第4章缓冲溶液剖析
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4章-缓冲溶液-医化
原因：多种缓冲系，以及在肾、肺共同协调作用
基础化学（第9版）
第五节 血液中的缓冲系
• 碳酸缓冲系，维持血液pH的正常起主要作用。
• CO2溶于血液生成的H2CO3 ， 与HCO3- 达成平衡：
CO2(溶解)+H2O(l)
H2CO3(aq)
H+(aq) + HCO3-(aq)
• 正常人，[HCO3-]=24mmol·L-1 ，[CO2 (aq)] =1.2mmol·L-1。 37℃时，血浆中 I=0.16mol.kg-1，经校正后， pKa′ =6.10，
解 H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40。
过量H2Cit-与OH-反应：
H2Cit-(aq) + OH-(aq)
HCit2-(aq) + H2O(l)
剩余的H2Cit-与生成的HCit2-组成缓冲系
c(H2Cit-) = 0.025 mol·L-1
基础化学（第9版）
第四节 缓冲溶液的配制
基础化学（第9版）
（二）常用配制方法
1. 常用同浓度的共轭酸碱溶液配制。 2. 可采用过量弱酸（碱）与强碱（酸）反应，
如 HAc (过量) + NaOH ═ NaAc + H2O(l) 优点： HCl 和 NaOH 溶液为常备试剂，容易获得。 弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。 在pH计监控下，滴加强碱/酸校正。
第二节
缓冲溶液pH的计算
基础化学（第9版）
第二节 缓冲溶液pH的计算
一、缓冲溶液pH的近似计算公式
1. Henderson-Hasselbalch方程式
HB — B- 组成的缓冲溶液：
HB + H2O
基础化学（第9版）
第五节 血液中的缓冲系
• 碳酸缓冲系，维持血液pH的正常起主要作用。
• CO2溶于血液生成的H2CO3 ， 与HCO3- 达成平衡：
CO2(溶解)+H2O(l)
H2CO3(aq)
H+(aq) + HCO3-(aq)
• 正常人，[HCO3-]=24mmol·L-1 ，[CO2 (aq)] =1.2mmol·L-1。 37℃时，血浆中 I=0.16mol.kg-1，经校正后， pKa′ =6.10，
解 H3Cit的pKa1=3.13、pKa2=4.76、pKa3=6.40。
过量H2Cit-与OH-反应：
H2Cit-(aq) + OH-(aq)
HCit2-(aq) + H2O(l)
剩余的H2Cit-与生成的HCit2-组成缓冲系
c(H2Cit-) = 0.025 mol·L-1
基础化学（第9版）
第四节 缓冲溶液的配制
基础化学（第9版）
（二）常用配制方法
1. 常用同浓度的共轭酸碱溶液配制。 2. 可采用过量弱酸（碱）与强碱（酸）反应，
如 HAc (过量) + NaOH ═ NaAc + H2O(l) 优点： HCl 和 NaOH 溶液为常备试剂，容易获得。 弱酸或弱碱的浓度即缓冲系的总浓度。 在pH计监控下，滴加强碱/酸校正。
第二节
缓冲溶液pH的计算
基础化学（第9版）
第二节 缓冲溶液pH的计算
一、缓冲溶液pH的近似计算公式
1. Henderson-Hasselbalch方程式
HB — B- 组成的缓冲溶液：
HB + H2O
基础化学(第3版)课件：第四章 缓冲溶液
（3）缓冲溶液加水稀释时，n(B-)与n(HB)的比值不 变，则由公式计算的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。
2021年6月24日星期四
第三章 缓冲溶液
15
【例3-1】 （1）计算0. 200 mol·L-1NH3 和0. 080 0 mol·L-1NH4Cl 等体积混合而制成的1.00 L 缓冲溶液的 pH。pKa(NH4+)＝9.25。 （认为两溶液混合后体积为 1.00 L）
2021年6月24日星期四
第三章 缓冲溶液
36
n (NaAc3H2O) = n (NaAc ) m (NaAc3H2O) = n (NaAc ) M(NaAc3H2O)
= 0.044 mol×136.1gmol-1
= 6.1 g 需要60 molL-1 HAc 的体积: V(HAc) = 0.050 molL-1×0.5 L÷6.0 molL-1
第四章 缓冲溶液
1. 缓冲溶液及缓冲机制 2. 缓冲溶液的pH 3. 缓冲容量和缓冲范围 4. 缓冲溶液的配制
