1、第4章 緩沖溶液,Buffer Solution,4.1 緩沖溶液基本概念,4.1.1 緩沖溶液及其作用原理 實(shí)驗(yàn) 樣品1，0.10 molL-1 NaCl溶液 樣品2，含 HAc 和 NaAc 均為0.10 molL-1的 混合溶液 操作：加入強(qiáng)酸 HCl 至 0.010 molL-1 觀察現(xiàn)象：pH的變化,4.1 緩沖溶液基本概念,0.10 molL-1 NaCl溶液,加入HCl到0.010 molL-1,溶液的pH由7變?yōu)?，改變了5個(gè)pH單位。,4.1 緩沖溶液基本概念,0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液,加入HCl到0.010 molL-1,溶液的p

2、H由4.75變?yōu)?.74，改變僅0.01pH單位。,4.1 緩沖溶液基本概念,1. 緩沖溶液定義 能抵抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋，而保持其pH基本不變的溶液。 緩沖作用 緩沖溶液對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稀釋的抵抗作用。,4.1 緩沖溶液基本概念,2. 緩沖機(jī)制 以HAcAc-體系為例 緩沖溶液存在大量HAc和Ac- ，質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡,當(dāng)加入少量強(qiáng)酸時(shí), Ac-消耗掉外來的H+離子，直到建立起新平衡，而溶液的pH保持基本不變。 H+ + Ac- HAc,當(dāng)加入少量強(qiáng)堿時(shí), HAc解離直到建立新平衡，補(bǔ)充消耗的H3O+離子,而溶液pH保持基本不變。 OH- + H3O+ 2H2O 共軛堿稱為抗酸成分，共軛

3、酸稱為抗堿成分。,4.1 緩沖溶液基本概念,4.1.2 緩沖溶液的組成 由足夠濃度的共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)組成。 組成緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)合稱為緩沖系(buffer system)或緩沖對(duì)(buffer pair)。,4.1 緩沖溶液基本概念,常見的緩沖系,4.2 緩沖溶液pH的計(jì)算,4.2.1 HendersonHasselbalch方程 以HB代表弱酸，并與NaB組成緩沖溶液。,4.2 緩沖溶液pH的計(jì)算,HB在溶液中只少部分解離，且因B-的同離子效應(yīng)，使HB幾乎完全以分子狀態(tài)存在。所以,由于 c = n/ V，所以,4.2 緩沖溶液pH的計(jì)算,討論,(1)緩沖溶液的pH首先取決于

4、pKa。 (2)對(duì)于給定的緩沖系，其pH隨著緩沖比B-/HB的改變而改變。當(dāng)緩沖比等于l時(shí)，pH等于pKa。 (3)溶液加水稀釋時(shí)，緩沖比基本不變，所以pH基本不變。但稀釋會(huì)引起溶液離子強(qiáng)度改變，使HB和B-的活度因子受到不同程度的影響，緩沖溶液的pH會(huì)有微小的改變。,4.2 緩沖溶液pH的計(jì)算,例 混合 20 mL 0.10 molL-1 的 H3PO4與 30 mL 0.10 molL-1 的 NaOH，計(jì)算所得緩沖溶液的pH。 已知：pKa1=2.16， pKa2=7.21， pKa3=12.32。 解,4.3 緩沖容量,4.3.1 緩沖容量 緩沖溶液的緩沖能力有一定限度。用緩沖容量作為

5、衡量緩沖能力大小的尺度。定義為,單位體積緩沖溶液的pH發(fā)生一定變化時(shí)所能抵抗的外加一元強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的物質(zhì)的量。,4.3 緩沖容量,4.3.2 影響緩沖容量的因素,4.3 緩沖容量,1. 總濃度c總HB+B-的影響： 對(duì)于同一緩沖系，當(dāng)緩沖比一定時(shí)，總濃度愈大，緩沖容量愈大。 2. 緩沖比的影響: （1）對(duì)于同一緩沖系：當(dāng)總濃度一定時(shí)，緩沖比愈接近1，緩沖容量愈大；緩沖比愈遠(yuǎn)離1，緩沖容量愈小。緩沖比等于1時(shí)，緩沖系有最大緩沖容量。,4.3 緩沖容量,緩沖比11時(shí)，緩沖容量最大,4.3 緩沖容量,（2）緩沖范圍,把緩沖溶液pH=pKa1變化范圍稱為緩沖范圍。,4.3 緩沖容量,與pH的關(guān)系 （2）

