1、第四章第四章 電解質(zhì)溶液與緩沖溶液電解質(zhì)溶液與緩沖溶液 講師：講師： 第二軍醫(yī)大學第二軍醫(yī)大學學習目標 會區(qū)分強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。知道弱電解質(zhì)電離會區(qū)分強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。知道弱電解質(zhì)電離 平衡概念平衡概念 能說出能說出pHpH與溶液酸堿性的關(guān)系，能進行有關(guān)基本與溶液酸堿性的關(guān)系，能進行有關(guān)基本 計算計算 知道酸堿質(zhì)子理論知道酸堿質(zhì)子理論 知道緩沖溶液的組成，了解緩沖溶液的原理，能知道緩沖溶液的組成，了解緩沖溶液的原理，能 進行緩沖溶液進行緩沖溶液pHpH的基本計算，了解緩沖溶液在醫(yī)的基本計算，了解緩沖溶液在醫(yī) 學上的意義學上的意義第一節(jié)第一節(jié) 弱電解質(zhì)的電離平衡弱電解質(zhì)的電離平衡 一、強電解

2、質(zhì)和弱電解質(zhì)一、強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)（一）（一） 強電解質(zhì)強電解質(zhì) （二） 弱電解質(zhì)概念：凡是在水溶液中只能部分電離成離子的電解質(zhì)稱概念：凡是在水溶液中只能部分電離成離子的電解質(zhì)稱 為弱電解質(zhì)。電離方程式用為弱電解質(zhì)。電離方程式用“ ”“ ”表示弱電表示弱電 解質(zhì)電離的可逆性、雙向性。例如：解質(zhì)電離的可逆性、雙向性。例如： 醋酸：醋酸： CHCH3 3COOH HCOOH H+ + + CH + CH3 3COOCOO 氨水：氨水： NHNH3 3HH2 2O NHO NH4 4 + +OH+ +OH 如果弱電解質(zhì)是多元弱酸，則它們的電離是分步如果弱電解質(zhì)是多元弱酸，則它們的電離是分步 進行的，

3、如碳酸的電離過程：進行的，如碳酸的電離過程： 第一步電離第一步電離 H H2 2COCO3 3 H H+ + +HCO +HCO3 3 第二步電離第二步電離 HCOHCO3 3 H H+ + + CO + CO3 32 2 二、電離平衡和電離度（一）（一）電離平衡電離平衡概念：概念：在一定條件下，當弱電解質(zhì)分子電離成離子的速率和離子重新結(jié)在一定條件下，當弱電解質(zhì)分子電離成離子的速率和離子重新結(jié) 合成弱電解質(zhì)分子的速率相等時，電離過程即達到動態(tài)平衡，稱合成弱電解質(zhì)分子的速率相等時，電離過程即達到動態(tài)平衡，稱 為弱電解質(zhì)的電離平衡。電離平衡是動態(tài)平衡。為弱電解質(zhì)的電離平衡。電離平衡是動態(tài)平衡。 （

4、二）電離常數(shù)（二）電離常數(shù)概念：電離平衡時，已解離的各離子濃度冪概念：電離平衡時，已解離的各離子濃度冪次方乘積與未次方乘積與未 解離的分子濃度的比值是一常數(shù)。解離的分子濃度的比值是一常數(shù)。例如，醋酸的電離平衡和電離常數(shù)可表示例如，醋酸的電離平衡和電離常數(shù)可表示如下：如下：KiKi為電離常數(shù)。為電離常數(shù)。KiKi 的大小可表示弱電解質(zhì)的大小可表示弱電解質(zhì)（弱酸，弱堿等（弱酸，弱堿等）在水溶液中電離成離子的程度，在水溶液中電離成離子的程度，KiKi 越小，則越小，則電離程度越小。電離程度越小。HAcAcHAcHHAciK常用常用K Ka a表示表示弱酸的電離常數(shù)，弱酸的電離常數(shù)，K Kb b表示表

