无机化学第五章-电解质溶液-第五节至第六节

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,第五章,电解质溶液,目录,第,五,章,电解质溶液,第,五,节,缓冲溶液,第,六,节,难溶强电解质的沉淀溶解平衡,缓冲溶液,第,五节,第,五,章,电解质溶液,第,五节,缓冲溶液,生物体液都有各自相对稳定的,pH,。比如血液的,pH,为,7.35,7.45,，超过此范围就会引起酸碱中毒。而生物体中有自身代谢的一些酸碱物质如枸橼酸、乳酸等，体外也要引入一些酸碱物质，但体液的,pH,并不以这些酸碱物质的摄入而改变，原因是体液中存在缓冲对，具有缓冲作用。,缓冲溶液的意义,1,缓冲作用原理将直接应用于后续课程如病理生理学中，用于理解和探讨人体的生理机制和病理生理变化，尤其是体液的酸碱平衡、水盐代谢等正常状态和失调等原因。,2,应用于基础医学和临床医学研究中，尤其在生物学、分子生物学、细胞生物学实验中，广泛使用缓冲溶液来维持研究体系的酸碱环境。,第,五节,缓冲溶液,一、缓冲溶液的组成及其作用,1.,缓冲溶液的概念,50ml H,2,O,pH11,pH3,|,pH|=4,pH4.76,pH4.74,0.1mol/L HAc,0.1mol/L NaAc,pH=4.75,|,pH|=0.01,1,滴,1.0mol/L NaOH,1,滴,1.0mol/L HCl,1,滴,1.0mol/L NaOH,1,滴,1.0mol/L HCl,具有缓冲作用的溶液。,溶液能抵抗外加的,少量,强酸、强碱或稀释而保持溶液的,pH,基本不变,的作用。,“,少量”,“基本不变”说明缓冲作用有限度,缓冲溶液,（,buffer solution,）,缓冲作用,（,buffer action,）,第,五节,缓冲溶液,2.,缓冲溶液的组成,缓冲溶液之所以具有缓冲作用，是由于缓冲溶液中同时含有,抗酸和抗碱两种成分,，通常将这两种成分称为缓冲对或缓冲系。,按照酸碱质子理论，,缓冲对就是共轭酸碱对,，如,HAc-Ac,、,NH,4,+,-NH,3,、,H,2,PO,4,-HPO,4,2,等。,3.,缓冲作用原理,（,1,）抗酸作用,HAc +H,2,O,H,3,O,+,+Ac,多 少 多,缓冲对中的共轭碱发挥了抵抗外来强酸的作用，是抗酸成分。,少量,H,3,O,+,平衡向左移动,抗酸成分,一、缓冲溶液的组成及其作用,第,五节,缓冲溶液,（2）抗碱作用,HAc +H,2,O,Ac,+H,3,O,+,多 多 少,缓冲对中的共轭酸发挥了抵抗外来强酸的作用，是抗碱成分。,少量,OH,-,平衡向右移动,抗碱成分,（3）抗稀释作用,在缓冲溶液适当稀释时，虽然,H,3,O,+,的,浓度因稀释有所降低，但,Ac,与,HAc,的浓度同时也降低，同离子效应减弱，,HAc,的解离度增加，,H,3,O,+,的,浓度得以弥补，溶液的,pH,基本不变。,一、缓冲溶液的组成及其作用,3.,缓冲作用原理,第,五节,缓冲溶液,（,a)0.50ml 0.10mol/L HCl,(b)0.50ml 0.10mol/L HAc,和,0.10mol/L NaAc,混合液,结论：,（,1,）较大浓度的共轭酸、共轭碱是缓冲作用的,物质基础,。,（,2,）共轭酸碱物质之间的质子传递平衡是缓冲作用的,内在动力,。,第,五节,缓冲溶液,二、缓冲溶液的,pH,计算,HA-A,缓冲系：,HA+H,2,O,H,3,O,+,+A,缓冲溶液的,pH,取决于缓冲对的,本性,，而且与,缓冲比,（共轭碱与共轭酸的浓度之比）有关,亨德森,-,哈塞尔巴赫方程式，用于,pH,计算,第,五节,缓冲溶液,例,5-12,用,200ml 0.10mol/L HAc,溶液和,300ml 0.10mol/L,NaAc,溶液混合配成,500ml,缓冲溶液，计算此溶液的,pH,。,并计算此缓冲溶液分别加入,10ml 0.10mol/L HCl,和,10ml 0.10mol/L NaOH,后，溶液,pH,的变化值。