第四章緩沖溶液緩沖溶液BUFFERSOLUTION第四章緩沖溶液緩沖溶液Buffersolution第一節緩沖溶液的基本概念第二節緩沖溶液pH值的計算第三節緩沖容量第四節緩沖溶液的配制第五節緩沖溶液在醫學上的意義能夠抵抗外加少量酸、堿和水的稀釋,而本身pH值不發生顯著變化的作用稱為緩沖作用,具有緩沖作用的溶液稱為緩沖溶液。一、緩沖溶液HAc–NaAc混合液50ml+1mol·L-1HCl1滴pH:4.75---4.74水50ml+1mol·L-1HCl1滴（0.05ml)pH:7-----3水50ml+1mol·L-1NaOH1滴（0.05ml)pH:7-----11HAc-

NaAc+混合液50ml+1mol·L-1

NaOH1滴pH:4.75---4.76HAc-NaAc+混合液

+水pH:7.0在含有HAc的NaAc的溶液中存在下列解離過程:

HAc

H++Ac-

NaAc──→Na++Ac-

NaAc完全解離，由于同離子效應，降低了HAc的解離度，這時[HAc]和[Ac-]都較大，而且存在著[HAc]解離平衡。當加入少量H+時，H+離子和溶液中的Ac-結合生成HAc，使解離平衡向左移動，達到新平衡時H+離子濃度不會顯著增加；如果在上述溶液中加入少量的堿，增加的OH-與溶液中的H+離子結合為水，這時HAc的解離平衡向右移動，以補充H+離子的減少。緩沖能力是有限的，只是少量酸堿。二、緩沖作用原理

加少量OH-:

大量HAc+OH-→Ac-+H2O

[HAc]略↓[Ac-]略↑[H+]略↓HAc—NaAc體系HAcH++Ac-NaAc→Na++

Ac-

[H+]不大[HAc]及[Ac-]較大加少量H+:大量Ac-+H+→HAc

[HAc]略↑[Ac-]略↓[H+]略↑加少量水:[HAc]/[Ac-]基本不變二、緩沖作用原理三、緩沖對組成特點：⒉酸式鹽+次級鹽

NaHCO3—Na2CO3NaH2PO4—Na2HPO4…⒈

弱酸+弱酸鹽

HAc—NaAc

H2CO3—NaHCO3

…

⒊弱堿+弱堿鹽

NH3—NH4Cl

…

均含共軛酸堿對抗酸成分+抗堿成分緩沖對§4-2緩沖溶液pH值的計算一、緩沖公式緩沖體系HB–MB：HB+H2OH3O++B-B-+H2OHB+OH-H2O+H2OH3O++OH-MBM++B-⑴質子轉移平衡⑵電荷平衡⑶物料平衡近似處理：c

HB>>[OH-]–[H+]cB->>[H+]–[OH-]緩沖公式二、計算緩沖溶液pH值例4-1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。解：H2PO4-H++HPO42-已知磷酸的Ka2=6.23×10-8pH=7–lg3.11=6.51＝3.11×10-7(mol·L-1)二、計算緩沖溶液pH值例4-2將0.10mol·L-1

鹽酸溶液100ml與400ml0.10mol·L-1

氨水溶液相混合，求混合后溶液的pH值（已知NH3的K

b=1.76×10-5）。解：NH3+H+NH4+pH=10–lg1.89=9.72§4-3緩沖容量一、緩沖容量β△b：1L緩沖溶液中加入強酸或強堿的物質的量(mol)△pH:加入強酸或強堿后溶液pH的變化值§4-3緩沖容量不同緩沖比時的緩沖容量(ｃ總＝0.10mol·L-1):溶

液12345VNaAc/VHAc1.0/9.02.5/7.55.0/5.07.5/2.59.0/1.0pH3.804.274.755.235.70加酸（或加堿）后的pH值3.634.204.805.375.87|△pH|0.170.070.050.070.17緩沖容量β0.020.040.060.040.02§4-3緩沖容量§4-3緩沖容量二、影響緩沖容量的因素1.緩沖比一定時，c總越大，緩沖能力越強。2.c總一定時，緩沖比=1，緩沖能力最強。3.緩沖范圍：pKa－1

