酸碱缓冲溶液讲解
缓冲溶液的原理及应用
缓冲溶液的原理及应用1. 引言缓冲溶液是指在酸碱反应中能够有效抵抗溶液酸碱度变化的一种溶液。
它由弱酸和其共轭碱（或由弱碱和其共轭酸）组成，在不同酸碱度下能够保持酸碱度的稳定。
缓冲溶液广泛应用于生物化学、制药、环境保护等领域，对于维持生物体内化学平衡、提高实验精度等起到重要作用。
本文将介绍缓冲溶液的原理及其应用。
2. 缓冲溶液的原理缓冲溶液的酸碱平衡是通过溶液中的弱酸和其共轭碱（或弱碱和其共轭酸）之间的反应来实现的。
在缓冲溶液中，当外界添加酸或碱时，溶液中的弱酸或弱碱会与外界添加的酸或碱反应，吸收或释放H+或OH-，从而抵消外界添加的酸碱，维持溶液酸碱度的稳定。
具体而言，对于弱酸和共轭碱的缓冲溶液，当外界添加酸时，弱酸会接收外界的H+，形成共轭碱，反应方程式如下：HA + H+ → A- + H2O当外界添加碱时，共轭碱会释放OH-，形成弱酸，反应方程式如下：A- + OH- → HA + H2O对于弱碱和共轭酸的缓冲溶液，反应过程类似。
3. 缓冲溶液的应用3.1 生物化学领域在生物化学实验中，生物体内和细胞外的pH值稳定对于维持生物体正常功能至关重要。
缓冲溶液在生物化学实验中常用于维持试剂溶液的稳定pH值，以确保实验结果的准确性。
例如，在分子生物学实验中，缓冲溶液常用于DNA和RNA的提取及酶反应体系的构建。
3.2 制药领域在制药过程中，药物的制备、储存和输送过程中往往需要保持稳定的酸碱度。
缓冲溶液可以提供恒定的酸碱环境，有效防止药物分解、降解或失去活性。
因此，在制药领域广泛应用缓冲溶液来保证药物的质量和稳定性。
3.3 环境保护领域在环境保护领域，缓冲溶液可以用于调节水体的酸碱度，维持水体的稳定性。
例如，在污水处理过程中，缓冲溶液可用于调节生物反应器中的pH值，提高废水处理效率。
4. 缓冲溶液的制备制备缓冲溶液需要选择合适的弱酸和共轭碱（或弱碱和共轭酸），并根据所需要的pH值和缓冲能力确定配比。
酸碱缓冲溶液
酸碱缓冲溶液
二、 缓冲溶液pH值的计算
缓冲溶液一般由浓度较大的弱酸及其共轭碱所组成，如HAc-Ac-、 NH4+-NH3等，在不要求十分准确的情况下，由于缓冲剂本身的浓度 较大，故而求算缓冲溶液的pH值时可以用近似方法计算。
假设缓冲溶液由一元弱酸HA（浓度为ca）和相应的强碱盐MA （浓度为cb）组成，由于同离子效应，可认为未解离的HA浓度近似等 于HA的分析浓度，即［HA］=ca，同时HA的大量存在使MA的水解 作用受到抑制，可认为A-的浓度近似等于MA的分析浓度，即［A-］ =cb，把这些关系代入HA的解离平衡常数表达式得
酸碱缓冲溶液
【例4-6】
计算下列[JP2]溶液的pH值：（1）由0.10 mol·L-1NH3和0.20 mol·L-1 NH4Cl所组成的缓冲溶液（KNＨ３=1.8×10-5）；（2）向400 mL该溶 液中加入10.00 mL 0.050 mol·L-1HCl溶液。
解：（1）根据式（4-2）得
分析化学
酸碱缓冲溶液
一、 缓冲溶液的作用原理
以HAc和NaAc溶液组成的缓冲体系为例说明。在此溶液中， NaAc完全解离，溶液中存在着大量Ac-，因而降低了HAc的解离度 α，HAc则部分解离为H+和Ac-，溶液中还存在着大量的HAc分子。 反应式如下：
当向溶液中加少量强酸(如HCl)时，H+和溶液中大量的Ac-结合 成难解离的HAc，使HAc的解离平衡向左移动，因此，［H+］几乎 没有升高，pH值几乎没变。
根据式（4-8）得
（2）由于加入10.00 mL的HCl，则发生如下反应：
酸碱缓冲溶液
【例4-6】
