第三章缓冲溶液.

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第三章 缓冲溶液
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当溶液稀释时，由于共轭酸碱的浓度之 比没有变化，缓冲溶液的pH值基本保持 不变。
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第二节 缓冲溶液的pH值
一、缓冲溶液pH值的计算公式
以HB代表弱酸，NaB代表其弱酸盐，两者组成 缓冲溶液。溶液中HB和H2O建立质子传递平衡
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配成 pH＝5.00 的缓冲溶液？（已知H3Cit的pKa1=3.13， pKa2=4.76，pKa3=6.40）
选择缓冲系为：H2Cit－-HCit2－ 溶液中n(H3Cit)=0.200×0.500=0.100mol
=n(H2Cit－)+n(HCit2－)
n(HCit 2 )
n(HCit 2 )
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[HB]和[B-]均为平衡浓度 [B-]与[HB]的比值称为缓冲比 [B-]与[HB]之和称为缓冲溶液的总浓度
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pH＝pKa+lg
[B- ] [HB]
＝pKa+
lg
c(共轭碱 c(共轭酸
) )
pH＝pKa+lg
n(B ) n(HB)
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第三节 缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量
缓冲容量 β作为衡量缓冲能力大小的尺度。 缓冲容量定义为：单位体积缓冲溶液的pH值改变1（即 pH=1）时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量。
β
def d na(b)
V dpH
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缓冲容量与缓冲溶液的总浓度{c总＝[HB]+[B-]}及[B-]、 [HB]的关系
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4. 校正：按照计算结果，分别量取体积为V(HB)的HB溶液 和V(B-)的NaB溶液相混合或稀释调整，即得所需pH近似 值的缓冲溶液。如果对pH值要求严格的实验，还需在pH 酸度计监控下对所配缓冲溶液滴加稀HCl或稀NaOH，对 溶液pH值加以校正。
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例4－3：将0.10 mol·L-1 HCl溶液 100 ml与0.10 mol·L-1 NH3溶液 400 ml 相混合，求混合溶液的pH 值。(NH3的pKb= 4.75)
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2返3 回
例题4－8：柠檬酸（H3Cit）及盐是一种多质子酸缓冲体 系，常用于培养基中。如在 0.200 mol·L-1 柠檬酸 500 ml 中，需加入 0.400 mol·L-1 的NaOH溶液多少 ml，才能
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第五节 血液中的缓冲系
由于我们体内存在着多种生理缓冲系，维持着正常人血浆 的pH值约为7.35—7.45。血浆pH值主要决定于血浆中的缓 冲对，即NaHCO3/ H2CO3的比值。
碳酸在溶液中主要是以溶解状态的CO2形式存在，在CO2HCO3-缓冲系中存在如下平衡
CO2(g)
CO2(g) + H2O
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内容提要 l 缓冲溶液的组成及缓冲作用机制 l 缓冲溶液的pH 值计算公式 l 缓冲容量和缓冲范围 l 缓冲溶液的配制 l 缓冲溶液在医学上的意义
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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
能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保 持其pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液。 缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为 缓冲作用。
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(3) 缓冲溶液加水稀释时，n(B-)与n(HB)的比值不变， 则由式(3-3)计算的pH值也不变。所以缓冲溶液具有抗稀
释的能力。但大量稀释时，会引起溶液离子强度的改变， 使HB和B-的活度因子受到不同程度的影响，缓冲溶液的 pH值将会随之有极小的变化。
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实际上缓冲溶液是由足够浓度的共轭酸碱对的 两种物质组成的。 例 如 ： HAc － NaAc 、 NH3-NH4Cl 、 NaH2PO4Na2HPO4等。
组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系或缓 冲对