,n,a,=0.1020010,3,=0.020,（,mol,）,n,b,=0.1030010,3,=0.030,（,mol,）,缓冲系为,HAc-Ac,，,HAc,的,p,K,a,=4.75,解,：,(1),求原缓冲溶液的,pH,第,五节,缓冲溶液,（,2,）求加入,HCl,后缓冲溶液,pH,的变化值,加入,HCl,的量,n,HCl,=0.101010,3,=1.010,3,（,mol,）,加入,HCl,后，,n,a,=0.020+1.010,3,=0.021,（,mol,）,n,b,=0.030,1.010,3,=0.029,（,mol,）,pH=4.89,4.93=-0.04,加入,NaOH,的量,n,NaOH,=0.101010,3,=1.010,3,（,mol,）,（,3,）求加入,NaOH,后缓冲溶液,pH,的变化值,pH=4.96,4.93=0.03,加入,NaOH,后,n,a,=0.020,1.010,3,=0.019,（,mol,）,n,b,=0.030+1.010,3,=0.031,（,mol,）,第,五节,缓冲溶液,例,5-13,将,100ml 0.10mol/L,盐酸加入,300ml 0.10mol/L,氨水中，求混合后溶液的,pH,。,解：,缓冲系为,NH,4,+,-NH,3,，,NH,3,H,2,O,的,p,K,b,=4.75,1000.10,0,HCl +NH,3,NH,4,Cl,反应前,n,(mmol),反应后,n,(mmol),3000.10,0,30-10,10,第,五节,缓冲溶液,三、缓冲容量和缓冲范围,1.,缓冲容量的概念,缓冲容量,(buffer capacity),是使单位体积（,1L,）缓冲溶液的,pH,改变,1,个单位时，所需加入的一元强酸或一元强碱的物质的量。,缓冲容量是缓冲溶液自身的特性，它只与缓冲溶液的总浓度和缓冲比有关，而与外加酸碱的量无关。,衡量缓冲溶液缓冲能力的大小,值越大，说明在一定体积的缓冲溶液中加入一定量的强酸或强碱时，缓冲溶液的,pH,变化越小，缓冲能力越强,第,五节,缓冲溶液,2.,影响缓冲容量的因素,对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲比一定时，缓冲溶液的,总浓度越大,，溶液中的抗酸、抗碱成分越多，,缓冲容量越大,。,取决于缓冲溶液的总浓度和缓冲比,（,1,）缓冲溶液总浓度,(,c,总,),c,总,=,c,a,+,c,b,（,2,）缓冲比,(,c,b,/,c,a,),对于同一缓冲对组成的缓冲溶液，当缓冲溶液的总浓度一定时，,缓冲比越接近,1,，缓冲容量越大；缓冲比,=,1,时，缓冲容量最大,。,三、缓冲容量和缓冲范围,第,五节,缓冲溶液,3.,缓冲范围,如,HAc-Ac,的缓冲范围为,3.755.75,。,一般当缓冲比,10,或,0.1,时，可认为缓冲溶液已基本丧失缓冲能力。缓冲溶液只有当缓冲比在,1/1010/1,时，即,pH,在,p,K,a,1,至,p,K,a,+1,之间时，缓冲溶液有较强的缓冲能力。,缓冲溶液具有缓冲作用的,pH,范围。,p,K,a,1 p,K,a,+1,缓冲范围：,不同的缓冲系，由于共轭酸的,p,K,a,不同，所组成的缓冲溶液的缓冲范围也不同。,三、缓冲容量和缓冲范围,第,五节,缓冲溶液,常见的缓冲溶液及其缓冲范围,缓冲系,p,K,a,缓冲范围,H,2,C,8,H,4,O,4,-,NaOH,2.89,2.2,4.0,HAc-NaAc,4.75,3.7,5.6,KHC,8,H,4,O,4,-,NaOH,5.51,4.0,5.8,KH,2,PO,4,-,Na,2,HPO,4,7.21,5.8,8.0,巴比妥酸,-,巴比妥酸钠,7.43,7.0,9.0,TrisH,+,-,Tris,8.21,7.2,9.0,H,3,BO,3,-,NaOH,9.24,8.0,10.0,NH,3,H,2,O,-,NH,4,+,9.25,8.3,10.2,NaHCO,3,-,Na,2,CO,3,10.25,9.2,11,三、缓冲容量和缓冲范围,第,五节,缓冲溶液,四、缓冲溶液的配制,pH,尽量接近共轭酸的,p,K,a,。