缓冲溶液教学教案.

缓冲溶液教学教案

【引言】：血液pH 范围为7.35 ~ 7.45，不因代谢过程中产生酸、碱性物质而变化，血液是缓冲溶液，缓冲溶液如何维持pH 不变。

一、缓冲溶液的组成及作用机理

（一）缓冲溶液的组成

HAc — NaAc 加少量HCl 、NaOH 、ΔpH 很小

缓冲溶液：能抵抗外加少量强酸或强碱，而维持pH 基本不发生变化的溶液。

缓冲作用：缓冲溶液所具有的抵抗外加少量强酸或强碱的作用。

缓冲溶液的组成：足够浓度的共轭酸碱对（缓冲对）

由足够浓度的共轭酸碱对组成的缓冲溶液，所起作用是抗酸、抗碱，如何抗得。

（二）缓冲作用机理

以HAc — NaAc 为例 HAc 、NaAc 足量

HAc + H 2O H 3O + + Ac -

+

左移 H 3O +

抗酸成分

+

抗碱成分 右移 OH -

2H 2O

共轭酸 — 抗碱成分 共轭碱 — 抗酸成分

【小结】：机理三要点:方程（酸解离）,平衡移动方向，抗酸、碱成分

NH 4+ — NH 3 缓冲系、抗碱成分 NH 4+

缓冲作用 0.1mol ?L -1 HAc —NaAc

0.1mol ?L -1 HCl 、NaOH

浓度大，少量酸、碱，浓度几乎不变

二、缓冲溶液pH 的计算

（一）公式推导

HA — NaA C （HA ） C （A -）

HA + H 2O H 3O + + A

-

C （HA ）- Ceq(H 3O +) Ceq(H 3O +) C （A -）+ Ceq(H 3O +

)

≈C （HA ） ≈C （A -）

Ka θ（HA ）=θθθ

C HA C C A C C O H Ceq /]

/][/[3）（）（）（-+

Ceq(H 3O +)/C θ=)()

()(-A C HA C HA Ka θ

pH=)()

(lg )(HA C A C HA pKa -

+θ

)()

(HA C A C -—缓冲比r ，C 为缓冲液，不是混合前

p Ka θ： HAc- NaAc p Ka θ（HAc ）、NH 4Cl-NH 3 p Ka θ（NH 4+）、H 2PO 4- - HPO 42-

p Ka θ2（H 3PO 4）

（二）其他形式 pH==+-V HA n V

A n HA pKa /)(/)(lg )(θ)()

(lg )(HA n A n HA pKa -+θ

当C （HA ）=C （A -） pH==+--)()()()(lg )(HA V HA C A V A C HA pKa θ)()

(lg )(HA V A V HA pKa -+θ

【小结】：决定缓冲溶液pH 的主要因素有：p Ka θ（HA ）和r

（三）应用

书P 101例5-8 25℃时，在1.0LHAc-NaAc 缓冲溶液中含有0.10mol HAc 和0.20mol NaAc 。

（1）计算此缓冲溶液的pH ；

（2）向100mL 该缓冲溶液中加入10mL 0.10 mol ?L -1 HCl 溶液后，计算缓冲溶液的pH ；

（3）向100mL 该缓冲溶液中加入10mL 0.10 mol ?L -1 NaOH 溶液后，计算缓冲溶液的pH ；

（4）向100mL 该缓冲溶液中加入1L 水稀释后，计算缓冲溶液的pH 。Ka θ（HAc ）=1.8?10-5 解：(1)pH=10.020

.0lg 108.1lg 5+?--=5.05 (2)pH=10.0010.010010

.0010.0100lg 108.1lg 1000

10.0100020

.05?+??-?+?--=4.98 (3)pH=10

.0010.010010

.0010.0100lg 108.1lg 100010.0100020

.

