第三章 缓冲溶液

β=
def
dna( b ) V dpH
pH的微小改变量 的微小改变量
dn和V一定，|dpH|愈小，β愈大，缓冲能力越强 和 一定 一定， 愈小， 愈大 愈大， 愈小 |dpH|和V一定，dn愈大，β愈大，缓冲能力越强 和 一定 一定， 愈大 愈大， 愈大 愈大，
缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系
[HB] [B-] c总＝[HB]+[B-]
缓冲比
Henderson-Hasselbalch方程式 方程式
公式的几种变形
[B − ] pH = pK a + lg [HB ] [B − ] c (B - ) pH = pK a + lg = pK a + lg [HB ] c ( HB )
[B − ] n(B - ) pH = pK a + lg = pK a + lg n( HB ) [HB ]
−
思考题： 思考题：
缓冲溶液既可以用共轭酸碱对混合配制 而成， 而成，也可用在某种弱酸中加入 NaOH 或 配制而成。 在某种弱碱中加入 HCl 配制而成。 在1L 0.1 mol·L-1 的 HAc 中加入少量固 体NaOH，若溶液体积不变，问总浓度为多 ，若溶液体积不变， 随着NaOH的不断加入，该缓冲溶液的 的不断加入， 少？随着 的不断加入 总浓度将如何变化？ 总浓度将如何变化？
影响缓冲容量的因素
4.75
(1) 0.05 mol·L-1 HCl (2) 0.1mol·L-1 HAc+NaOH (3) 0.2mol·L-1 HAc+NaOH
(4) 0.05 mol·L-1KH2PO4+NaOH (5) 0.05 mol·L-1 H3BO3+NaOH (6) 0.02mol·L-1 NaOH
例题： 例题：
已知:pKa(HAc)=4.75, pKb(NH3)=4.75, pKa(H2PO4-)=7.21 已知 若配制pH= 9 的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？ 的缓冲溶液，选择下面哪个缓冲系最好？ 若配制 A. HAc-NaAc B. NH3-NH4Cl C. NaH2PO4 -Na2HPO4
滴加少量强酸、强碱pH几乎不变 滴加少量强酸、强碱pH几乎不变
实 验 小 结
滴加1ml 1mol·L-1HCl 滴加 pH=2.00 滴加1ml 1mol · L-1NaOH 滴加 pH=12.00 滴加1ml 1mol·L-1HCl 滴加 pH=4.98 滴加1ml 1mol · L-1NaOH 滴加 pH=5.02
100 mL HCl pH = 5.00
100 mL HAc ~ NaAc pH = 5.00
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
缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、 外来少量强酸 缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或 稍加稀释而保持 基本不变的溶液 稍加稀释而保持pH基本不变 而保持 基本不变的溶液 缓冲作用：缓冲溶液对强酸、 缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵 抗作用
n( HCit ) = 0.0635mol
2-
n( H 2Cit ) = 0.0365mol
反应耗去NaOH的物质的量： 的物质的量： 反应耗去 的物质的量 n(NaOH)＝1×0.0365 + 2×0.0635 ＝ × × ＝0.1635 mol n(NaOH)=c(NaOH) ×V(NaOH) V(NaOH) = 0.1635/0.400 = 0.4088 L = 408.8mL
例题： 例题：
下列溶液β最大的是： 下列溶液 最大的是： 最大的是 A. 1L中含 中含0.06molHAc 与0.03molNaAc 中含 B. 1L中含 中含0.05molHAc 与0.04molNaAc 中含 C. 1L中含 中含0.02molHAc 与0.07molNaAc 中含 D. 1L中含 中含0.01molHAc 与0.08molNaAc 中含 c总都为 .09mol ·L-1， 再看缓冲比， 都为0 再看缓冲比， 哪个接近1:1， 哪个接近 ，所以选 B
100mL HCl pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl 滴加
滴加1ml 1mol·L-1NaOH 滴加
滴加少量强酸、强碱后 变化很大 滴加少量强酸、强碱后pH变化很大
100mL 醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl 滴加
滴加1ml 1mol·L-1NaOH 滴加
缓冲溶液的pH取决于缓冲系中弱酸的 a， 缓冲溶液的 取决于缓冲系中弱酸的pK ， 取决于缓冲系中弱酸的 温度对其有影响 同一缓冲系的缓冲溶液， 随缓冲比的改 同一缓冲系的缓冲溶液，pH随缓冲比的改 变而改变 缓冲比等于1时 缓冲比等于 时，pH＝pKa ＝ 缓冲溶液在稍加稀释时， 基本不变 基本不变。 缓冲溶液在稍加稀释时，pH基本不变。只 有当稀释到一定程度（ 有当稀释到一定程度（溶液电离度和离子强 度发生较大变化），溶液pH 会发生变化。 ），溶液 会发生变化。 度发生较大变化），溶液