5、示弱堿的電弱堿的電離常數(shù)。離常數(shù)。KiKi與弱與弱電解質(zhì)的本性及溫度有關(guān)，而與濃度無關(guān)。電解質(zhì)的本性及溫度有關(guān)，而與濃度無關(guān)。一些弱酸和弱堿的電離常數(shù)如表一些弱酸和弱堿的電離常數(shù)如表4-14-1所示：所示：（表（表中中K Ka1a1、 K Ka2a2 、 K Ka3a3分別是多元弱酸的一級電離常數(shù)、二級電離分別是多元弱酸的一級電離常數(shù)、二級電離常數(shù)、三級電離常數(shù)、三級電離常數(shù)。）常數(shù)。）表表4-1 4-1 一些弱酸和弱堿的電離常數(shù)（一些弱酸和弱堿的電離常數(shù)（25250 0C C） （三）電離度概念：在一定溫度下，弱電解質(zhì)在水溶液中達到電離平衡時，概念：在一定溫度下，弱電解質(zhì)在水溶液中達到電離平

6、衡時， 已電離的弱電解質(zhì)分子數(shù)已電離的弱電解質(zhì)分子數(shù)占電離前該弱電解質(zhì)分子總數(shù)占電離前該弱電解質(zhì)分子總數(shù) 的百分數(shù)。的百分數(shù)。用符號用符號表示。表示。%100a已解離的分子數(shù)已解離的分子數(shù)分子總數(shù)分子總數(shù)三、同離子效應概念：在弱電解質(zhì)溶液中，加入一種與弱電解質(zhì)含有相同概念：在弱電解質(zhì)溶液中，加入一種與弱電解質(zhì)含有相同 離子的強電解質(zhì)時，可使弱電解質(zhì)的解離度降低。離子的強電解質(zhì)時，可使弱電解質(zhì)的解離度降低。例如：在例如：在HAcHAc 溶液中，若加入少量含有相同離溶液中，若加入少量含有相同離子的強電解質(zhì)子的強電解質(zhì)NaAcNaAc。HAc H+Ac-NaAcNa+Ac-第二節(jié) 酸堿質(zhì)子理論酸堿質(zhì)

7、子理論認為：凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸，凡能接受酸堿質(zhì)子理論認為：凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸，凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)都是堿，酸是質(zhì)子的給體，堿是質(zhì)子的接受體。質(zhì)子的物質(zhì)都是堿，酸是質(zhì)子的給體，堿是質(zhì)子的接受體。 一、酸堿的定義酸 H+ + 堿HCl H+ + ClHAcH+ + AcH2CO3H+ + HCO3HCO3H+ + CO32H+ + NH3NH4+H3OH+ + H2OH2OH+ + OH+（1 1）上述關(guān)系式又稱酸堿的共軛關(guān)系，酸失去質(zhì)子后即成為其）上述關(guān)系式又稱酸堿的共軛關(guān)系，酸失去質(zhì)子后即成為其共軛堿，堿得到質(zhì)子后即成為其共軛酸。共軛堿，堿得到質(zhì)子后即成為其共軛酸。（2 2）酸和堿可

8、以是中性分子，也可以是陽離子或陰離子。）酸和堿可以是中性分子，也可以是陽離子或陰離子。（3 3）有些物質(zhì)既可以作為酸給出質(zhì)子，又可以作為堿接受質(zhì)子，）有些物質(zhì)既可以作為酸給出質(zhì)子，又可以作為堿接受質(zhì)子，如：如：H H2 2O,HCOO,HCO3 3- -這些物質(zhì)稱為兩性物質(zhì)。這些物質(zhì)稱為兩性物質(zhì)。 （4 4）在質(zhì)子理論中沒有鹽的概念。）在質(zhì)子理論中沒有鹽的概念。（5 5）酸堿質(zhì)子理論體現(xiàn)了酸和堿的關(guān)系：相互依存、相互轉(zhuǎn)化。）酸堿質(zhì)子理論體現(xiàn)了酸和堿的關(guān)系：相互依存、相互轉(zhuǎn)化。而且酸越強，其共軛堿就越弱，反之亦然。而且酸越強，其共軛堿就越弱，反之亦然。二、酸堿反應的實質(zhì)二、酸堿反應的實質(zhì)1212

9、ABBA+H酸堿反應的實質(zhì)是兩對共軛酸堿對之間的質(zhì)子傳遞：酸堿反應的實質(zhì)是兩對共軛酸堿對之間的質(zhì)子傳遞：酸酸1 + 1 + 堿堿2 2 堿堿1 + 1 + 酸酸2 2酸堿反應是較強的酸與較強的堿作用，生成較弱的堿和較酸堿反應是較強的酸與較強的堿作用，生成較弱的堿和較弱的酸的過程：弱的酸的過程：較強酸較強酸 + + 較強堿較強堿 = = 較弱堿較弱堿 + + 較弱酸較弱酸第三節(jié)第三節(jié) 溶液的酸堿性溶液的酸堿性一、水的電離一、水的電離（一）水的質(zhì)子自遞反應：OHOHOHOH223K質(zhì)子自遞反應：發(fā)生在同種溶劑分子之間的質(zhì)子傳遞作用。質(zhì)子自遞反應：發(fā)生在同種溶劑分子之間的質(zhì)子傳遞作用。水的質(zhì)子自遞反

