第三章緩沖溶液緩沖溶液BUFFERSOLUTION第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制第二節(jié)緩沖溶液的pH第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍第四節(jié)緩沖溶液的配制第五節(jié)血液中的緩沖系BufferSolution第三章緩沖溶液第一節(jié)緩沖溶液及緩沖機制pH=3↑pH=0.09↑1L純水中(pH=7)加1mol·L-1HCl0.1mlpH=4pH=3↓加1mol·L-1NaOH

0.1mlpH=101L含0.1molHAc和NaAc的溶液(pH=4.75)加1mol·L-1HCl10mlpH=4.66pH=0.09↓加1mol·L-1NaOH

10mlpH=4.84—緩沖溶液緩沖溶液：能夠抵抗外來少量強酸、強堿或稍加稀釋而保持pH基本不變的溶液。一、緩沖溶液的緩沖作用和組成緩沖對(系):組成緩沖溶液的共軛酸堿對。組成：抗酸成分+抗堿成分緩沖作用：緩沖溶液對強酸、強堿或稀釋的抵抗作用。(buffersolution)(bufferpair)(bufferaction)NaAc—HAc緩沖溶液的類型一、緩沖溶液的緩沖作用和組成⒉兩性物質(zhì)及對應的共軛酸（堿）

⒈弱酸-共軛堿⒊弱堿-共軛酸NH3-NH4ClNaHCO3-Na2CO3NaH2PO4-Na2HPO4H2CO3-NaHCO3HAc-NaAc

組成特點：均含共軛酸堿對HAc—NaAc緩沖體系NaAc→Na++

Ac-

[HAc]、[Ac-]足夠大Ac-+H+→HAcHAc+H2OH3O++Ac-二、緩沖機制加少量酸：(H+)[HAc]略↑加少量堿：(OH-)H++OH-→H2O,HAc的質(zhì)子傳遞平衡右移補充失去的H+1.2.HAc–抗堿成分NaAc–抗酸成分[Ac-]略↓[H+]基本不變[HAc]略↓[Ac-]略↑[H+]基本不變第二節(jié)緩沖溶液的pH一、緩沖溶液pH的計算公式—緩沖公式緩沖體系

HB–NaB：NaBNa++B-HB+H2OH3O++B-Ka=[H3O+][B-][HB]pH=pKa+lg[B-]=[共軛酸]pKa+lg[共軛堿]Henderson-Hasselbalch方程式緩沖比[HB]緩沖公式[HB]pH=pKa+lg[B-][B-]=cNaB+

c’（HB）[HB]=cHB-c’（HB）(V總相同)(配制前濃度相同VB-、VHB為混合前體積)c’（HB）為HB已解離部分濃度由于同離子效應，c’（HB）可以忽略[B-]≈c（B_）[HB]≈c（HB）緩沖公式cHBpH=pKa+lgcB-說明：1.pH取決于緩沖系中弱酸的Ka值，受溫度影響。

NH3-NH4+，NH4+的pKaH2PO4--HPO42-2.pH與緩沖比有關(guān)，緩沖比=1時，pH=pKa。3.稀釋時cB-,cHB同等降低,nB-=nHB,pH基本不變。H3PO4

的pKa2例:將0.10mol·L-1的NaH2PO4溶液10.0ml和0.20mol·L-1的Na2HPO4溶液1.0ml混合，計算該混合液的pH值。已知磷酸的Ka2=6.23×10-8解：H2PO4-H++HPO42-緩沖溶液pH值的計算例將0.10mol·L-1

鹽酸溶液10ml與20ml0.10mol·L-1

氨水溶液相混合，求混合后溶液的pH值（已知NH3的pK

b=4.75）。=14-pKb+c

(NH4+)

pH=pKalgc

(NH3)

+0.001lg0.001

=14-4.75=9.25解（1）混合液由生成的NH4Cl和剩余的NH3組成NH3+H2ONH4++OH-平衡濃度

0.0010.001

第三節(jié)緩沖容量和緩沖范圍一、緩沖容量(buffercapacity)βdna(b):緩沖溶液中加入微小量的一元強酸(堿)物質(zhì)的量；|dpH|:緩沖溶液pH值的微小改變量。意義：衡量緩沖能力大小的尺度。定義：單位體積緩沖溶液的pH值改變1(pH=1)時，所需加入一元強酸(堿)的物質(zhì)的量。

