基础化学第7章缓冲溶液.ppt

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第七章缓冲溶液第七章缓冲溶液第五节第五节血液中的缓冲系血液中的缓冲系第一节第一节缓冲溶液及缓冲缓冲溶液及缓冲作用原理作用原理第二节缓冲溶液第二节缓冲溶液pH值的计算值的计算第三节缓冲容量第三节缓冲容量和缓冲范围和缓冲范围第四节缓冲溶液的配制第四节缓冲溶液的配制第一节缓冲溶液及缓冲作用原理第一节缓冲溶液及缓冲作用原理一、缓冲溶液的缓冲作用及组成一、缓冲溶液的缓冲作用及组成1.举例举例溴麝香草酚蓝溴麝香草酚蓝指示剂绿蓝蓝加加碱绿黄黄加加酸绿绿绿颜色颜色7.07.07.07.07.07.0pHpHNaHNaH22POPO44-Na-Na22HPOHPO44NaClNaClHH22OO溶液溶液6.07.6黄绿蓝2定义定义：

把能够抵抗外来少量强酸、强碱或把能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持稍加稀释而保持pHpH值基本不变的溶液值基本不变的溶液称为称为缓冲溶液缓冲溶液。

把溶液能够抵抗外来少量强酸、强把溶液能够抵抗外来少量强酸、强碱或稀释而保持碱或稀释而保持pHpH值基本不变的作用值基本不变的作用称为称为缓冲作用缓冲作用。

3.缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成把组成缓冲溶液的共轭酸碱对称为缓冲对（系）。

把组成缓冲溶液的共轭酸碱对称为缓冲对（系）。

经实验发现，不仅由经实验发现，不仅由NaH2PO4-Na2HPO4组成的溶液组成的溶液具有缓冲作用，而且由具有缓冲作用，而且由HAc-NaAc、NH4Cl-NH3、NaH2PO4-Na2HPO4等组成的溶液同样具有缓冲作用等组成的溶液同样具有缓冲作用抗酸成分共抗酸成分共轭碱轭碱（足量足量）1组成组成抗碱成分共抗碱成分共轭酸轭酸（足量足量）2缓冲对（系）：

缓冲对（系）：

典型缓冲溶液的三种类型1弱酸及其共轭碱：

如：

HAcNaAc;H2CO3NaHCO3;C6H4（COOH）2C6H4（COOH）COOK2弱碱及其共轭酸：

如：

NH3NH4Cl；CH3NH2CH3NH3+Cl-3多元酸碱的共轭酸碱对：

如：

NaHCO3Na2CO3；NaH2PO4Na2HPO4常见的缓冲对（系）如下表常见的缓冲对（系）如下表TrisTrisHNH3NH4CO32-HCO3-HCO3-H2CO3PO43-HPO42-HPO42-H2PO4-H2PO4-H3PO4Ac-HAc共轭碱（B）共轭酸（HB）二、缓冲作用原理二、缓冲作用原理以以HAcHAcNaAcNaAc缓冲溶液为例说明：

缓冲溶液为例说明：

（足量）（足量）HAc+HHAc+H22OHOH33OO+Ac+Ac-（足（足量）量）主要由主要由NaAc解离解离产生产生（11）当加入少量强酸时，溶液中的）当加入少量强酸时，溶液中的AcAc-就接受就接受HH33OO质子，平衡向着生成质子，平衡向着生成HAcHAc分子的方向移动分子的方向移动，AcAc-是抗酸成分是抗酸成分-共轭碱共轭碱。

（2）当加入少量强碱时，溶液中的当加入少量强碱时，溶液中的HH33OO与与OHOH-结合生成水，平衡向着结合生成水，平衡向着HAcHAc分子的解离方向移动分子的解离方向移动，HAcHAc是抗碱成分是抗碱成分-共轭酸。

共轭酸。

HAc（足量）H+Ac-外加HCl（少量）H+

（1）.抗酸原理（足量）NaAcNa+平衡左移抗酸平衡左移抗酸Ac-是抗酸成分（anti-acidcomponent）HAc（足量）H+Ac-外加NaOH（少量）OH-+H2O