10、應可表示如下：水的質(zhì)子自遞反應可表示如下：在一定溫度下水的質(zhì)子自遞反應（也稱水的電在一定溫度下水的質(zhì)子自遞反應（也稱水的電離反應）達到離反應）達到平衡時，平衡時，OHOHOHOH322式中的式中的HH2 2OO可看成是一常數(shù)，將它與可看成是一常數(shù)，將它與K K合并，得：合并，得： w223OHKOHOHKK Kw w：水的離子積常數(shù)。：水的離子積常數(shù)。在一定溫度下，純水中在一定溫度下，純水中H H3 3O O+ + 離子的平衡濃度與離子的平衡濃度與OHOH- -離子的平離子的平衡濃度的乘積為一定值（室溫下一般為衡濃度的乘積為一定值（室溫下一般為Kw =1.0 X 10=1.0 X 10-14-

11、14）此關(guān)系也適用于任何水溶液。此關(guān)系也適用于任何水溶液。（二）共軛酸堿對的Ka與kb的關(guān)系現(xiàn)以共軛酸堿對現(xiàn)以共軛酸堿對HB-BHB-B- -為例進行推導。共軛酸堿對為例進行推導。共軛酸堿對HB-BHB-B- - 在在溶液中存在如下質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應：溶液中存在如下質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應：達到平衡時達到平衡時BOHHBHBBOH3baKK以上兩式相乘得：以上兩式相乘得：wbaKKK共軛酸堿對中的弱酸的共軛酸堿對中的弱酸的K Ka a，與其共軛堿的與其共軛堿的K Kb b的乘積等于的乘積等于K Kw wOHHBOHBBOHOHHB232二、溶液的酸堿性和二、溶液的酸堿性和pH pH （一一）酸堿性與酸堿性與HH

12、+ + 的關(guān)系的關(guān)系常溫時溶液的酸堿性與常溫時溶液的酸堿性與HH+ + 和和OHOH 的關(guān)系為：的關(guān)系為：中性溶液中性溶液 HH+ +=OH=OH=1=110107 7mol/Lmol/L酸性溶液酸性溶液 HH+ +1110107 7 mol/L OH mol/L OH 堿性溶液堿性溶液 HH+ +1110107 7 mol/L OH mol/L OH （二二） pHpH對于對于H H+ + 離子濃度很低的溶液，常用離子濃度很低的溶液，常用pHpH（即氫即氫離子濃度的負對離子濃度的負對數(shù)值）來表示溶液的酸堿性。數(shù)值）來表示溶液的酸堿性。 pH=lgH+7pH 7pH 7pH 中性溶液中中性溶液

13、中 酸性溶液中酸性溶液中 堿性溶液中堿性溶液中 1.1.一元弱酸一元弱酸pHpH計算計算: :以以HBHB表示弱酸，表示弱酸，HBHB起始濃度設(shè)為起始濃度設(shè)為c c。平衡濃平衡濃度：度：OHc3OH3BOHcOHHBBOH3233aKBOHOHHB32cKOHcOHca33通常通常waKcK20一元弱酸溶液一元弱酸溶液 的最簡計算公式，滿足的兩個的最簡計算公式，滿足的兩個條件是，條件是， 和和 。OH3waKcK20500/aKc能力拓展請同學們思考一下怎樣計算一元弱堿溶液的請同學們思考一下怎樣計算一元弱堿溶液的pHpH？例例4-14-1計算計算298298K K時，時，0.100.10mol

14、.L-1HAcmol.L-1HAc溶液的溶液的pHpH。解：已知解：已知500101.760.10kc,20K0.10101.76cK101.76KL0.10moIc5aw5a5a1計算：計算：92.8)10(1.3lgOHlgpH)L(moI101.300.1101.76cOH33135a3K例例4-24-2計算計算298298k k時時0.100.10mol.L-1NaAcmol.L-1NaAc溶液的溶液的pHpH值。值。解：解：AcNaNaAcOHHAcOHAc25001068. 510. 02010. 01068. 51068. 51076. 11000. 1101610514HAcb