β

緩沖容量二、影響β的因素緩沖比一定時,c總越大,β越大；β極大=0.576c

總(推導省略)1.總濃度稀釋時，c總↓，β↓。c總=[B-]+[HB]≈c(B-)+c(HB)2.緩沖比

[B-][HB]C總

cAc-：cHAc

緩沖比β

0.10.095：0.00519：10.01090.10.09：0.019：10.02070.10.05：0.051：10.05760.10.01：0.091：90.02070.10.005：0.0951：190.0109緩沖容量C總一定時緩沖比越接近1：1，三、緩沖范圍：緩沖比=1，pH=pKa,緩沖能力最強pHpKa,Β值越大(pKa－1

＜pH＜pKa＋1)pH＝pKa±11緩沖作用的有效區(qū)間緩沖比緩沖容量與pH的關(guān)系（1）0.05mol·L-1HCl(2)0.1mol·L-1HAc+NaOH(3)0.2mol·L-1HAc+NaOH(4)0.05mol·L-1KH2PO4+NaOH(5)0.05mol·L-1H3BO3+NaOH(6)0.02mol·L-1NaOH緩沖容量與pH值的關(guān)系圖(4)(5):不同緩沖系，c總相同，β極大相同，緩沖范圍不同。緩沖容量與pH的關(guān)系(2)(3):相同緩沖系，緩沖比一定時，c總越大β也越大。(2)~(5):山峰形曲線，pH=pKa時，有β極大，緩沖比=1。向左(右)偏離1，β都變小。

(1)(6):HCl(NaOH)溶液濃度越濃時,β越大，沒有極值。具有緩沖作用,緩沖機制不同，不屬于我們討論的共軛酸堿對組成的緩沖溶液。第四節(jié)緩沖溶液的配制一、配制方法⒈選擇緩沖對4.用pH計對pH值進行校正。⒊計算所需緩沖對物質(zhì)的量。⒉控制緩沖對的總濃度。使所配緩沖溶液pH∈(pKa±1)，且pKa。緩沖系物質(zhì)穩(wěn)定、無毒，不能與溶液發(fā)生反應。

pH=5.00

c總=0.05～0.2mol·L-1HAc-NaAc例

配制pH=5.00的緩沖溶液100ml,應選擇哪種緩沖對？如何配制？解：選用0.10mol·L-1HAc-0.10mol·L-1NaAc

設(shè)需HAcχml，則NaAc為（100-χ）ml

∴VHAc=χ≈36ml

=4.75

+xlg100-x

VNaAc=100-χ≈64(ml)例

在濃度為0.05mol·L-1的Tris（三羥甲基氨基甲烷）溶液50ml中，加入濃度為0.05mol·L-1

的HCl溶液多少ml，用水稀釋到100ml后溶液的pH值為7.40？已知Tris·H+

的pKa=8.08解：設(shè)需加入HCl溶液xml

平衡n(mmol)0.05(50-x)0.05x∴x=42.7mlTris+H+→Tris·H+起始n(mmol)0.05×500.05x例：取0.1mol·L-1H3PO4200ml和0.1mol·L-1NaOH溶液300ml混合配制成緩沖溶液，求此緩沖溶液的pH值pKa1=2.12Na2HPO4+H2ONa3PO4+H2O解題分析：首先需確定組成此緩沖溶液的緩沖對，H3PO4與NaOH反應分三步進行其中200ml0.1mol·L-1NaOH溶液和給定的H3PO4反應，生成0.10×200mmol的NaH2PO4，剩余的100mlNaOH溶液和NaH2PO4反應生成0.10×100mmol的Na2HPO4，反應進行到第二步。此時緩沖對為H2PO4-—HPO42-，需按H3PO4的二級解離常數(shù)Ka2進行計算。H3PO4+NaOHNaH2PO4+NaOHNa2HPO4+NaOHNaH2PO4+H2O

pKa2=7.21pKa3=12.67解：H3PO4與NaOH溶液混合后總體積為500ml，反應后[H2PO4-]==0.02mol·L-1[HPO42-]==0.02mol·L-1或按式