根据式（4-8）得 从上述计算可以看出，在缓冲溶液中加入少量强酸（HCl）时，溶液 的pH值只改变了0.01，基本上保持不变。常用的缓冲溶液如表4-1所示。
缓冲溶液的原理与应用
缓冲溶液的原理与应用缓冲溶液是指能够在一定范围内维持溶液pH值相对稳定的溶液。
它由弱酸和其共轭碱或弱碱和其共轭酸组成，能够抵抗外界酸碱的加入而使溶液的pH值变化较小。
缓冲溶液在生物化学、分析化学、制药工业等领域有着广泛的应用。
本文将介绍缓冲溶液的原理、制备方法以及应用。
一、缓冲溶液的原理缓冲溶液的原理基于酸碱中和反应。
当弱酸和其共轭碱存在于溶液中时，它们会发生如下反应：HA + H2O ⇌ H3O+ + A-其中，HA代表弱酸，A-代表共轭碱。
当外界酸或碱加入溶液时，会改变溶液中的H3O+和A-的浓度，从而使反应向左或向右移动，维持溶液的pH值相对稳定。
二、缓冲溶液的制备方法1. 酸碱配对法：选择一个弱酸和其共轭碱，使它们的pKa值相近，按一定比例混合制备缓冲溶液。
例如，用醋酸和乙酸钠制备醋酸缓冲溶液。
2. 离子配对法：选择一个弱酸或弱碱和其盐酸或盐碱，使它们的离子浓度相等，按一定比例混合制备缓冲溶液。
例如，用氨水和氯化铵制备氨水缓冲溶液。
三、缓冲溶液的应用1. 生物化学实验中的应用：生物体内许多酶的活性与pH值密切相关，缓冲溶液可以维持生物体内的酶活性。
例如，在酶催化反应中，使用缓冲溶液可以保持反应体系的pH值稳定，确保酶的最佳活性。
2. 分析化学实验中的应用：许多分析化学方法需要在特定的pH条件下进行，缓冲溶液可以提供稳定的pH环境。
例如，在酸碱滴定中，使用缓冲溶液可以减小滴定过程中pH值的变化，提高滴定的准确性。
3. 制药工业中的应用：药物的稳定性与pH值密切相关，缓冲溶液可以维持药物的稳定性。
例如，在药物制剂中，使用缓冲溶液可以保持药物的pH值稳定，延长药物的保质期。
4. 生活中的应用：缓冲溶液也广泛应用于日常生活中。
例如，牙膏中的缓冲溶液可以中和口腔中的酸性物质，保护牙齿健康；洗发水中的缓冲溶液可以调节头皮的pH值，保持头发的健康。
综上所述，缓冲溶液是一种能够维持溶液pH值相对稳定的溶液。
各种缓冲溶液原理
各种缓冲溶液原理缓冲溶液是一种能够维持溶液pH值稳定的溶液。
在化学和生物学实验中，缓冲溶液被广泛应用于调节和稳定实验条件。
本文将对不同种类的缓冲溶液原理进行详细介绍。
1.酸碱缓冲溶液：酸碱缓冲溶液是最常见的一类缓冲溶液。
酸和碱以碳酸氢根离子（HCO3-）或磷酸氢根离子（H2PO4-）等为例，在一定比例下存在于溶液中，可以通过吸收或释放H+离子来维持溶液的pH值稳定。
当溶液向酸性方向偏移时，缓冲系统可释放H+离子，中和溶液的酸性。
相反，当溶液向碱性方向偏移时，缓冲系统可吸收H+离子，中和溶液的碱性。
2.配位缓冲溶液：配位缓冲溶液是通过有机配体与金属离子之间形成稳定络合物来实现。
配位缓冲溶液的pH值在线性范围内具有良好的稳定性。
最常用的配位缓冲剂是EDTA（乙二胺四乙酸）和相关化合物，它们能够与金属离子形成稳定的络合物。
当酸或碱添加到配位缓冲溶液中时，配体的配位结构改变，从而吸收或释放H+离子来维持溶液的pH值稳定。
3.磷酸缓冲溶液：磷酸缓冲溶液是生物学实验中常用的缓冲剂之一、磷酸有三种离子形态：正离子（H2PO4-），负离子（HPO42-）和双负离子（PO43-）。
在pH值低于4时，磷酸以正离子形态存在；在pH值介于4和6之间时，磷酸以负离子形态存在；在pH值大于6时，磷酸以双负离子形态存在。
通过调节磷酸的比例可以在不同pH值下实现缓冲作用。
4.氟化物缓冲溶液：氟离子（F-）具有强力的缓冲性能，因为它与水形成的氟化水（HF/H2O）体系能够同时释放H+和F-离子。
