【北京大学】《医用基础化学》-第三章__缓冲溶液
医用基础化学课件-第三章--缓冲溶液
B 最好
∵ pKNH4+ =14.00－4.75 = 9. 25
例题：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溶液多少毫 升，才能配成 pH＝5.00 的缓冲溶液？ （已知H3Cit的pKa1=3.13，pKa2=4.76，pKa3=6.40）
HBO2~NaBO2
第五节 血液中的缓冲系
正常人血浆的pH值约为7.35 ~ 7.45
C O 2 ( g ) C O 2 ( g ) + H 2 OH 2 C O 3 K a 1 ( H 2 C O 3 )H + + H C O 3 -
6.10
pHpKa' 1l
g[HC3O ] [CO 2(a)q]
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1ml 1mol·L-1NaOH 滴加少量强酸、强碱pH几乎不变
实验小结
100 mL HCl pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl pH=2.00
滴加1ml 1mol ·L-1NaOH pH=12.00
100 mL HAc ~ NaAc pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl pH=4.98
滴加1ml 1mol ·L-1NaOH pH=5.02
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、强碱或 稍加稀释而保持pH基本不变的溶液
医学基础化学—缓冲溶液
2019/2/3
3.2 缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
若缓冲溶液的体积以V 表示，若以n A 、n B 分别表示的 溶液中所含共轭酸和共轭碱的物质的量， 则 n（B） n（B） c（A） = -------- c（HA） = -------V V 则： n（B） pH = p K a + log --------n（A）
[base] pH = p K a + log --------[acid]
这就是亨德森- 哈塞尔巴赫方程式
（Henderson-Hasselbalch equation）
2019/2/3
缓冲溶液的pH 值The pH of Buffer Solution
HA的浓度为c(HA) (或称起始浓度,配制浓度)， NaA的浓度为c(NaA)；HA解离部分的浓度为c'(HA) 。 则： [HA]平 = c(HA) - c'(HA) [A-]平 = c(NaA)+ c'(HA) [HA]平≈c(HA) ，[A-]平≈c(NaA) ＝c(A-) 又可表示为： [A] pH = p K a + log --------[HA] c(A) pH ≈ p K a + log --------c(HA) c（共轭碱） pH ≈ p K a + log ------------c（共轭酸）
2019/2/3
第一节 缓冲溶液及缓冲作用原理
（2）加入少量强碱（Adding a small amount of base）
当向混合溶液中加入强碱时，溶液中的OH-浓 度增加， OH-与H3O+ 反应生成H2O，从而使H3O+减 少 ，使平衡向右移动，促使HAc离解生成H3O+ 。与 OH- 反应所消耗的H3O+ 由 HAc离解生成H3O+ 来补充， 达到新的平衡时，HAc 的浓度略有降低， Ac- 离 子的浓度略有升高，而 H3O+ 浓度几乎没有降低， 所以溶液的pH 值基本保持不变。 HAc 叫做抗碱成 分。
第三章3 缓冲溶液
c0 (碱) 0.098 pH 14 pK b lg =14 4.74 lg 9.24 c 0 (盐 ) 0.102
加入1.0mL1.0 mol / L NaOH溶液
c0(碱)=( 0.10×0.500＋1.0×0.001)／0.501=0.102 mol / L c0(盐)=( 0.10×0.500－1.0×0.001)／0.501=0.098 mol / L
cb pOH pKb lg cs
cb pH 14 pKb lg cs
例题：计算含有0. 100 mol·－1 L
HAc和0.200 mol·－1 L
NaAc混合溶液的pH。若在0.100L上述溶液中加入
0.001L 1.00 mol·－1 的NaOH后，溶液的pH变为多少？ L
c0 (碱) 0.102 pH 14 pK b lg =14 4.74
3.4.4 缓冲溶液的缓冲能力
缓冲溶液pH的控制主要体现在对缓冲比 {c0(酸)/c0(盐)或c0(碱)/c0(盐)}的调整。 缓冲溶液的缓冲能力主要与缓冲对的浓度 缓冲容量(β)——指1升缓冲溶液的pH值 有关。缓冲对的浓度越大，缓冲能力越大；缓 变化1个单位所需加入强酸或强碱的物质 冲比越接近于1，缓冲能力越大。但是缓冲溶 的量。 液的缓冲能力是有限的。 缓冲溶液的缓冲范围为pKa±1。 缓冲溶液适当稀释时，缓冲溶液的pH不变。
