1、1,第五章 缓冲溶液,Buffer Solution,2,缓冲溶液的组成及作用机制缓冲溶液pH值的计算缓冲容量缓冲溶液的配制,内 容,3,加水稀释对不同体系pH值的影响,HCl,NaAc-HAc,实验现象,4,1、缓冲溶液的组成,缓冲溶液一般由如下物质组成：弱酸及其共轭碱，如HAc Ac-弱碱及其共轭酸，如NH3 NH4+ 两性物质及其对应的共轭酸（碱），如 H2PO4- HPO42-,能够抵抗外加少量酸、碱和水的稀释，而本身的pH值不 发生显著变化，这种作用称为缓冲作用(buffer action)。具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液(buffer solution)。,5,2、缓冲溶液的作用机
2、制,H+,OH-,NaB = B- + Na+,当外加少量强酸强碱后，共轭酸碱对通过自身的质 子转移平衡来调节体系中H+的浓度，使其不发生显著 变化，从而使溶液的pH值保持基本不变。,6,共轭酸,共轭碱,HAc NH4Cl H2PO4-,NaAc NH3H2O HPO42-,抗酸成分,缓冲对(缓冲系),抗碱成分,7,二、缓冲溶液pH值的计算,HB H+ + B NaB Na+ + B,由于同离子效应，弱酸的离解度更小，平衡时可近似处理，HBc(HB)，B-c(B-)，则,8,二、缓冲溶液pH值的计算,Henderson-Hasselbalch方程式,或,9,例：0.080molL-1HAc和0
3、.20molL-1NaAc等体积混合成1L缓冲溶液。求此溶液的pH值？分别计算加入0.010molHCl、0.010molNaOH、100ml水后，此缓冲溶液pH的改变值。,解：等体积混合后，两者浓度均减半，即, 加入0.010 mol HCl后，HAc和Ac-的浓度分别为,pH=0.14,10, 加入0.010 mol NaOH后，HAc和Ac-的浓度分别为,pH=0.16, 加100ml水后，HAc和Ac-同等程度的被稀释，故,pH= 0,11,1. 缓冲溶液pH值主要取决于Ka及c(B-) / c(HB)。,2. 缓冲系一定时，溶液的pH值仅决定于缓冲比。,缓冲溶液pH值的影响因素,3.
4、 当缓冲比为1时，B=HB，pH=pKa。,4. 加少量水稀释，缓冲比不变，溶液pH值不变。,注意：缓冲溶液的缓冲作用是有一定限度的。当加入大量强酸或强碱，溶液中的HAc或Ac-消耗殆尽时，缓冲溶液即丧失缓冲作用。,12,缓冲溶液pH值计算的校正,在精确的计算中，应考虑离子强度的影响。,则,13,14,例： 25时，H2CO3的pKa=6.38，现将0.30molL-1 H2CO3溶液、0.10molL-1 NaOH各10mL混合（不考虑体积效应），试计算其pH值。,解： 混合后溶液中存在的缓冲对为H2CO3 -HCO3-,（1）不考虑活度因子的影响,15,(2) 考虑活度因子的影响由于NaH
5、CO3是强电解质，故溶液的离子强度为,查表，当z=0，I=0.050时，pKa=-0.080,16,1、概念定量表示缓冲溶液缓冲能力的大小，符号为。缓冲容量在数值上等于使单位体积（1L或1mL）缓冲溶液的pH值改变1个单位时，所需加入的一元强酸或一元强碱的物质的量(mol或mmol),三、缓冲容量（buffer capacity）,显然，值越大，溶液的缓冲能力越强。,17,（1）总浓度对缓冲容量的影响,当缓冲比一定时，缓冲溶液的总浓度（c总）越大，缓冲容量越大，缓冲能力越强。一般总浓度c总在0.050.2 molL-1范围内为宜。,2、影响缓冲容量的因素,（2）缓冲比对缓冲容量的影响缓冲比 B