缓冲溶液由有足够浓度的一对共轭酸碱对 缓冲溶液由有足够浓度的一对共轭酸碱对 足够浓度的一对 的两种物质组成
组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系 组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系 (buffer system)或缓冲对 或缓冲对(buffer pair)。 。
二、缓冲机制
HAc + H2O
NaAc
第三节
缓冲容量和缓冲范围
加入微小量的一元强酸 或一元强碱的物质的量
一、缓冲容量
衡量缓冲能力大小的尺度
定义：单位体积缓冲溶液的 改变1时，所需加 定义：单位体积缓冲溶液的pH改变 时 缓冲溶液的 改变 入一元强酸或一元强碱的物质的量 入一元强酸或一元强碱的物质的量 恒大于0 恒大于 mol·L-1·pH-1
一、缓冲溶液的组成
缓冲溶液的组成一般分为三类： 缓冲溶液的组成一般分为三类： 1. 弱酸及其共轭碱组成的缓冲液 HAc – Ac-, HCN – CN-, H2CO3–HCO32. 弱碱及其共轭酸组成的缓冲液 NH3 – NH4+, CH3NH2 – CH3NH3+ … 甲胺-甲胺盐酸盐 甲胺 甲胺盐酸盐 3. 酸式盐及其共轭碱组成的缓冲液 H2PO4- – HPO42- , HCO3- – CO32- …
思考题： 思考题：
判断正误： 判断正误： 0.1mol·L-1 HAc 与0.1mol·L-1 NaOH等体 等体 积混合后，该溶液缓冲容量最大。 积混合后，该溶液缓冲容量最大。
二、缓冲范围
缓冲比大于10:1或小于 或小于1:10，缓冲溶液失去缓冲能力 缓冲比大于 或小于 ， 缓冲范围： 缓冲范围：
例题： 例题：
“将NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶液中的 将 缓冲溶液稀释一倍， 缓冲溶液稀释一倍 [OH- ]减少到原来的 减少到原来的1/2”，对吗？ 减少到原来的 ，对吗？ 答 ： 错！
思考题： 思考题：
判断正误： 判断正误： 0.1mol·L-1HAc 与0.1mol·L-1NaAc等体积 等体积 混合配制 ， 所以只能抗碱不能抗酸。 液，所以只能抗碱不能抗酸。
= pK a + lg
+ n( NH 4 )
n(NH 3 )
pH＝9.17 ＝
例 题
计算： 计算：
1. 0.50mol·L-1HAc和0.50mol·L-1 NaAc混合溶液的 和 混合溶液的 pH。 。 2. 在上述 在上述1.0L缓冲溶液中加入 缓冲溶液中加入0.020mol固体 固体NaOH 缓冲溶液中加入 固体 溶液的pH。 后， 溶液的pH。 3. 在上述 在上述1.0L缓冲溶液中加入 缓冲溶液中加入0.020mol HCl后， 缓冲溶液中加入 后 溶液的pH。 溶液的 。 K(HAc)=1.76×10-5 × 1. pH=4.74 2. pH=4.81 3. pH=4.67
影响缓冲容量的因素
1. 强酸、强碱溶液，浓度越大，缓冲容量越大 强酸、强碱溶液，浓度越大， 2. 总浓度一定时，缓冲比为 时，缓冲容量极大 总浓度一定时，缓冲比为1:1时 3. 缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量越大 缓冲比一定时， 4. 不同的缓冲系，c总相同，β极大相同 不同的缓冲系， 总相同 总相同， 极大相同
例题
计算0.10mol·L-1NH3 50mL和0.20mol·L-1 NH4Cl 计算 和 30mL混合溶液的 。K(NH3)=1.79×10-5 混合溶液的pH。 混合溶液的 ×
KW −10 Ka = = 5.58 × 10 Kb
pH = pK a + lg
+ [ NH 4 ]
[ NH 3 ]
2.303[HB][B − ] = β= V dpH c总 dna(b)
缓冲容量随缓冲溶液[HB]、[B-]及c总的改变而改变 、 缓冲容量随缓冲溶液 及
− 缓冲容量随缓冲溶液pH改变而改变 缓冲容量随缓冲溶液 改变而改变 [B ] pH = pc a +c K lg 总 × 总 [ HB ] β 极大 =2.303 × 2 2 =0.576c总 c总
若用同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液， 若用同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液， 同样浓度的弱酸和其共轭碱来配制缓冲溶液 可用下列公式
[B − ] V (B - ) pH = pK a + lg = pK a + lg [HB ] V ( HB )
结论： 结论：
[B − ] pH = pK a + lg [HB ]
第三章
缓冲溶液
第一节 缓冲溶液及缓冲机制 第二节 缓冲溶液的 值 缓冲溶液的pH值 第三节 缓冲容量和缓冲范围 第四节 缓冲溶液的配制 第五节 血液中的缓冲系
教 学 要 求
掌握缓冲溶液的组成和缓冲机制 熟练进行缓冲溶液pH值的计算 熟练进行缓冲溶液 值的计算 熟悉缓冲容量的概念及其影响因素 熟悉缓冲溶液的配制 熟悉缓冲溶液在医学上的意义