15、wbwbkckckKKk用最簡公式計算：用最簡公式計算：8.885.1214.00pH5.12)10lg(7.5OHlgpOH)(moI.L107.50.10105.68cOH61610bk（三三） 酸堿指示劑酸堿指示劑以酚酞為例討論指示劑的變色原理。以以酚酞為例討論指示劑的變色原理。以HInHIn代表酚酞指示劑的代表酚酞指示劑的酸式（無色），酸式（無色），InIn代表酚酞指示劑的堿式（紅色），則酚酞代表酚酞指示劑的堿式（紅色），則酚酞在水溶液中的電離平衡可表示為：在水溶液中的電離平衡可表示為： HInHIn H H+ + + In+ In酚酞酸式酚酞酸式 酚酞堿式酚酞堿式無色無色 紅色紅色

16、由于酚酞的酸式是無色的，所以在酸性溶液中不顯色，由于酚酞的酸式是無色的，所以在酸性溶液中不顯色，但在溶液中加入堿時，平衡向右移動，當溶液中堿式但在溶液中加入堿時，平衡向右移動，當溶液中堿式InIn增加到一定濃度時，溶液即顯紅色。增加到一定濃度時，溶液即顯紅色。 指示劑由一種顏色過渡到另一種顏色時溶液指示劑由一種顏色過渡到另一種顏色時溶液pHpH的變化的變化范圍，稱為指示劑的變色范圍。其變色范圍為：范圍，稱為指示劑的變色范圍。其變色范圍為：pH=pKpH=pKHInHIn1 1。從上式可知，當從上式可知，當pHpKpHpKHInHIn1 1時，時， 呈酸式色呈酸式色 當當pHpKpHpKHInH

17、In1 1時，時， 呈堿式色呈堿式色 當當pH=pH=pKpKHInHIn時，觀察到的是指示劑的中間色，即兩種顏色時，觀察到的是指示劑的中間色，即兩種顏色的混合色。此時是指示劑變色最靈敏的一點，此時的混合色。此時是指示劑變色最靈敏的一點，此時pHpH叫指示叫指示劑的理論變色點。劑的理論變色點。第四節(jié)第四節(jié) 緩沖溶液緩沖溶液 一、緩沖溶液的組成及緩沖作用實驗：樣品實驗：樣品1 1，40ml 0.10molL40ml 0.10molL-1-1NaClNaCl溶液溶液 樣品樣品2, 40ml2, 40ml含含HAcHAc和和NaAcNaAc均為均為0.10molL0.10molL-1-1的溶液的溶液

18、操作：加入合適指示劑，分別加入操作：加入合適指示劑，分別加入0.010mol0.010mol強酸強酸（HClHCl）觀察現(xiàn)象：觀察現(xiàn)象：pHpH值的變化值的變化 0.10 molL-1 NaCl溶液NaCl溶液中加入0.010 molL-1 HCl 一滴，溶液的pH由7變?yōu)?，改變了5個pH單位。0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液溶液中加入0.010 molL-1 HCl一滴，溶液的pH由4.75變?yōu)?.74，改變僅0.01pH單位。結(jié)論：結(jié)論：HAcHAc和和NaAcNaAc混合溶液有抵抗外

19、來少量強酸、混合溶液有抵抗外來少量強酸、 強堿而保持強堿而保持pHpH值基本不變的能力。值基本不變的能力。緩沖作用：溶液具有抵抗外來緩沖作用：溶液具有抵抗外來少量少量強酸、強酸、強堿或適當稀強堿或適當稀釋，而保持其釋，而保持其pHpH值值幾乎不變幾乎不變的作用。的作用。 緩沖溶液：具有緩沖作用的溶液。緩沖溶液：具有緩沖作用的溶液。組成：緩沖對（緩沖系）組成：緩沖對（緩沖系）抗酸成分抗酸成分抗堿成分抗堿成分 1. 1.弱酸及其共軛堿弱酸及其共軛堿 抗堿成分抗堿成分 抗酸成分抗酸成分 HAcHAc - - NaAcNaAc NaHCO NaHCO3 3 - Na- Na2 2COCO3 3 NaH