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二、缓冲机制
图3-1 缓冲溶液的缓冲作用原理示意图
H2CO3 Ka1(H2CO3) H+ + HCO3-
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在体内，HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，在一定 程度上可以代表血浆对体内所产生非挥发性酸的缓冲能力， 所以将血浆中的HCO3-称为碱储。
人体内正常血浆中HCO3-- CO2(aq)缓冲系的缓冲比为 201‫׃‬，已超出前面讨论的体外缓冲溶液有效缓冲比(即 101‫～׃‬110‫)׃‬的范围 由肺呼吸作用和肾的生理功能获得补偿或调节，使得血 液中的HCO3-和CO2(aq)的浓度保持相对稳定。因此，血浆 中的碳酸缓冲系总能保持相当强的缓冲能力，特别是抗酸 的能力。
HB +H2O
H3O++B
NaB ─→ Na+ + B-
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有
[H3O+]＝Ka×
[HB] [B- ]
等式两边各取负对数，则得
pH＝pKa+lg
[[HBB- ]]＝pKa+
lg
[共轭碱 ] [共轭酸 ]
此式就是计算缓冲溶液pH值的Henderson—Hasselbalch方 程式。
//VV＝pKa+
lg
n(B ) n(HB)
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由上面各式可知：
(1) 缓冲溶液的pH值首先取决于缓冲系中弱酸的酸常数 Ka值，而Ka值又与温度有关，所以温度对缓冲溶液pH值也 是有影响的(本章对温度的影响不作深入讨论)。
(2) 同一缓冲系的缓冲溶液，pKa值一定，其pH值随着缓 冲比的改变而改变。当缓冲比等于l时，缓冲溶液的pH值 等于pKa。
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当在该溶液中加入少量强酸时，共轭碱 Ac- 与H3O+结合，溶液中的H3O+ 浓度没有 明显升高，仅是HAc略有增加。可见，缓 冲系中的共轭碱发挥抵抗外来强酸的作 用，故称为缓冲溶液的抗酸成分。
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而当溶液中加入少量强碱时，H3O+与OH反应，溶液中的H3O+浓度减少，HAc的 质子传递平衡右移，HAc进一步解离， 结果只是Ac-有少量增加，其中缓冲系中 的共轭酸发挥了抵抗外来强碱的作用， 故称为缓冲溶液的抗碱成分。
（二） 缓冲比对β 的影响 在pH = pKa时，有极值β极大，此时缓冲比为11
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二、 缓冲范围 pH＝pKa±1为缓冲作用的有效区间，称为缓冲溶液的缓冲 范围。不同缓冲系，因各自弱酸的pKa值不同，所以缓冲 范围也各不相同。
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第四节 缓冲溶液的配制
—、缓冲溶液的配制方法
1. 选择合适的缓冲系：选择缓冲系要考虑两个因素。 •一个是使所需配制的缓冲溶液的pH值在所选缓冲系的缓 冲范围(pKa±1)之内，并尽量接近弱酸的pKa值，这样所配 制的缓冲溶液可有较大的缓冲容量。 •另一个是所选缓冲系物质应稳定、无毒，不能与溶液中 的反应物或生成物发生作用。
β＝
d V
na ( b) ＝2.303×[HB][B-]/ dpH
c总
最大缓冲容量计算公式
β极大＝2.303×(c总/2)(c总/2)/c总＝0.576c总
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综上所述 缓冲溶液的总浓度和缓冲比是影响缓冲 容量的两个重要因素。
（一）总浓度对β的影响 在缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量也越大
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2. 生物医学中配制缓冲溶液的总浓度要适宜：总浓度太 低，缓冲容量过小；总浓度太高，会导致离子强度太大或 渗透浓度过高而不适用，因此，在实际工作中，一般选用 总浓度在0.05～0.2mol·L-1范围内。
3. 计算所需缓冲系的量：选择好缓冲系之后，就可根据 式(3-1)、式(3-2)、式(3-3)或式(3-4)计算所需弱酸及其共轭 碱的量或体积。为配制方便，常常使用相同浓度的弱酸及 其共轭碱。有时在某弱酸中加入强酸或弱碱中加入强酸。
pH pKa2 lg n(H2Cit ) 5.00 4.76 lg 0.1 n(HCit 2 )
n(HC20i1t9/29/7) 0.0635mol 第三章 缓冲溶液
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n(H2Cit ) 0.0365 mol
耗用n(NaOH)＝1×0.0365+2×0.0635=0.1635mol n(NaOH)=c(NaOH) ×V(NaOH) V(NaOH)=0.1635/0.400=0.4088L=408.8ml
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例4－1：1L缓冲溶液中含有0.10mol HAc和 0.20 mol
NaAc，求该溶液的pH值（已知298K时HAc的Ka＝1.76×10
－5）
例4－2：将0.10 mol·L-1的NaH2PO4溶液 10.0 ml 和 0.20 mol·L-1的Na2HPO4溶液1.0 ml 混合，计算该混 合溶液的pH值。