在氟化物缓冲溶液中，HF与F-的比例可以调节H+离子的浓度，从而维持溶液的pH值稳定。
氟化物缓冲溶液的pH范围通常在2~7之间。
5.非水缓冲溶液：非水缓冲溶液是由有机溶剂或无机盐溶解在非水溶剂中形成的溶液体系。
有机溶剂如醇类、酮类和酯类具有缓冲性能。
在非水缓冲溶液中，溶质和溶剂之间的化学平衡反应可以调节离子和分子的浓度来维持溶液的pH值稳定。
pH缓冲溶液
缓冲溶液的选择
缓冲溶液的选择
为了保证缓冲溶液有足够强的缓冲能
力，在配制缓冲溶液时，需要做到：
使共轭酸碱对的浓度比接近于1，应根
01
据所需要维持的pH范围选择合适的缓
冲对，使其中的弱酸的pKa等于或接
近于所要求的pH。
缓冲溶液的选择
例如，生物培养液中需用pH=7.0的
缓冲溶液，已知H2PO4-的
02
不少缓冲溶液都含有易挥发组分，如，
氨-氯化铵中的氨酷1
缓冲溶液的调节
不能用强酸或强碱进行调节，否则会
破坏缓冲体系。
03
缓冲溶液的使用
使用时要慎重地选择缓冲体系，避免
缓冲液中的某种离子在使用时产生不
02
需要的化学反应。
谢谢
pKa2=7.21，因此，H2PO4-—
HPO42-是可以选择的合适的缓冲对。
如若配制pH=9.0的缓冲溶液，则可
选择NH3·H2O-NH4Cl缓冲对（pKa （NH4+）=9.25）。可见弱酸的pKa 是选择缓冲溶液的主要依据，表中列
出了几种常用的缓冲溶液。
常见缓冲液组成
缓冲溶液的注意事项
缓冲溶液的存放
PBS缓冲液
缓冲液原理
1、水合氢离子的浓度取决于弱酸与其共轭碱的浓度比。
2、当加入少量强碱时，酸被中和，导致了氢氧根离子在溶液中很少累积，从而C（A-） 的浓度增加， C（HA）的浓 度减少。因为二者的浓度较大，相对的变化小，两者比值几乎无变化，因此根据公式，水合氢离子的浓度变化很小。 3、加入弱酸则是同样的道理。由于在大浓度基数上的微小变化不会改变比值，也因此维持了体系内氢离子和氢氧根离 子浓度的平衡。
缓冲溶液
什么是缓冲溶液？
第四节 酸碱缓冲溶液
[ H ] K a1 K a 2
注 意：
由MBE、CBE和PBE导出的计算[H+]的 计算公式，其平衡常数为浓度常数，它表明 了在反应达到平衡时各组分浓度之间的关系。 如果用附录或手册上查得的活度常数代入各 式进行计算，就会造成一定的误差，此时应 先计算有关的浓度常数，然后根据公式求出 [H+] ，再计算出H+ ，从而得到aH+ 。
计算结果与实验值（6.86）非常接近。
例2：
考虑离子强度的影响，计算0.050 mol·L-1 邻苯 二甲酸氢钾（KHP）缓冲溶液的 pH值。 已知：pKa1=2.95, pKa2=5.41。 解：邻苯二甲酸氢钾（KHP）是两性物质，但其进 行酸式解离的倾向较碱式解离为大，溶液中主要有 HP---P2- 缓冲对，其次还有H2P—HP- ，因此对溶液 的酸碱度也具有一定的缓冲能力。 由于，cKa2=0.0503. 9 10-6>20KW, c(0.050) > 20Ka1(20 1.1 10-3) 故可根据两性物质最简式计算： c c
c HPO 2
4
cH
POlg 7.20 0.025
此值与实验测定值pH=6.86相差很大。
(2) 溶液中需要考虑4种离子的浓度：KH2PO4 ---Na2HPO4 K+,Na+,HPO42-和H2PO41 I [( cZ 2 ) K (cZ 2 ) Na (cZ 2 ) HPO 2 (cZ 2 ) H PO ] 4 2 4 2 1 (0.025 1 0.025 2 1 0.025 2 2 0.025 1) 2 0.10mol . L1