＜pH＜pKa＋1例4-3用濃度均為0.20mol·L-1

的HAc和NaAc溶液等體積比混合成10ml緩沖液，計算該緩沖液的pH值。若在該溶液中加入0.10mol·L-1NaOH0.30ml，再計算該緩沖液的緩沖容量β(HAc的pKa=4.75)。解:⑴⑵加入強堿后：△pH=pH1－pH0

=4.78－4.75=0.03§4-3緩沖容量§4-4緩沖溶液的配制一、選擇原則

⒈選擇緩沖對

pH≈pKa（或pOH≈pKb）同時考慮配伍禁忌，無干擾反應發生。

⒉控制緩沖對的總濃度，c總=0.05～0.2mol·L-1

緩沖容量β=0.02～0.1mol·L-1·pH-1

⒊計算所需緩沖對物質的量。4.pH值校正。§4-4緩沖溶液的配制

二、配制采用相同濃度的弱酸及其共軛堿溶液按一定的體積比混合。例4-4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

設需HAcχml，則NaAc為（100-χ）ml

∴VHAc=χ≈36(ml)

VNaAc=100-χ≈64(ml)2.在一定量的弱酸（或弱堿）溶液中，加入較小量的強堿（或強酸）。例4-550ml0.10mol·L-1HAc溶液與25ml0.10mol·L-1NaOH

溶液相混合，是否具有緩沖作用？并計算該溶液的pH值。解：HAc+NaOH→NaAc+H2O反應前/mmol0.10×500.10×250反應后/mmol0.10(50-25)0.10×25∴pH=4.75

=1.76×10-5mol·L-1例4-6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(298K)？已知Tris·H+

的pKa=8.17解：設需加入HCl溶液xml

Tris+H+→Tris·H+

起始n(mmol)0.05×500.05x平衡n(mmol)0.05(50-x)0.05x∴x=42.7(ml)補充例題:今有2.0L0.10mol·L-1的Na3PO4溶液和2.0L0.10mol·L-1的NaH2PO4溶液,僅用這兩種溶液(不可再加水)來配制pH=12.50的緩沖溶液.問能配制這種緩沖溶液多少升?已知pKa3=12.35.由于Na3PO4能與NaH2PO4作用,故緩沖系統由HPO42-和PO43-構成.∵pKa3=12.35,而所需緩沖溶液的pH=12.50,說明系統中PO43-應過量,∴2.0LNa3PO4應全部用上.設需0.10mol·L-1的NaH2PO4xL.解:由于pKb1=pKw-pKa3=14.00-12.35=1.65.故此例不能采用最簡式求解.[H+]=Ka3(ca+[OH-])(cb-[OH-])Na3PO4+NaH2PO4=2Na2HPO4反應前n/mol反應后n/mol2×0.10 0.10x 0.00.20x0.20–0.10x

0.0=10-12.50mol·L-1.據:HPO42-PO43-+H+,Ka3.ca=(0.20x/2.0+x);cb=(0.20-0.10x)/(2.0+x).補充例題:[OH-]=0.032mol·L-1.將以上關系代入[H+]計算式中,解得x=0.12L.因此,可以配成pH=12.50的緩沖溶液2.12L.pOH=pKw-pH=14.00-12.50=1.50.補充例題:§4-5緩沖溶液在醫學上的意義一、血液的主要緩沖體系是H2CO3-HCO3-H2O+CO2H2CO3H++HCO3-肺腎[H+]增加（發高燒、氣喘…），平衡向左加快肺部二氧化碳的排出量延長腎內HCO3-的停留時間[OH-]增加（肺氣腫、糖尿病…),平衡向右降低肺部二氧化碳的排出量加快腎內HCO3-的排泄量血漿pH值的計算

pKa=6.10［CO2］溶解=1.2×10-3mol·L-1

[HCO3-]=2.4×10-2mol·L-1

二、細胞內主要緩沖體系是H2PO4--HPO42-H2PO4-H++HPO42-腎腎[H+]增加,平衡向左,腎將多余的H2PO4-從尿中排出；[OH-]增加,平衡向右,腎將多余的HPO42-從尿中排出。小結一、緩沖溶液的組成緩沖對：HB–B-

（抗堿成分、抗酸成分）二、緩沖溶液pH

值的計算三、緩沖溶液的選擇和配制Summary

Apaticularlyimportanttypeofacid-basemixtureisaweakconjugateacid-basepair.Suchmixturesfunctionasbuffers,theconjugateacid-basepairiscalledbufferpair.Addition