05?-??+?+?--=5.11 (4) pH=10.020

.0lg 108.1lg 5+?--=5.05

三、缓冲容量和缓冲区间

（一）缓冲容量β

定量表示缓冲溶液的缓冲能力

1、定义 VdpH dna

VdpH dnb

-==β

单位体积的缓冲溶液的pH 增大或减小1时，所需加入强酸或强碱的物质的量

单位: mol ?L -1

β↑ 缓冲能力↑

2、影响β的因素

)]()([)1(3.22-+?+?=A C HA C r r

β

C(HA)+C(A -)=C 总 )()

(HA C A C r -=缓冲比 【小结】：(1) C 总 r 定 C 总↑ β↑

(2) r C 总定 r=1 β最大

)]()([43

.2max -+?=A C HA C β

r 远离1 β↓

书P 103例5-9 计算下列缓冲溶液的缓冲容量：

(1)0.10mol ?L -1 HAc —0.10mol ?L -1 NaAc 溶液；

（2）0.010mol ?L -1 HAc —0.010mol ?L -1 NaAc 溶液；

（3）0.050mol ?L -1 HAc —0.15mol ?L -1 NaAc 溶液。

解：（1）β1=)10.010.0()1(3.2210.010

.010

.0+?+?=0.12(mol ?L -1)

(2)β2=)010.0010.0()1(3.22010.0010

.0010

.0+?+?=0.012(mol ?L -1)

(3)β3=)15.0050.0()

1(3.22050.015.0050

.015

.0+?+?=0.086(mol ?L -1)

缓冲液有缓冲作用除了要有足够浓度的缓冲对，还要适当缓冲比，缓冲比为多少无缓冲作用。

（二）缓冲区间

r 远离1,β↓

r<0.1 无缓冲作用 pH= p Ka θ-1

r>10 pH= p Ka θ+1

缓冲区间：缓冲溶液能发挥缓冲作用的pH 范围

pH=p Ka θ（HA ）±1

HAc —NaAc p Ka θ（HAc ）=4.74 pH=3.74~5.74

NH 4Cl —NH 3 p Kb θ（NH 3）=4.74 pH=8.26~10.26

H 2PO 4-—HPO 42-

p Ka θ2（H 3PO 4）=7.21 pH=6.21~8.21

四、缓冲溶液的选择与配制

为了有足够的β，必须满足下列原则和步骤:

（1）选择合适的缓冲对 p Ka θ（HA ）与pH 接近，r 接近1

（2）适当的总浓度 0.05 ~0.2 mol ?L -1

C(HA)=C(A -)=0.10 mol ?L -1

(3)计算所需缓冲对的量

(4)校正 (pH 计)

书P 105 例5-10 用浓度均为0.10 mol ?L -1的弱酸和其共轭碱溶液配制100ml pH 为5.00的缓冲溶液。可供选择的试剂有：(1)NH 4Cl —NH 3 p Kb θ（NH 3）=4.74

(2)NaH 2PO 4—Na 2HPO 4 p Ka θ2(H 3PO 4)=7.21

(3)HAc —NaAc p Ka θ(HAc)=4.74

解：选HAc —NaAc 5.00=)

(100)(lg 74.4NaAc V NaAc V -+ V(NaAc)=64.5(mL)

V(HAc)=100-64.5 =35.5(mL)

取0.10 mol ?L -1 HAc 和NaAc 各35.5mL 和64.5mL 混合。

五、缓冲溶液在医学上的意义

血液 pH=7.35~7.45 代谢物质pH 不变

1、组成

NaHCO 3—H 2CO 3 ，Na 2HPO 4—KH 2PO 4，Na 蛋白质—H 蛋白质 能力最大

2、缓冲机理

Ka θ1

CO 2（溶解）+2H 2O H 3O + + HCO 3-

+

CO 2（g ）（肺） H 3O + 肾

抗碱成分 + 抗酸成分

OH -

2H 2O

【例题分析】：3. pH 计算

例 已知正常血液中HCO 3-—CO 2（溶解）的pKa θ'1（H 2CO 3）=6.10（6.35），C （HCO 3-）=0.024 mol ?L -1、C （CO 2溶）=0.0012 mol ?L -1，求血液的pH 。

解：pH=6.10+lg

0012

.0024.0=6.10+lg20=7.40 讨论：体外缓冲比101~10 体内缓冲比20

4、人体调节作用

CO 2—HCO 3- CO 2↑HCO 3-↓ CO 2↓HCO 3-↑ 肺 抗酸 加快吐出 CO 2 抗碱 减慢呼出CO 2 肾 减少排泄HCO 3- 加速排泄HCO 3- 肺部换气不足（CO 2吐出慢）引起酸中毒