6、0.1 molL-1 HAc+NaOH （3）0.2 molL-1 HAc+NaOH （4）0.05 molL-1 KH2PO4+NaOH （5）0.05 molL-1 H2BO3+NaOH,討論 1）在pH=pKa時(shí)，緩沖容量達(dá)到最大。 2）同一緩沖系，總濃度越大， max越大。 3）不同緩沖系，總濃度相同，max相同。 4）緩沖容量以max為中心呈鐘形對(duì)稱。,4.3 緩沖容量,4.3 緩沖容量,例 將0.20molL-1HB溶液和0.20molL-1 B-溶液 以9:1的體積比混合，計(jì)算緩沖系的緩沖容量。 解： 當(dāng)V(HB):V(B-)=9:1時(shí),4.4 緩沖溶液的配制,4.4.1 配制方

7、法 1. 配制原則或程序 （1）選擇合適的緩沖系： pH在pKa1緩沖范圍內(nèi)并盡量接近弱酸pKa。 緩沖系的物質(zhì)必須對(duì)主反應(yīng)無(wú)干擾。 （2）配制的緩沖溶液的總濃度要適當(dāng)： 一般總濃度0.05molL-10.2molL-1。 （3）根據(jù)Henderson-Hasselbalch方程計(jì)算所需量。 （4）配制：根據(jù)計(jì)算量配制 （5）校正：在pH計(jì)監(jiān)控下，對(duì)所配緩沖液的pH校正。,4.4 緩沖溶液的配制,2配制： （1）用同濃度弱酸及共軛堿配制。 根據(jù) n = cV，若混合前儲(chǔ)備液的 c(B-) = c(HB) 配制緩沖液時(shí),所取體積分別為V(B-)、 V(HB)，則,4.4 緩沖溶液的配制,（2）用

8、酸堿反應(yīng)生成物與剩余反應(yīng)物配制。 在實(shí)際應(yīng)用中，還采用酸堿反應(yīng)的生成物與剩余的反應(yīng)物組成緩沖系。 弱酸（過量）+ 強(qiáng)堿 弱堿（過量） +強(qiáng)酸 優(yōu)點(diǎn)： HCl 和 NaOH 溶液常備試劑，容易獲得。 通常緩沖溶液的pH需要在pH計(jì)監(jiān)控下調(diào)整，滴加強(qiáng)堿/酸易于操作。,4.4 緩沖溶液的配制,4.4.2 常用緩沖溶液 1. 標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液性質(zhì)穩(wěn)定，有一定的緩沖容量和抗稀釋能力，用來校準(zhǔn)pH計(jì)。,4.4 緩沖溶液的配制,4.4.2 常用緩沖溶液 2. 常用緩沖溶液,4.5 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)中的意義,血漿中： H2CO3-HCO3- H2PO4-HPO42- HnP-Hn-1P- 紅細(xì)胞中：

9、H2b-Hb-(血紅蛋白) H2bO2-HbO2-(氧合血紅蛋白) H2CO3-HCO3- H2PO4-HPO42-,4.5 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)中的意義,正常情況下，HCO3-與CO2溶解的比率為24mmolL-1比1.2mmolL-1，即20/1。37時(shí)，若血漿中離子強(qiáng)度為0.16，經(jīng)校正后， pKa=pKa1 =6.10， pH6.10 + lg 7.40,4.5 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)中的意義,在這些緩沖系中，碳酸緩沖系H2CO3-HCO3-的濃度最高，在維持血液pH的正常范圍中發(fā)揮的作用最重要。 碳酸緩沖系來源于呼吸作用的二氧化碳溶于血液生成的碳酸，與其離解產(chǎn)生的碳酸氫根離子，以及血液中貯存的碳酸氫根離子達(dá)成平衡：,4.5 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)中的意義,當(dāng)體內(nèi)酸性物質(zhì)增加, HCO3-與H3O+結(jié)合，平衡左移；體內(nèi)堿性物質(zhì)增加時(shí)，H3O+結(jié)合OH-，H2CO3(CO2溶解) 解離，平衡右移，pH沒有明顯改變。 HCO3-在一定程度