50ml纯水pH = 7
50mLHAc—NaAc [c(HAc)=c(NaAc) =0.10mol· -1] L pH = 4.74
pH = 3
pH = 11
pH = 4.73
pH = 4.75
这种能够对抗外来少量强酸或强碱，而保持溶液
第三章 缓冲溶液
加少量水:
2021年8月15日1时35分
[HAc]/ [Ac-] 基本不变
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第二节 缓冲溶液 pH 值的计算
HA-A‾缓冲系： HA + H2O H3O+ + A‾
Ka
=
[H3O ][A- ] [HA]
[H3O
]
=
Ka
[HA] [A- ]
[A ] pH = pKa lg [HA]
共轭碱 共轭酸
2021年8月15日1时35分
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例：将 0.10 mol·L-1盐酸溶液100ml与 0.10 mol·L-1氨水溶液400ml相混合，求混合后溶液
的pH值（已知NH3的 Kb= 1.76×10-5）。
=9.25+lg 30 =9.73
10
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练习：将 0.10 mol·L-1 NaOH溶液100ml与 0.10 mol·L-1HAc溶液400ml相混合，求混合后
一、缓冲溶液的组成及类型
（一）缓冲溶液的组成条件——共轭酸碱对
电离平衡
抗酸成分
抗碱成分
（二）缓冲溶液的组成类型
1、弱酸——共轭碱体系 抗碱成分 抗酸成分
2、弱碱——共轭酸体系
抗酸成分 抗碱成分
3、多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐
2021年8月15日1时35分
抗碱成分
抗酸成分
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HAc—NaAc
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二、影响缓冲容量的因素 1. 缓冲比一定时，c总越大，缓冲能力越强。 2. c总一定时，缓冲比= 1，缓冲能力最强。
三、缓冲范围
pKa－1 ＜ pH ＜ pKa＋ 1
2021年8月15日1时35分
基础化学题解：3-3缓冲溶液
基础化学题解：3-3缓冲溶液第三章缓冲溶液1、什么是缓冲溶液? 什么是缓冲容量? 决定缓冲溶液pH和缓冲容量的主要因素各有哪些?答：能够抵抗外来的少量强酸或强碱或稍加稀释，而保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液。
缓冲容量是缓冲能力大小的量度。
定义为：单位体积的缓冲溶液pH改变1时（ pH=1），所需加入的一元强酸或强碱的物质的量。
决定缓冲溶液pH的主要因素是p K a和缓冲比。
决定缓冲容量的主要因素是总浓度和缓冲比。
2、试以KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液为例，说明为何加少量的强酸或强碱时其溶液的pH 值基本保持不变。
答：KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液由浓度较大的H2PO4-和HPO42-，有同离子效应，处于质子传递平衡：H2PO4- + H2O HPO42-+ H3O+Na2 HPO4─→HPO42-+ 2Na+其中HPO42-是抗酸成分，当加入少量强酸时，HPO42-与H3O+ 结合成H2PO4-而使平衡左移，[HPO42-]略为减少，[H2PO4-]略有增加，溶液的H3O+ 浓度无显著的增加。
H2PO4-是抗碱成分，当加入少量强碱时，OH-溶液的H3O+生成H2O，平衡右移，H2PO4-进一步解离，提供更多的H3O+。
达到新的平衡时，[H2PO4-]略为减少，[HPO42-]略有增加，溶液的H3O+ 浓度无显著的减少。
3、已知下列弱酸p K a，试求与NaOH配置的缓冲溶液的缓冲范围．(1) 硼酸(H3BO3)的p K a ＝9.27(2) 丙酸(CH3CH2COOH)的p K a ＝4.89(3) 磷酸二氢钠(NaH2PO4) p K a ＝7.21(4) 甲酸(HCOOH) p K a ＝3.74答：缓冲溶液的缓冲范围为pH ＝p K a±1，超出此范围则缓冲容量太低。
⑴pH ＝8.27~10.27⑵ pH ＝ 3.89~5.89⑶ pH ＝ 6.21~8.21⑷ pH ＝ 2.74~4.744、0.20 mol ·L -1 NH 3 和0.10 mol ·L -1 NH 4Cl 组成的缓冲溶液的pH 为多少? 已知p K b = 4.75。
【北京大学】《基础化学》第三章 缓冲溶液--比赛课件
§3.3 缓冲容量
衡量缓冲溶液缓冲能力的尺度。
使单位体积的缓冲溶液的pH值改变1个单位
时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的
量。符号β。
β n pH
