酸碱缓冲溶液(精)
缓冲溶液
畜牧兽医学院动物医学二班杨玉莹81120625缓冲溶液很多化学反应，必须严格控制在一定的pH范围才能顺利进行。
酸碱缓冲溶液能有效地控制溶液保持一定的pH,故其具有十分重要的应用价值。
具有抵抗加入的少量酸，碱或适量的稀释作用而保持pH基本不变能力的溶液称为酸碱缓冲溶液。
在pH为3—12范围内，最重要的缓冲溶液由1对或多对共轭酸碱组成，如HAc/Ac-混合溶液，H2CO3/HCO3-混合溶液，HCO3- /CO3 2-混合溶液，NH3/NH4+混合溶液，H2PO4- /HPO3 2-混合溶液等，均具有酸碱缓冲作用。
缓冲溶液的缓冲能力是有一定限度的，只有在加入少量强酸碱后，共轭酸碱对的浓度比不甚改变时，溶液的pH才能基本保持不变。
显然，适当提高共轭酸碱对的浓度可提高缓冲溶液的缓冲能力。
但浓度过高时可能对化学反应造成不利的影响，且浪费试剂。
当共轭酸碱的总浓度一定时，二者浓度的比值为1:1时溶液的缓冲能力最强。
下面为几种缓冲溶液的例子及应用缓冲溶液的：1.人体尿液中的缓冲溶液：生物体是以水为基础的系统，细胞和各种生物组织都必须具有保持一定pH的能力，其重要原因之一是各种酶都要在一定的pH条件下才具有催化生化反应的活性。
酶是蛋白质大分子，其中常含有可给出质子的酸性集团和可给出质子的碱性集团，例如，在细胞质，细胞液中，含有磷酸缓冲对，控制其pH保持在6.8左右，尿液也主要因磷酸缓冲对的作用而保持在6.3左右。
缓冲对：H2PO4- /HPO3 2- ; H2CO3/HCO3-缓冲原理：H2PO4- + OH- =HPO4 2-HPO4 2- + H+ = H2PO4-2.血液中的缓冲溶液：正常人血浆的PH值相当恒定。
血液所以具有缓冲作用，是因为血液是一种很好的缓冲溶液。
血液中存在很多缓冲系！在这些缓冲系中，碳酸氢盐缓冲系（HCO3-/H2CO3）在血液中浓度很高，对维持血液正常PH值的作用很重要。
其次红细胞中的血红蛋白和氧合血红蛋白缓冲系也很重要。
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。
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。
缓冲溶液的配制与pH值的测定(精)
一、实验目的
(1)了解缓冲溶液的配制原理及缓冲溶液的性质； (2)掌握溶液配制的基本实验方法，学习pH计的使 用方法
二、 实验原理
(1) 基本概念：在一定程度上能抵抗外加少量酸、碱或 稀释，而保持溶液pH值基本不变的作用称为缓冲作用。 具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。
(2)缓冲溶液组成及计算公式：缓冲溶液一般是由共 轭酸碱对组成的，例如弱酸和弱酸盐，或弱碱和弱 碱盐。 如果缓冲溶液由弱酸和弱酸盐 (例如HAc-NaAc)组成， 则
实验号理论ph各组分的体积ml总体积50ml精密ph试纸测定ph测定ph4001moll1hac01moll1naac7001moll1nah01moll1na10001moll1nh01moll1nhcl实验号溶液类别phhcl溶液naoh溶液ph40的缓冲溶液ph70的缓冲溶液ph100的缓冲溶液缓冲溶液的缓冲容量缓冲容量与缓冲组分浓度的关系hac3mlhac3ml浓度均为01moll1精密ph试纸两滴甲基红溶液甲基红在ph42呈红色ph63呈黄色记录两试管18ml01moll1naoh精密ph试纸说明哪一试管中缓冲溶液的缓冲容量大
cH+ ≈KaHAclg cc—sa
pH＝pKa－lg
ca cs
(3)缓冲溶液性质：
a. 抗酸/碱, 抗稀释作用: 因为缓冲溶液中具有抗 酸成分和抗碱成分，所以加入少量强酸或强碱， 其pH值基本上是不变的。稀释缓冲溶液时，酸 和碱的浓度比值不改变，适当稀释不影响其pH 值。
b. 缓冲容量: 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小 的尺度。缓冲容量的大小与缓冲组分浓度和缓冲组 分的比值有关。缓冲组分浓度越大，缓冲容量越大；
0.1mol·L-1 NH3·H2O
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一、缓冲溶液pH的计算
(一) 一般缓冲溶液 现以一元弱酸及其共轭碱缓冲体系为例来讨论。 设弱酸(HA)的浓度为ca mol·L-1 ，共轭碱(NaA)的 浓度为cb mol·L-1。 对HA-H2O而言 PBE: [H+]=[OH-]+[A-] 则 [HA]=ca-[A-]= ca-[H+] +[OH-] 对A--H2O而言 PBE： [H+]+[HA]=[OH-] 则 [A-]= cb-[HA]=cb+[H+] -[OH-] 将上二式代入： Ka=[H+][A-]/[HA] 得：[H+]= Ka[HA]/[A-] [H+]= Ka(ca-[H+]+[OH-])/(cb+[H+]-[OH-])