6、/HB =1时，缓冲容量最大；缓冲比越偏离1时，缓冲容量越小。,18,缓冲比对缓冲容量的影响,19,例：0.080 molL-1HAc和0.020 molL-1NaAc等体积混合成1L溶液 求此溶液的pH值？ 分别计算加入0.010 mol HCl、0.010 mol NaOH后，该缓冲溶液的缓冲容量。,解：, 在1L溶液中加入0.010mol HCl，则：a=0.010（molL-1） pH=5.14-5.00=0.14, 在1L缓冲溶液加0.010mol NaOH，则b=0.010（molL-1） pH=5.305.14=0.16,20,缓冲范围：pH=pKa1,失去缓冲作用,具有一定的缓
7、冲作用,不同缓冲系pKa不同，因而具有不同的缓冲范围。,缓冲范围,21,22, 根据pH值计算公式，求出缓冲比及其共轭酸、碱的量。, 选用等浓度的共轭酸碱对配制缓冲溶液。, 选择适当的缓冲系。所选缓冲系弱酸的pKa尽量接近所配溶液的pH，以使接近极大值。,三、缓冲溶液的配制, 选择适当的总浓度：0.050.2 mol L-1。, 注意离子强度的影响。,23,应 用 例：欲配制pH=9.50的缓冲溶液，应选用下列那一种缓冲系，怎样配制？HCOOH Ka=1.810-4 pKa=3.74HAc Ka=1.7610-5 pKa=4.75NH3H2O Kb=1.7610-5 pKb=4.75 pKa=
8、9.25NaHCO3 Ka2=5.310-11 pKa=10.25NaH2PO4 Ka2=6.310-8 pKa=7.21,24,解：可选用NH3H2O - NH4Cl体系，则,假设需配制该缓冲溶液100ml，即V总100ml，则,解之得,25,缓冲溶液在医学上的意义,人体内各种体液的pH值具有十分重要的意义。它们均控制在一狭小范围内。因为只有在这范围内，机体的各种功能活动才能正常进行。离开正常范围的少许变化尚能允许，但如变化太大，就可能引起体内许多功能失调。,26,血液的缓冲作用,在体内差不多每项代谢的结果都有酸产生，如有机食物被完全氧化而产生碳酸，嘌呤被氧化而产生尿酸，碳水化合物的厌氧分解
9、而产生乳酸以及因氧化作用不完全而导致乙酰乙酸和-羟基丁酸的生成等。体内代谢也生成磷酸和硫酸。代谢过程也可以产生NaHCO3。这些代谢产生的酸或碱进入血液并没有引起pH值发生明显的变化，这说明血液具有足够的缓冲作用。,27,血液的缓冲作用,各种因素都能引起血液中酸度暂时的增加，如肺气肿引起的肺部换气不足，充血性心力衰竭和支气管炎、糖尿病和食用低碳水化合物和高脂肪食物引起代谢酸的增加、摄食过多的酸等都会引起血液中H+的增加，身体首先通过加快呼吸来排出多余的CO2，其次是加速H+的排泄和延长肾里HCO3-的停留时间，后者导致酸性尿。若在严重腹泻时丧失HCO3-过多，或因肾功能衰竭引起H+排泄减少，缓
10、冲系统和机体的补偿功能都不能有效地阻止血液的pH值降低，则引起酸中毒。,28,血液的缓冲作用,在发高烧和气喘换气过速或摄入过多的碱性物质和严重的呕吐等，都会引起血液碱性增加。身体的补偿机制则通过降低肺部CO2的排出量和通过肾增加HCO3-的排泄来配合缓冲系统，使pH值恢复正常，这时因尿中的HCO3-浓度增高便产生碱性尿。若通过缓冲系统和补偿机制还不能阻止血液中pH值的升高，则引起碱中毒。,29,缓冲溶液在医学上的意义,微生物的培养，组织切片和细菌染色，以及研究酶的催化，都需用一定pH值的缓冲溶液。在临床检验中，常把血液中HCO3-的浓度看作“碱储备”，作为一种常规来检查，也需要缓冲作用的知识。理解缓冲作用的基本原理和掌握这方面的基本实验知识，在医学上有重要的意义。,