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
1. 缓冲溶液 2. 缓冲作用 3. 缓冲溶液组成：共轭酸碱对 （1）弱酸+共轭碱 （2）弱酸+少量强碱 （3）弱碱+少量强酸 在缓冲溶液中共轭酸碱对也称作缓冲对或缓冲系。
9.65
2021年6月24日星期四
第三章 缓冲溶液
17
（2） 加入HCl，外加的H+ + NH3 = NH4+，加入的 HCl 的量等于NH4+增加的量，也等于NH3 减少的量。所 以
《缓冲溶液》PPT课件
四. 缓冲溶液在医学上的意义
血液中的缓冲系
人血液(37℃)正常pH 为。每人每天耗O2600L， 产生CO2酸量约合2L浓HCl， 除呼出CO2及肾排 酸外，归功于血液的缓冲作用。
血浆中：
磷酸盐：H2PO4--HPO42碳酸盐：H2CO3-HCO3(1.35mmol·L-1—27 mmol·L-1)
共轭碱
抗酸作用
以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与酸作用）
平衡向左移动
少量H+
HAc + H2O
H3O+ + Ac-
NaAc
抗酸成分
Na+ + Ac-
抗碱作用
以HAc-NaAc缓冲溶液为例（与碱作用）：
平衡向右移动
少量OH-
HAc + H2O
抗碱成分
H3O+ + Ac-
NaAc
Na+ + Ac-
pH=pKa ±1
对于具体的缓冲系，通过调整缓冲比来调节其 pH值只能在其有效缓冲范围内调节！
三、缓冲溶液的选择与配制
选择原则：1.选择合适的缓冲对，使所配制的缓冲 溶液的pH在所选择的缓冲对的缓冲范围（pKa±1） 内，且尽量接近弱酸的pKa，以使缓冲溶液具有 较大的缓冲容量。
2. 缓冲溶液的总浓度要适当，一般在～0.2mol·L-1 之间。
体积为V(HAc)，则需0.10mol·L-1NaAc溶液的体积为100mLV(HAc)。
pH=pKa(HA)－ clgcc((A H—cA)=cp)Ka(HA)－ c lgV V((H A－A c) c)
5 .0 0lg1 .8 1 0 5lg V (H A c) 1 0 0m L V (H A c)
第04章 缓冲溶液
表4-2 稀释值ΔpH1/2(pH单位) C总 (mo1· -1) L 0.1 0.05 0.025 z＝0 (如HAc-Ac-) 0.028 0.023 0.019 z＝+1 (如NH4+-NH3) -0.025 -0.023 -0.019 z＝-1 (如H2P04--HPO420.105 0.096 0.082
1.缓冲溶液的总浓度愈大，其β值愈大。图4-1中曲线(2) 和(3)表明在HAc-Ac-缓冲系中，总浓度增大一倍，缓冲容 量也增大一倍。 2. 同一缓冲系的缓冲溶液，缓冲比愈接近1，缓冲容量 愈大。 3. 强酸或强碱溶液虽然不属于所讨论的缓冲溶液类型， 但它们的缓冲能力很强。这是由于它们的溶液中[H+]或 [OH-]本来就很高，即使加入的强酸或强碱的物质的量是 微小的，pH值不会发生明显的改变。它们的曲线(1)和曲 线(6)形状上没有极大值。 3. 最大缓冲容量 缓冲比等于1(即pH＝pKa)时，缓冲容量最大，用β极大 表示，如(2)~(5)等曲线的极大值。
1.69
同 时 有 c(HAc)+c(Ac-) ＝ 0.10mol·L-1, 故 得 c(HAc) ＝ 0.067mol·L-1; c(Ac-)＝0.033mol·L-1 代 入 式 (4.8) ， 得 β ＝ 2.303×0.067×0.033 / 0.10 ＝0.051(mol·L-1· -1) pH
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 1. 缓冲作用。 2. 缓冲溶液的组成：缓冲系或缓冲对 3. 缓冲溶液的组成
二、缓冲机制
第二节 缓冲溶液的pH
一、缓冲溶液pH的计算公式
1. Henderson—Hasselbalch方程式 2. 缓冲溶液的稀释值
南方医科大学药学院基础化学 第四章-缓冲溶液
10mL 混合，求所得溶液的近似 pH 和校正后的精确 pH，已
知
HAC
的
pK
a
=4.75
。
解：混合液中一部分 HAc 与 NaOH 作用生此 NaAc，并组
成 HAc—NaAc 缓冲溶液
0.1 0.01 cAc 0.02 0.05 mol·L-1
pOH = 4.75 +lg(0.025/0.075) = 4.27 pH = 14 - 4.27 = 9.73