[HB][B ] β 2.303
c
（c=[HB]+[B-]）
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《基础化学》
影响缓冲容量的因素
β 2.303 [HB][B ] c
当缓冲比（[B-]/[HB]）一定时，缓冲溶浓的 总浓度越大，缓冲容量越大。
选择适当的缓冲系 共轭酸的pKa值约等于需控制的pH值
缓冲溶液要有足够的总浓度 c≈0.05~0.2 mol·L-1
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《基础化学》
例1、欲配制pH=9.0的缓冲溶液，应选用下 列何种弱酸或弱碱和它们的共轭碱或共轭酸 来配制。
A. NH3·H2O（Kb=1×10-5） B. HAc（Ka=1.8×10-5） C. HCOOH（Ka=1×10-4） D. HNO2（Ka=6×10-1）
△pH：-0.09
能够抵制外加少量酸、碱或稀释，而保持溶 液的pH值不发生明显改变的作用，叫缓冲作 用。具有缓冲作用的溶液叫缓冲溶液。
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《基础化学》
一、缓冲溶液的组成
抗酸成分（共轭碱） 抗碱成分（共轭酸） 缓冲系或缓冲对
三种类型： 弱酸及其对应的盐
(HAc-NaAc、H2CO3-NaHCO3) 弱碱及其对应的盐
《基础化学》
第三章 缓冲溶液
Buffer Solution
§3.1 缓冲作用 §3.2 缓冲溶液的pH值 §3.3 缓冲容量
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《基础化学》
§3.1 缓冲作用
lL 纯水
lL
pH7.0
《医用基础化学》第三章 缓冲溶液
第一节缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液的组成在100 mL pH = 5.00的HCl溶液中分别加入1mL1 mol⋅L-1的HCl（强酸）溶液或1mL1 mol⋅L-1的NaOH（强碱）溶液后，HCl溶液的pH发生了显著变化，加酸后pH = 2.00，而加碱后pH = 12.00。
但在100 mL浓度均为1mol⋅L-1 HAc和NaAc pH = 5.00混合溶液中，加入同样数量的强酸和强碱，pH改变却很小，加酸后pH = 4.98，而加碱后pH = 5.02。
如用水稍加稀释时，HAc和NaAc混合溶液的pH改变的幅度也很小。
这说明HAc和NaAc这种由弱酸及其共轭碱组成的混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH基本不变的能力，我们把这种溶液称为缓冲溶液(buffer solution)。
缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用(buffer action)。
常用的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、NaH2PO4-Na2HPO4等。
组成缓冲溶液的共轭酸碱对被称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。
一些常见的缓冲系列在表3-1中。
表3-1 常见的缓冲系缓冲系质子转移平衡pK a(25︒C) HAc-NaAc HAc +H2O Ac-+ H3O+ 4.76H2CO3-NaHCO3H2CO3 +H2O HCO3-+ H3O+ 6.35H2C8H4O4- KHC8H4O4* H2C8H4O4 +H2O HC8H4O4-+ H3O+ 2.89Tris⋅HCl-Tris** Tris⋅H+ +H2O Tris + H3O+8.08 NH4Cl-NH3NH4+ +H2O NH3+ H3O+9.25CH3NH3+Cl--CH3NH3+ +H2O CH3NH2+ H3O+10.63 CH3NH2***H3PO4-NaH2PO4H3PO4 +H2O H2PO4-+ H3O+ 2.16NaH2PO4-Na2HPO4H2PO4- +H2O HPO42-+ H3O+7.21Na2HPO4-Na3PO4HPO42- +H2O PO43-+ H3O+12.32* 邻苯二甲酸-邻苯二甲酸氢钾**三(羟甲基)甲胺盐酸盐-三(羟甲基)甲胺***甲胺盐-甲胺二、缓冲机制现以浓度均为0.10 mol⋅L-1的HAc和NaAc缓冲系为例来说明缓冲溶液的缓冲机制。
基础化学第三章酸碱平衡、缓冲溶液习题答案
基础化学第三章习题答案1、下列说法是否正确，为什么？(1)将氢氧化钠溶液和氨水分别稀释l 倍，则两溶液中的[OH]－都减小到原来的1/2。
答：错误。
原因：氨水为一元弱碱，其[OH -]=c k b (2)中和等体积的0.10mol·L -1盐酸和0.10mol·L -1醋酸，所需0.l0mol·L -1NaOH 溶液的体积不同。
答：错误。
原因：n HCl =n HAc 故所需NaOH 的摩尔数应相同，体积相同。