5-4 酸碱缓冲溶液
缓冲溶液是指对体系的某种组分或性质起稳定 作用的溶液。酸碱缓冲溶液对溶液的酸度起稳定的 作用。 酸碱缓冲溶液在分析化学中的应用是多方面的， 就其作用可分为两类：一类是用于控制溶液酸度的 一般酸碱缓冲溶液，这类缓冲溶液大多是由一定浓 度的共轭酸碱对所组成。另一类是标准酸碱缓冲溶 液，它是由规定浓度的某些逐级离解常数相差较小 的单一两性物质，或由不同型体的两性物质所组成。
2
2
0.050
二、缓冲容量和缓冲范围
缓冲溶液是一种能对溶液酸度起稳定 ( 缓冲 ) 作 用的溶液，如果向溶液加入少量强酸或强碱，或者 将其稍加稀释时，缓冲溶液能使溶液的 pH 值基本 上保持不变。也就是说， 缓冲溶液只能在加入一定 数量的酸碱，才能保持溶液的pH基本保持不变。 1922年范斯莱克提出以缓冲容量作为衡量溶液 缓冲能力的尺度。其定义可用数学式表示为： β＝db/dpH =-da/dpH
2
I
pH pK
' a2
lg
aHPO2
4
aH
7.20 lg
HPO
2 PO4
H
2 4
6.88
2 PO4
例 2 考虑离子强度的影响，计算 0.05 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。 c c 解：根据两性物质最简式可得 [ H ] K a1 K a 2 式中酸常数为浓度常数。考虑离子强度影响，浓度 常数与活度常数的关系为：
例 １考虑 离子强 度的影 响 ，计 算 0.025mol·L-1 Na2HPO4—0.025 mol·L-KH2PO4缓冲溶液的 pH值。 解： I=0.10 mol/L
lg H
2 PO4
0.50Z ( 0.30 I ) 0.10 1 I
2
I
lg HPO2 0.50Z ( 0.30 I ) 0.42 4 1 I
H HP 故： 于是：
K
c a1
K a1
HP K a 2 K H P
c a2
2
故：
aH H [H ]
K a1 K a 2
P
2
I=1/2（0.050×12+0.050×12）=0.050 mol/L
lg P 2 0.50 2 ( 0.30 0.050) 0.34 1 0.050 于是： pH lg a 1 ( pK pK lg ) a1 a2 H P 2 1 (2.95 5.41 0.34) 4.01 2
上式是计算一元弱酸及其共轭碱或一元弱碱及 其共轭酸缓冲体系 pH 值的通式，即精确公式。上 式展开后是一个含 [H+]的三次方程式，在一般情况 下使用时常作近似处理。 1.如果缓冲体系是在酸性范围内（ pH＜6）起 缓冲作用(如HAc-NaAc等)，溶液中[H+]>>[OH-]。 则 [H+]= (ca-[H+])/(cb+[H+])Ka 或 pH=pKa+lg(cb+[H+])/(ca-[H+]) 2.如果缓冲体系是在碱性范围内（ pH＞ 8）起 缓冲作用(如NH3-NH4Cl等)，溶液中[OH-] >>[H+]可 忽略[H+]，则 [H+]= Ka’(ca+[OH-])/(cb-[OH-]) 或 pH=pKa’ +lg(cb-[OH-])/(ca+[OH-])
β- 缓 冲 容 量 ;db 、 da- 强 碱 和 强 酸 的 物 质 的 量 ;dpH-pH改变值。公式的物理意义：为使缓冲溶 液的 pH 值增加（或减小） 1 个单位所需加入强碱 （酸）的物质的量。 β越大，溶液的缓冲能力越大。可以证明： β=2.3cδHAδA-=2.3cδHA(1-δHA) βmax=2.3×0.5 ×0.5c=0.575c 缓冲容量的影响因素： 缓冲容量的大小与缓冲 溶液的总浓度及组分比有关。总浓度愈大，缓冲容 量愈大；总浓度一定时，缓冲组分的浓度比愈接于 1:1，缓冲容量愈大。
若不考虑离子强度的影响，按一般方法计算则 得： pH=pKa2+lgcb/ca=7.20+lg0.025/0.025=7.20 此计算结果与实验值相差较大。在标准缓冲溶 液 pH 值的理论计算中，必须校正离于强度的影响。 即以物质的活度代入公式进行计算。 a=γc γ-活度系数 对于c≤0.1 mol·L-1的稀电解质溶液； ㏒γ=-0.50Z2[I1/2/(1+I1/2)-0.30I] I——离子强度，其定义为： I=(c1Z12+c2Z22+…cnZn2)/2 溶液的Ｉ越大， γ 值越小，离子活度与浓度之 间的差值越大。当γ→１时，a≈c。
3.若ca、cb远较溶液中［H+］和［OH-］大时， 既可忽略水的离解，又可在考虑总浓度时忽略弱酸 和共轭碱（或弱碱与共轭酸）的离解 [H+]= Ka·ca/cb pH=pKa+lgcb/ca (二) 标准缓冲溶液 前面曾讲到，标准缓冲游液的pH值是经过实验 准确地确定的，即测得的是 H+ 的活度。因此，若用 有关公式进行理论计算时，应该校正离子强度的影 响，否则理论计算值与实验值不相符。例如由 0.025 mol·L-1Na2HPO4和0.025 mol·L-1 KH2PO4所组成的 Βιβλιοθήκη 冲溶液，经精确测定，pH值为6.86。