17
缓冲溶液PH值的计算公式的HB
pK
a
lg
[B ] B[HB] HB
pK
a
lg
[B ] [HB]
lg
B HB
18
将 0.3 mol·L-1 HAC 溶液 10mL 与 0.1mol·L-1 NaOH 溶液
pH
=
pK
a
+lg
Cb Ca
pH = 4.75 +lg（0.1/0.1）= 4.75
12
计算0.10 mol·L-1 NH3 20 mL和0.20 mol·L-1 NH4Cl 15 mL混合溶液的pH值。 pKb(NH3) = 4.75
解 : 缓冲体系为NH4+ ~ NH3 , pKa(NH4+) = 14 －pKb = 9.25 pH = pKa + lg [n(NH3) / n(NH4+)] = 9.25 + lg [(0.10 ×20) / (0.20 ×15)] = 9.25 － 0.17 = 9.08
解：原来的 pH = 4.75 + lg 0.1/0.1 = 4.75
加酸后： HCl + NaAc = HAc + NaCl
第四章缓冲溶液
B 1000ml中含有0.1mol HAc和0.1mol NaAc
C 500ml中含有0.04mol HAc和0.06mol NaAc 1000ml中含有0.08mol HAc和0.12mol NaAc D 600ml中含有0.04mol HAc和0.06mol NaAc
三、缓冲范围
缓冲范围 具有缓冲作用的pH值范围。
反应后 5.0 过量 0
5.00
第二节：缓冲溶液的pH值计算
一、缓冲溶液pH的近似计算公式
HB + H2O 初始 C HB
B- + H3O+
C B-
0
平衡 [HB] ＝C HB - [H+] ≈ C HB [H+][B-]
Ka = [HB]
[B-] [H+]
＝C B-+[H+]
≈ C B-
[H+]=Ka[[HBB-]]
0.1
0
0.1+[H+] [H+]
≈0.1
1. 加入少量HCl
平衡向左移动
HAc + H2O 0.1
少量H+
H3O+ + Ac- 较多 0.1
NaAc
Na+ + Ac-
共轭碱是抗酸成分
2. 加入少量NaOH
较多
平衡向右移动
少量OH-
HAc + H2O 0.1
NaAc
H3O+ + Ac0.1
Na+ + Ac-
C 0.2mol/L NaH2PO4和0.1mol/L HCl
0.05mol/L H3PO4 ~ 0.05mol/L NaH2PO4
C 500ml中含有0.04mol HAc和0.06mol NaAc 1000ml中含有0.08mol HAc和0.12mol NaAc D 600ml中含有0.04mol HAc和0.06mol NaAc
三、缓冲范围
缓冲范围 具有缓冲作用的pH值范围。
反应后 5.0 过量 0
5.00
第二节：缓冲溶液的pH值计算
一、缓冲溶液pH的近似计算公式
HB + H2O 初始 C HB
B- + H3O+
C B-
0
平衡 [HB] ＝C HB - [H+] ≈ C HB [H+][B-]
Ka = [HB]
[B-] [H+]
＝C B-+[H+]
≈ C B-
[H+]=Ka[[HBB-]]
0.1
0
0.1+[H+] [H+]
≈0.1
1. 加入少量HCl
平衡向左移动
HAc + H2O 0.1
少量H+
H3O+ + Ac- 较多 0.1
NaAc
Na+ + Ac-
共轭碱是抗酸成分
2. 加入少量NaOH
较多
平衡向右移动
少量OH-
HAc + H2O 0.1
NaAc
H3O+ + Ac0.1
Na+ + Ac-
C 0.2mol/L NaH2PO4和0.1mol/L HCl
0.05mol/L H3PO4 ~ 0.05mol/L NaH2PO4
无机化学第四章 缓冲溶液
H+ + Ac-
0
0.1
x 0.1+x
Ka
0.1 (0.2 (00.1.1 )x0).1x 0.02.1x0.2 0.1 0.10.1 x 0.1 0.1
Ka
[H]ຫໍສະໝຸດ KacHAC cAC
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.01mol的
HAc和0.03mol的NaAc，计算该缓冲溶液的
pH。已知Ka(HAc)=1.75×10-5。
[H+ ]=Ka
c酸 c共轭碱
1.75105
0.01 0.03
例：现有1.0L的缓冲溶液，内含0.05mol的
NH3和0.04mol的NH4Cl，计算该缓冲溶液的 pH。已知Kb(NH3)=1.75×10-5