2、某溶液含AlCl 3 0.050mol·L -1和Na 2HPO 4 0.020mol·L -1，求此溶液的离子强度。
解：I =1/2∑CiZi 2=1/2[0.050× (+3)2+3×0.050× (-1)2+2×0.020× (+1)2+0.020× (-2)2]=0.36 (mol·L -1)3、乳酸HC 3H 5O 3是糖酵解的最终产物，在体内积蓄会引起机体疲劳和酸中毒，已知乳酸的K a θ=1.4×10-4，试计算浓度为1.0×10-3mol·L -1乳酸溶液的pH 。
解：234 20 , / 500 , 31%1 [] 1.01031% 3.110/ 3.51a a w a a a K c K c k c k H c mol L pH αααα+--⋅〉〈==-==⨯⨯=⨯=按近似式计算4、 要使H 2S 饱和溶液中的[S 2-]加大，应加入碱还是加入酸？为什么？答：应加入碱。
原因：H 2SHS -+H + HS-S 2- + H + 要使[S 2-]增加，应减小[H +]，使平衡右移，故应加碱。
5、在稀氨水中加入l 滴酚酞指示剂，溶液显红色，如果向其中加入少量晶体NH 4Ac ，则颜色变浅(或消退)，为什么？答：稀氨水中加入少量晶体NH 4Ac ，会产生同离子效应，氨水解离度减小，颜色变浅（或消退）。
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pH
pK a
lg
[B ] [HB]
pH
pK a
lg
[B ] [HB]
pK a
lg
c(B- ) c(HB)
[B ]
n(B- )
pH
pK a
lg [HB]
pK a
lg
n(HB)
若用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
pH
pK a
[B ] lg
[HB]
pK a
V (B- ) lg
V (HB)
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《医用化学》
例题
计算0.10mol·L-1NH3 50mL和0.20mol·L-1 NH4Cl 30mL混合溶液的pH。K(NH3)=1.79×10-5
Ka
KW Kb
5.581010
pH
pK a
l
g
[NH 3
[NH
4
] ]
pK a
lg
n(NH3
n(NH
4
) )
pH＝9.17
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《医用化学》
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第二节 缓冲溶液的pH
HB + H2O
NaB
H3O+ + B-
Na＋ ＋ B-
[H3O
]
Ka
[HB] [B ]
[B ]
[共 轭 碱] 缓冲比
pH
pK a
lg [HB ]
pK a
lg [共 轭 酸]
Henderson-Hasselbalch方程式
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《医用化学》
公式的几种变形
2. pH=4.81
3. pH=4.67
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例题：
“将NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释一倍，溶液中 的[OH- ]减少到原来的1/2”，对吗？
答：错！
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思考题：
判断正误： 0.1mol·L-1HAc 与0.1mol·L-1NaAc等体积
混合配制的缓冲溶液pH = 4.75，是酸性溶 液，所以只能抗碱不能抗酸。
|dpH|和V一定，dn愈大，β愈大，缓冲能力越强
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《医用化学》
缓冲容量与缓冲溶液浓度的关系[HB] Nhomakorabea[B-]
c总＝[HB]+[B-]
dna(b)
2.303[HB][B ]
V dpH
c总
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pH改变[B而 ]改变
pH pcK总acl总g[HB]
滴加1ml 1mol ·L-1NaOH
pH=5.02
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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
缓冲溶液：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
缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵 抗作用
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《医用化学》