,（,1,）选择合适的缓冲系：,（,2,）选取适当的总浓度：,总浓度一般在,0.050.20mol/L,，,缓冲容量在,0.010.10,。,（,3,）计算各缓冲成分所需要的量（体积）,（,4,）用,pH,计校正,1.,缓冲溶液的配制原则,(,若共轭酸、碱溶液的初始浓度相同,),第,五节,缓冲溶液,2.,配制注意事项,（,1,）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。药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等。,（,2,）所用的试剂必须使用二级以上纯度的试剂。,一级：优级纯,G.R,二级：分析纯,A.R,三级：化学纯,C.R,四级：实验试剂,L.R,（,3,）实验用水选用新鲜的蒸馏水。,pH,6,的缓冲溶液应用无,CO,2,的水配制，并在储存期间防止,CO,2,的侵入。,（,4,）贮藏在抗腐蚀的玻璃或聚乙烯塑料瓶中。保存期一般为,2,3,个月，如出现浑浊、霉变、沉淀等现象应停止使用。,四、缓冲溶液的配制,第,五节,缓冲溶液,例,5-14,如何配制,100ml pH,为,4.95,的缓冲液？,HAc,的,p,K,a,=4.75,，与,pH 4.95,接近,选用,HAc-NaAc,缓冲系,解：,设需,HAc,V,a,ml,，则需,NaAc,V,b,=100,V,a,ml,将,38.7ml 0.10mol/L/HAc,和,61.3ml 0.10mol/L,NaAc,混合就可配成,100ml pH,为,4.95,的缓冲液。,V,a,=38.7ml,V,b,=100,V,a,=61.3ml,选用,0.10mol/L HAc,和,0.10mol/L,NaAc,溶液来配制。,配制缓冲溶液时，除直接选用共轭酸碱溶液配制外，还可选用,弱酸,与,强碱,或,弱碱与强酸,进行配制。弱酸或弱碱的物质的量一定要大于强碱或强酸的物质的量，根据两者之间的化学反应，计算出剩余的弱酸或弱碱的物质的量及生成的共轭碱或共轭酸的物质的量。,第,五节,缓冲溶液,解：,0.20,V,1000.20 0,0.20,V,-20,0,20,设需加入,HAc,的体积为,V,ml,V,=150ml,将,150ml 0.20mol/L HAc,溶液与,100ml 0.20mol/L NaOH,溶液混合 均匀，再用水稀释至,500ml,，即得所需配制的缓冲溶液。,反应前,n,(mmol),反应后,n,(mmol),HAc +NaOH NaAc +H,2,O,例,5-15,欲配制,pH,为,5.05,的缓冲溶液,500ml,，计算应向,100ml 0.20mol/L NaOH,溶液中加入,0.20mol/L HAc,溶液的体积，已知,HAc,的,p,K,a,=4.75,。,第,五节,缓冲溶液,五、血液中的缓冲系,在人体内各种体液都要保持一定的较稳定的,pH,，组织、细胞才能进行正常的物质代谢和维持正常的生理活动。人体血液的正常,pH,在,7.357.45,，当血液的,pH,7.35,时发生酸中毒，当血液的,pH,7.45,时发生碱中毒。,血液是一个多缓冲系组成的缓冲溶液体系，主要的缓冲对有：,血浆内：,H,2,CO,3,-HCO,3,、,H,2,PO,4,-HPO,4,2,、,H,n,P(,血浆蛋白,)-H,n,-1,P,。,其中,H,2,CO,3,-HCO,3,缓冲系在血液中的浓度最高，缓冲能力最强，维持血液的正常,pH,也最重要。,血红细胞内：,HHb(,血红蛋白,)-Hb,、,HHbO,2,(,氧合血红蛋白,)-HbO,2,、,H,2,CO,3,-HCO,3,、,H,2,PO,4,-HPO,4,2,。,第,五节,缓冲溶液,血浆中,H,2,CO,3,-NaHCO,3,缓冲系的缓冲原理,肾,肺,CO,2,+H,2,O,H,2,CO,3,+H,2,O,H,3,O,+,+HCO,3,正常人的血浆中,H,2,CO,3,=0.0012