（2）.抗碱原理NaAcNa+（足量）平衡右移抗碱平衡右移抗碱HAc是抗碱成分（anti-basecomponent）实质上是溶液中的共轭酸碱对，在实质上是溶液中的共轭酸碱对，在外来少量强酸或强碱的加入后，通过自身的外来少量强酸或强碱的加入后，通过自身的质子转移平衡的移动，来调节溶液的质子转移平衡的移动，来调节溶液的HH33OO离离子浓度，使其不发生显著的变化，从而起到子浓度，使其不发生显著的变化，从而起到保持溶液保持溶液pHpH值几乎不变的作用。

值几乎不变的作用。

缓冲溶液的缓冲作用缓冲溶液的缓冲作用第二节缓冲溶液的第二节缓冲溶液的pH值值一、缓冲溶液一、缓冲溶液pHpH值的计算公式值的计算公式HB+H2OH3O+B-NaBNa+B-3BHBKaOH3HBBOHKalglg共轭酸共轭碱pKaHBBpKapH（3-1）HBBHBBHBBnnVnVnCC共轭酸共轭碱若缓冲溶液的总体积为若缓冲溶液的总体积为V，共轭碱（，共轭碱（B-）的物）的物质的量为质的量为nB-，共轭酸（，共轭酸（HB）的物质的量为）的物质的量为nHB，则，则上式称为亨德森上式称为亨德森-哈塞尔巴赫方程式哈塞尔巴赫方程式B-=c（NaB）+c（HB）HB=c（HB）-c（HB）HBBnnpKapHlg缓冲公式又可表示为（3-2）lglg共轭酸共轭碱pKaHBBpKapH（3-1）问：

问：

如使用相同浓度的弱酸及其共轭碱来配如使用相同浓度的弱酸及其共轭碱来配制缓冲溶液，制缓冲溶液，上式又可怎样表示？

上式又可怎样表示？

缓冲比：

缓冲公式中共轭碱与共轭酸浓度的比值。

缓冲比：

缓冲公式中共轭碱与共轭酸浓度的比值。

）（）（）（）（）（）（lglgHBBHBHBBBVVpKaVCVCpKapHC总总=CHB+CB-总浓度：

总浓度：

HBBCC共轭酸共轭碱（3-3）二、影响二、影响pH值的因素值的因素例题例题1、2、3pKa：

缓冲溶液的缓冲溶液的pH值主要取决于缓冲系值主要取决于缓冲系中弱酸的中弱酸的Ka，Ka与温度有关。

与温度有关。

缓冲比：

同一缓冲系的缓冲溶液，缓冲比：

同一缓冲系的缓冲溶液，pKa一一定，其定，其pH随着缓冲比的改变而改变。

当缓冲随着缓冲比的改变而改变。

当缓冲比比=1时，时，pH=pKa缓冲溶液加水稀释时，缓冲比不变，缓冲溶液加水稀释时，缓冲比不变，pH不不变，所以缓冲溶液具有抗稀释性。

变，所以缓冲溶液具有抗稀释性。

【例题1】现有1L含0.020molHAc0.050molNaAc的缓冲溶液，试问：

（1）该溶液的pH值是多少？

（2）加入0.0050molHCl或0.0050molNaOH后，溶液的pH值是多少？

（3）加入100ml水后，溶液的pH值是多少？

（已知HAcpKa=4.75）解：

（解：

（11）缓冲溶液的）缓冲溶液的pHpH值：

由于值：

由于1L1L溶液含溶液含0.020molHAc0.020molHAc和和0.050molNaAc0.050molNaAc，所以缓，所以缓冲溶液中冲溶液中HAcHAc和和NaAcNaAc分别为分别为HAc=0.020molLHAc=0.020molL-1-1NaAc=0.050molLNaAc=0.050molL-1-1代入缓冲公式得代入缓冲公式得020.0050.0lg75.4pH=4.75+0.40=4.75+0.40=5.15=5.15加入加入HClHCl后，外加的后，外加的HH33OO与溶液中的与溶液中的AcAc-结合生成结合生成HAcHAc，HAcHAc的量增多，同时的量增多，同时AcAc-的量减少，所以的量减少，所以HAc=HAc=（0.020+0.00500.020+0.0050）/1.0=0.025/1.0=0.025（molLmolL-11）NaAc=NaAc=（0.050-0.00500.050-0.0050）/1.0=/1.0=0.0450.045（molLmolL-1-1）代入式得代入式得01.526.075.4025.0045.0lg75.4pH（22）加入）加入0.0050.005molHClmolHCl后缓冲溶液的后缓冲溶液的pHpH值：

