快呼吸，排出过多CO2；,肾调节，排酸保碱，增加HCO3- 的重吸收。,HCO3- ，H2CO3 ， HCO3-/H2CO320/1代偿型代谢性酸中毒。,HCO3-/H2CO3 20/1失偿型代谢性酸中毒,治疗：治疗原发病，应用碱性药物,代谢性酸中毒,特征：血浆HCO,3,-,浓度原发性减少和pH降低,50,代谢性碱中毒,特征：血浆HCO,3,-,浓度原发性增加和pH升高,原因：,1. 消化道失H+：呕吐、胃液引流；2. 肾失H+：应用利尿剂如噻嗪类、速尿等造成低氯性碱中毒；缺钾；肾上腺皮质激素增多；,3. 碱性物质摄入过多。,肾的代偿调节：肾脏泌H+、NH4+，重吸收HCO3-,治疗：1. 治疗原发病；2. 给予生理盐水；3. 给予含氯酸性药物。,51,呼吸性碱中毒,特征：血浆H,2,CO,3,浓度原发性减少和pH升高,原因：1. 低氧血症；2. 呼吸中枢兴奋；3. 呼吸机使用不当造成的过度通气。,调节：慢性呼吸性碱中毒时，肾脏发挥重要的代偿作用。肾小管细胞多分泌H,+,，分泌NH,3,减少，HCO,3,-,重吸收减少。,治疗原发病,52,混合性酸碱平衡紊乱:,1.,呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒原因：呼吸、心跳骤停、慢性阻塞性肺疾患合并心力衰竭或休克；特点：pH，CO,2,，HCO,3,-,，,2. 呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒原因：慢性阻塞性肺疾患应用利尿剂或合并呕吐；特点：pH不定，CO,2,，HCO,3,-,。,53,CO,2,+ H,2,O + Hb,-,HCO,3,-,+ HHb,HCO,3,-,+ HHbO,2,CO,2,+ H,2,O+ HbO,2,-,血液中抗酸后产生CO,2,，与Hb,-,作用：,HCO,3,-,运送到肺部，与HHbO,2,作用：,红细胞的缓冲机制,血红蛋白、氧合血红蛋白的作用：,CO,2,和O,2,的转运,肺部：HHb+O,2,HHbO,2,主要：,H,2,b Hb,-,、HHbO,2,HbO,2,-,54,英语单词: buffer solution, buffer action, buffer capacity,作业: P67-5、7、8、9、10,补充题: How many grams of NaC,3,H,5,O,3,must be added to 0.1 mol of HC,3,H,5,O,3,in order to prepare 1.0 liter of a buffer solution whose pH equals 4.15(pKa=3.86).,(答案 22g),55,第四章小结,缓冲溶液的概念、,组成,、缓冲作用机制,缓冲溶液pH的计算,缓冲容量、缓冲范围,影响缓冲容量的因素：C,总,、缓冲比,血液中的缓冲系：,血浆中的缓冲系、红细胞中的缓冲系,56,思考题：,1. 将HAc-Ac,-,缓冲溶液稀释一倍，溶液中的H,3,O,+,就减少到原来的一半,2. 将等体积的0.1 molL,-1,的NH,4,Cl与0.2 molL,-1,的NH,3,H,2,O混合，所得的溶液缓冲能力最强,-,-,pH =pK,a,+ lg,c,(B,-,),c,(HB),3影响缓冲容量的主要因素是,A.缓冲溶液的pH值和缓冲比,B. 弱酸的p,K,a,和缓冲比,C.弱酸的p,K,a,和缓冲溶液的总浓度,D. 缓冲溶液的总浓度和缓冲比,(D),57,4. NH,4,Cl-NH,3,H,2,O组成的缓冲溶液在pH=7左右没有缓冲能力,+,(p,K,a,5.人体血液的 pH缓冲范围为,，主要缓冲对为,。,6. HAc、H2PO4-和NH4+的pKa分别为4.75，7.21和9.25，假设欲配制与正常人血浆pH值一样的缓冲溶液，应选用的缓冲系为 ，其中抗酸成分 。,H,2,CO,3,-HCO,3,-,H,2,PO,4,-,-,HPO,4,2-,HPO,4,2-,58,7. 欲配制pH=4.50的缓冲溶液，假设用HAc及NaAc配制，那么二者的浓度比C(NaAc)/C(HAc)为,(HAc的Ka=1.7610-5),A. 4.75/1 B. 1/4.75,C. 4.50/1 D. 1/1.78,(D),pH =pK,a,+ lg,c,(,B,-,),c,(,HB,),pK,a,= 4.75,59,8.由弱酸HB(Ka=5.010-6)及其钠盐配制的缓冲溶液中HB的浓度为0.25 molL-1,于此溶液100ml中参加0.20gNaB(Mr=40.0gL-1) ，所得溶液的pH值为多少？,pK,a,= -lg,5.010,-6,= 5.30,pH =pK,a,+ lg,= 5.30+ lg = 4.60,n,(B,-,),n,(HB),0.20/40 0.250.100,60,