pH=pKa2+lg=7.21+lg0.02/0.02=7.21

=7.21+

lg=7.21

pH=pKa2+lg=7.21+lg0.02/0.02=7.21二、標準緩沖溶液使用pH計測量pH值時，須先用標準緩沖溶液進行校正。由單一化合物配制而成，能作為緩沖溶液的原因是：1.兩性物質(zhì)的解離形成緩沖系如酒石酸氫鉀HC4H4O6-+H2O=H2C4H4O6+OH-pKa1=2.98HC4H4O6-+H2O=C4H4O6-+H3O+pKa2=4.30相當于兩對緩沖對，且緩沖對中的pKa較接近，緩沖范圍部分重疊，緩沖能力增強。2.溶液組成相當于一對緩沖對如硼砂在水中1molNa2B4O7（硼砂）相當于2mol偏硼酸HBO2和2mol偏硼酸鈉NaBO2，它們是一對緩沖對，具緩沖能力。第五節(jié)血液中的緩沖系一、血液的主要緩沖體系是H2CO3-HCO3-正常人血漿的pH值約為7.35~7.45

H2O+CO2H2CO3H++HCO3-pKa=6.10其中抗酸成分為HCO3-(堿儲)、抗堿成分為H2CO3。

血液中的緩沖系當代謝產(chǎn)生的非揮發(fā)性酸如H2SO4、H3PO4、乳酸等進入血漿時主要由HCO3-發(fā)揮其抗酸作用，使上述平衡左移，產(chǎn)生的H2CO3可從肺部以CO2形式呼出，而損失的HCO3-由腎保留對HCO3-的排泄而得到補償。當代謝產(chǎn)生的堿性物質(zhì)進入血漿時則由H2CO3發(fā)揮其抗堿作用使上述平衡右移，補充消耗的H+，H2CO3減少的部分則由肺控制對CO2的呼出量來補充。因此，盡管緩沖比超出pKa±1，但仍能保持H相對穩(wěn)定。1、混合物一定是緩沖溶液。2、由于在HAc溶液中存在HAc與Ac-的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡，所以HAc溶液是緩沖溶液。3、將NH3－NH4Cl緩沖溶液稀釋一倍，溶液中的[OH-]將減少到原來的1/2。4、緩沖溶液用水稀釋時，雖然溶液的體積改變，共軛酸濃度與共軛堿濃度的比值不改變，所以其pH值基本不會有改變。5、NH4Cl-NH3·H20緩沖溶液的pH值大于7，所以不能抵抗少量強堿。6、同一緩沖系的緩沖溶液，總濃度相同時，只有pH=pKa的溶液，緩沖容量最大。7、將等體積的0.2mol·L-1HCl與0.2mol·L-1NH3·H2O混合，所得的溶液緩沖能力很強。8、緩沖溶液就是能抵抗外來酸堿影響，保持pH絕對不變的溶液。9、0.1mol·L-1KH2PO4與0.05mol·L-1NaOH以等體積混合，可以配制成緩沖溶液。10、由HB和NaB組成的緩沖溶液，HB和B-的平衡濃度近似等于c(HB)和c(NaB)。一、判斷題×××√×√××√√二、選擇題

1.將下列各組溶液等體積混合后，無緩沖作用的是A.相同濃度的HCl和KClB.相同濃度的HCl和NH3·H2OC.0.20mol·L-1KH2PO4和0.10mol·L-1HClD.0.20mol·L-1HAc和0.10mol·L-1NaOH2.欲配制pH=9.0的緩沖溶液，最好選用下列緩沖系中的A.鄰苯二甲酸（pKa1=2.950;pKa2=5.408）B.甲酸（pKa=3.745）C.碳酸（pKa=6.35）D.硼酸（pKa=9.236）

3.向0.30mol·L-1HAc(pKa=4.76)溶液中加入NaAc晶體，使NaAc的濃度為0.1mol·L-1，則溶液的pH接近于A.5.72B.5.29C.4.28D.4.76

4.下列各緩沖溶液中緩沖容量最大的是A.800mL中含有0.10molHAc和0.10molNaAcB.1000mL中含有0.10