剩余的HAc的物质的量为 =2.0010-3 - 1.110-3 = 0.910-3 mol
酸碱和缓冲溶液资料
平衡常数表达式为：
K = [H3O+ ]•[OH ] [H2O] •[H2O]
∴KW = [H3O+ ]•[OH- ]
水的离子积： Kw称为水的质子自递平衡常数，
也叫水的离子积。与温度有关，温度 升高Kw增大。
25℃时的纯水中为1.00×10-14，且有
[H3O+] = [OH-] = Kw
＝1.00×10-7 （mol·L-1) 水的离子积的关系也适用于所有的 水溶液：
NH3
+ H+
HCO3- + H+
CO32- + H+
H2O
+ H+
OH- + H+
HPO42- + H+ [Al(OH)(H2O)5]2+ ＋H+
共轭碱
由上述关系可知：
(1)、酸越强，共轭碱越弱，酸越弱共轭碱越强。 如：HCl、HAc
(2)、酸和碱可以是分子、阳离子或阴离子。 (3)、酸和碱具有相对性。在某个共轭体系中是酸，而
溶液中的H3O+ 来自于HA 和 H2O 的解离，由H2O解离的H3O+离子浓度等 于[OH－]，由HA的H3O+离子浓度等于 [A－]，即：
[H3O+ ] = [A－] + [OH－]
在一元弱酸HA的水溶液中存在的质 子传递平衡有：
HA
H+ + A－
[Η+ ][A- ] Ka = [HA]
H2O
意义：Ka是溶液中酸强度的量度，在 一定温度下，其值一定。它的大小表 示酸的强弱。Ka值愈大，酸性愈强。 反之亦然。
碱的解离常数： 符号：Kb 意义：Kb是溶液中碱强度的量度，在 一定温度下，其值一定。它的大小表 示碱的强弱。Kb值愈大，碱性愈强。 反之亦然。
酸碱溶液的水解与缓冲溶液
酸碱溶液的水解与缓冲溶液酸碱溶液的水解是指酸碱盐在水中分解产生酸、碱或盐的过程。
溶液中的酸碱水解会影响溶液的酸碱性质和化学反应。
而缓冲溶液是指其在加入少量酸碱或强酸碱时，具有抵抗酸碱强度变化的能力的溶液。
下面我们将详细介绍酸碱溶液的水解与缓冲溶液的相关知识。
1. 酸碱溶液的水解酸碱溶液的水解是指酸碱盐在水中的离解过程。
酸溶液水解时可产生氢离子（H+），而碱溶液水解则产生氢氧化物离子（OH-）。
酸和碱溶液之间的水解作用可以互相抵消，因此，酸碱溶液的水解会影响溶液的酸碱性质。
当酸盐水解时，产生的酸根离子会增强溶液的酸性。
例如，氯化氢酸盐（HCl）在水中水解成氯化物离子（Cl-）和氢离子（H+），产生酸性溶液。
而碳酸盐（例如碳酸钠Na2CO3）在水中水解成碳酸根离子（CO32-）和氢氧化物离子（OH-），产生碱性溶液。
当碱盐水解时，产生的氢氧根离子会增强溶液的碱性。
例如，氢氧化钠（NaOH）在水中水解成氢氧根离子（OH-）和钠离子（Na+），产生碱性溶液。
2. 缓冲溶液缓冲溶液是指在加入少量酸碱或强酸碱时，能够抵抗酸碱强度变化的溶液。
其作用机制是通过溶液中存在的酸碱对或酸碱盐对中的一个进行水解来吸收或释放氢离子，从而维持溶液的酸碱性质基本不变。
常见的缓冲溶液包括酸碱对缓冲溶液和酸碱盐缓冲溶液。
酸碱对缓冲溶液是由酸和它的共轭碱或碱和它的共轭酸构成的。
当加入少量酸，过剩的碱会与其反应产生盐，从而减少酸性增加碱性。
当加入少量碱，过剩的酸会与其反应产生盐，从而减少碱性增加酸性。
例如，乙酸和乙酸钠构成了乙酸／醋酸根缓冲溶液。
酸碱盐缓冲溶液是由弱酸盐和其共轭碱盐或弱碱盐和其共轭酸盐构成的。
当加入少量酸，酸性盐会水解产生弱酸和酸根离子，从而减少酸性增加碱性。
当加入少量碱，碱性盐会水解产生弱碱和氢氧根离子，从而减少碱性增加酸性。
例如，柠檬酸和柠檬酸钠构成了柠檬酸／柠檬酸根缓冲溶液。
缓冲溶液广泛应用于生物、化学和医学领域。