一、缓冲溶液的组成
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
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第三节
缓冲容量和缓冲范围
一、缓冲容量
加入微小量的一元强酸 或一元强碱的物质的量
衡量缓冲能力大小的尺度
定义：单位体积缓冲溶液的pH改变1时，所需加 入一元强酸或一元强碱的物质的量
恒大于0 mol·L-1·pH-1
def dna(b)
V dpH
pH的微小改变量
dn和V一定，|dpH|愈小，β愈大，缓冲能力越强
滴加少量强酸、强碱pH几乎不变
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实验小结
滴加1ml 1mol·L-1HCl
100 mL HCl pH = 5.00
pH=2.00 滴加1ml 1mol ·L-1NaOH
pH=12.00
100 mL HAc ~ NaAc pH = 5.00
滴加1ml 1mol·L-1HCl
pH=4.98
HAc – Ac-, HCN – CN-, H2CO3–HCO3-
2. 弱碱及其共轭酸组成的缓冲液 NH3 – NH4+, CH3NH2 – CH3NH3+ … 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- …
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极大 =2.303
22 c总
=0.576c总
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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
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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
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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
(6) 0.02mol·L-1 NaOH
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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 2. 总浓度一定时，缓冲比为1:1时，缓冲容量极大 3. 缓冲比一定时，总浓度越大缓冲容量越大 4. 不同的缓冲系，c总相同，β极大相同
例题
计算：
1. 0.50mol·L-1HAc和0.50mol·L-1 NaAc混合溶液的 pH。
2. 在上述1.0L缓冲溶液中加入0.020mol固体NaOH 后， 溶液的pH。
3. 在上述1.0L缓冲溶液中加入0.020mol HCl后， 溶液的pH。 K(HAc)=1.76×10-5
1. pH=4.74
缓冲溶液由有足够浓度的一对共轭酸碱对 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 (buffer system)或缓冲对(buffer pair)。
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二、缓冲机制
HAc + H2O NaAc
H3O+ + AcNa＋ ＋ Ac-
抗酸成分：缓冲对中的共轭碱 抗碱成分：缓冲对中的共轭酸
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结论：
[B ]
pH
pK a
lg [HB]
➢ 缓冲溶液的pH取决于缓冲系中弱酸的pKa， 温度对其有影响
➢ 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，pH＝pKa
➢ 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（溶液电离度和离子强 度发生较大变化），溶液pH 会发生变化。
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100mL HCl pH = 5.00
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滴加1ml 1mol·L-1HCl
滴加1ml 1mol·L-1NaOH
滴加少量强酸、强碱后pH变化很大
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100mL 醋酸和醋酸钠溶液 pH=5.00
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滴加1ml 1mol·L-1HCl 滴加1ml 1mol·L-1NaOH