20、 NaH2 2POPO4 4 - Na- Na2 2HPOHPO4 4 H H2 2C C8 8H H4 4O O4 4 - KHC- KHC8 8H H4 4O O4 4 ( (鄰苯二甲酸鄰苯二甲酸) ) （鄰苯二甲酸氫鉀）（鄰苯二甲酸氫鉀） 緩沖溶液的組成緩沖溶液的組成: :2.2.弱堿及其共軛酸弱堿及其共軛酸 抗酸成分抗酸成分 抗堿成分抗堿成分 NHNH3 3HH2 2O - NHO - NH4 4ClCl CH CH3 3NHNH2 2 - CH- CH3 3NHNH3 3+ +ClCl- - ( (甲胺甲胺) ) （鹽酸甲胺）（鹽酸甲胺） 二、緩沖作用原理二、緩沖作用原理HAcHAc

21、NaAcNaAc HAc HAcH H2 2O O H H3 3O O+ +Ac+Ac- - NaAcNaAc Na Na+ + +Ac+Ac- - 當在該溶液中加入少量強酸時，當在該溶液中加入少量強酸時， H H+ + Ac Ac- - HAcHAc 當溶液中加入少量強堿時，當溶液中加入少量強堿時， OH OH- -+ + HAcHAc 2H2H2 2O O Ac- Ac- NaAcNaAc為抗酸成分為抗酸成分HAcHAc為抗堿成分為抗堿成分由于緩沖溶液中同時含有較大量的抗堿成分和由于緩沖溶液中同時含有較大量的抗堿成分和抗酸成分，它們通過弱酸解離平衡的移動以達抗酸成分，它們通過弱酸解離平衡的

22、移動以達到消耗掉外來的少量強酸、強堿，或?qū)股约拥较牡敉鈦淼纳倭繌娝?、強堿，或?qū)股约酉♂尩淖饔?，使溶液稀釋的作用，使溶液H H+ +離子或離子或OHOH- -離子濃度未有離子濃度未有明顯的變化，因此具有緩沖作用。明顯的變化，因此具有緩沖作用。三、緩沖溶液三、緩沖溶液pHpH值的計算值的計算pHpH緩沖對的性質(zhì)緩沖對的性質(zhì)濃度濃度共軛酸堿對間的質(zhì)子傳遞平衡可用通式表示如下：共軛酸堿對間的質(zhì)子傳遞平衡可用通式表示如下： HB+H HB+H2 2O O H H3 3O O+ +B+B- -式中式中HBHB表示共軛酸，表示共軛酸，B B- -表示共軛堿。表示共軛堿。 lgpHBBlgppHaaKK

23、共軛堿共軛酸75. 4p)Lmol(10. 0220. 0Ac)Lmol(05. 0210. 0HAc11Ka代入公式，得代入公式，得05. 53 . 075. 40.050.10lg4.75pH解：解：四、緩沖容量與緩沖溶液的配制1 1. .選擇適當?shù)木彌_對，使所選緩沖對中共軛選擇適當?shù)木彌_對，使所選緩沖對中共軛酸的酸的pKapKa 與欲配制的緩沖溶液的與欲配制的緩沖溶液的pHpH值盡可值盡可能相等或接近，偏離的數(shù)值不應超過緩沖能相等或接近，偏離的數(shù)值不應超過緩沖溶液的緩沖范圍。溶液的緩沖范圍。2 2. .要有適當?shù)臐舛?，要有適當?shù)臐舛龋瑸榱吮ＷC緩沖溶液中有足夠的抗酸為了保證緩沖溶液中有足夠

24、的抗酸成分和抗堿成分，一般所需弱酸和共軛堿等緩沖對的成分和抗堿成分，一般所需弱酸和共軛堿等緩沖對的總濃度范圍在總濃度范圍在0.05mol/L0.5 mol/L0.05mol/L0.5 mol/L之間為好之間為好 。3.3.按照計算出的結(jié)果配制緩沖溶液，為計算方便，常采按照計算出的結(jié)果配制緩沖溶液，為計算方便，常采用相同濃度的共軛酸和共軛堿用相同濃度的共軛酸和共軛堿 五、緩沖溶液在醫(yī)學中的意義1.1.血液中的緩沖系血液中的緩沖系血液中的緩沖對主要有：血液中的緩沖對主要有：血漿：血漿：細胞：細胞：424223323PONaHHPONa ， 蛋白 血漿-H蛋白 血漿-Na ， 溶解CONaHCO或?qū)?/p>