[OH- ]=Kb
c碱 c共轭酸
[H+ ]=Ka
c酸 c共轭碱
通过两边同取负对数，得到缓冲溶液的pH计算
以HAc -NaAc体系为例：
HAc
H+ ＋ Ac-
（大）
（小） （大）
（1）若在溶液中加入少量强酸，外来H+将质子 传给Ac- ，平衡左移，溶液的pH保持基本不变。
缓冲体系中的共轭碱发挥抵抗外来强酸的作用， 故称之为缓冲溶液的抗酸成分。
（2）当溶液中加入少量强碱时，H+被OH-消 耗，HAc的解离反应向右移动，补充消耗掉的 H+离子。溶液的pH值基本不变。
结论
HAc — NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量 强酸、强碱而保持pH基本不变的能力。
一、缓冲溶液的缓冲作用和组成
实验说明：HAc －NaAc混合溶液具有抵 抗外来少量强酸、强碱而保持pH不变的能力。 这种能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释 而保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。
缓冲溶液
x y 100
则
pH pK a 2
x y 100
n( Na 2 HPO4 ) lg n( NaH2 PO4 )
0.020y 0.020x 0.040x 0.020y
解之得……
29
7.40 7.21 lg
实际应用中
常利用现成的配方（或商业销售产品）进行配制， 再进行校正 。
（1）缓冲溶液的 pH 主要取决于共轭酸的 pKa，其次取 决于缓冲比。 pKa一定缓冲溶液的pH随着缓冲比的改变而改变。 当缓冲比等于 1 时，pH = pKa
（2）T 对pH的影响 （比较复杂，不讨论）
（3）稀释对pH的影响 （少量稀释，影响小）
[共轭碱] pH pK a lg [共轭酸]
此题注意 pKa应为共 轭酸的pKa
16
2. ) pH 接近于7.0 的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某 种酶仅能存在于pH 为6.90~7.15 的培养液中。求（1）含 有0.225mol· L－1 HPO42－和0.330mol· L－1 H2PO4－的溶液 的pH。（2）若在250mL 该溶液中分别加入0.20 g 及（3） 0.40g NaOH 固体，酶会分解吗？已知H3PO4的pKa1=2.12， pKa2=7.21，pKa3=12.67 解： 此混合溶液的缓冲系为H2PO4－－HPO42－
18
例 3 0.20 mol· L－1的HAc 100 mL与0.20 mol· L－1的NaOH 50 mL混合，pH=？
解： HAc + NaOH NaAc + H2O
反应前
反应后
20
10
10
0
0
10
mmol
mmol
则
pH pK a 2
x y 100
n( Na 2 HPO4 ) lg n( NaH2 PO4 )
0.020y 0.020x 0.040x 0.020y
解之得……
29
7.40 7.21 lg
实际应用中
常利用现成的配方（或商业销售产品）进行配制， 再进行校正 。
（1）缓冲溶液的 pH 主要取决于共轭酸的 pKa，其次取 决于缓冲比。 pKa一定缓冲溶液的pH随着缓冲比的改变而改变。 当缓冲比等于 1 时，pH = pKa
（2）T 对pH的影响 （比较复杂，不讨论）
（3）稀释对pH的影响 （少量稀释，影响小）
[共轭碱] pH pK a lg [共轭酸]
此题注意 pKa应为共 轭酸的pKa
16
2. ) pH 接近于7.0 的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某 种酶仅能存在于pH 为6.90~7.15 的培养液中。求（1）含 有0.225mol· L－1 HPO42－和0.330mol· L－1 H2PO4－的溶液 的pH。（2）若在250mL 该溶液中分别加入0.20 g 及（3） 0.40g NaOH 固体，酶会分解吗？已知H3PO4的pKa1=2.12， pKa2=7.21，pKa3=12.67 解： 此混合溶液的缓冲系为H2PO4－－HPO42－
18
例 3 0.20 mol· L－1的HAc 100 mL与0.20 mol· L－1的NaOH 50 mL混合，pH=？
解： HAc + NaOH NaAc + H2O
反应前
反应后
20
10
10
0
0
10
mmol
mmol