值：

缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值由原来的值由原来的5.155.15降至降至5.015.01加入加入NaOHNaOH后，溶液中后，溶液中AcAc-的量增多，的量增多，HAcHAc的量减少，的量减少，所以所以HAc=（0.020-0.0050）/1.0=0.015（molLHAc=（0.020-0.0050）/1.0=0.015（molL-1-1）NaAc=（0.050+0.0050）/1.0=0.055（molLNaAc=（0.050+0.0050）/1.0=0.055（molL-1-1）代入式得代入式得31.556.075.4015.0055.0lg75.4pH加入加入NaOHNaOH后缓冲溶液的后缓冲溶液的pHpH值：

值：

即缓冲溶液的即缓冲溶液的pHpH值由原来的值由原来的5.155.15升至升至5.315.31由此得出：

由此得出：

缓冲溶液具有抗酸性、抗碱性和抗稀释性缓冲溶液具有抗酸性、抗碱性和抗稀释性.。

5.150.404.75018.0045.0lg4.75pH（33）加入）加入100ml100ml水后，溶液的水后，溶液的pHpH值值:

018.011001000020.0HAc=（molL-1）045.011001000050.0NaAc=（molL-1）代入缓冲公缓冲公式得【例题例题22】在在0.10molL0.10molL-1-1NaHNaH22POPO44溶液溶液300ml300ml中加入中加入0.10molL0.10molL-1-1NaOHNaOH溶液溶液200ml200ml和和400ml400ml，求混合溶液的，求混合溶液的pHpH值。

值。

查表知查表知H2PO4-的的pKa2=7.20，H2PO4-HPO42-解：

（解：

（11）在）在NaHNaH22POPO44溶液中加入溶液中加入200ml0.10200ml0.10molLmolL-1-1NaOHNaOH溶液后有如下反应，溶液后有如下反应，此混合溶液的缓冲系为：

此混合溶液的缓冲系为：

过量H2PO4-+OH-HPO42-+H2O代入公式代入公式得得50.730.020.701.002.0lg7.20pH）（01.020010.030010.0-42POHmoln0.02（mol）2000.10n24HPO反应后反应后即此时混合溶液的即此时混合溶液的pHpH值为值为7.507.50。

（2）在）在300mlNaH2PO4溶液中加入溶液中加入400ml0.10molL-1NaOH溶液后有如下反应溶液后有如下反应H2PO4-+OH-HPO42-+H2OHPO42-+OH-PO43-+H2O过量此混合溶液的缓冲系为：

此混合溶液的缓冲系为：

HPO42-PO43-查表知查表知HPO42-的的pKa3=12.66，最终代入公公式得12.360.30-12.6602.001.0lg12.66pH0.01（mol）=1000.10=-34POn反应后：

反应后：

0.02（mol）1000.10-3000.10-24HPOn此时混合溶液的pHpH值为12.3612.36。

【例题例题33】在在400ml0.10molL400ml0.10molL-1-1NHNH33HH22OO溶液溶液中加入中加入100ml0.10molL100ml0.10molL-1-1HClHCl溶液，求混合溶液，求混合溶液的溶液的pHpH值。

（已知值。

（已知NHNH33的的pKpKbb=4.75=4.75）mmol10.01000.10nClNH4HCl+NH3H2ONH4Cl+H2O解：

混合后反应如下解：

混合后反应如下反应后反应后氨水过量并有剩余mmol30.01000.10-4000.10nONH23HpKa=14.00-pKpKa=14.00-pKbb=14.00-4.75=9.25=14.00-4.75=9.259.730.489.250.100.30lg9.25pH第三节缓冲容量和缓冲范围第三节缓冲容量和缓冲范围常用常用来定量表示，用公式表示如下：

来定量表示，用公式表示如下：

一缓冲容量的概念一缓冲容量的概念缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的尺度，在数值上等于使单位体积缓冲溶液的，在数值上等于使单位体积缓冲溶液的pH值改值改变变1个单位时，所需加入的一元强酸或一元强个单位时，所需加入的一元强酸或一元强碱的物质的量碱的物质的量（mol）。

一般一般越大，缓冲溶液缓冲能力越强；越大，缓冲溶液缓冲能力越强；越越小，缓冲能力越弱小，缓冲能力越弱|pHVnb（3-4）二影响缓冲容量大小的因素二影响缓冲容量大小的因素1.缓冲比：

当总浓度一定时，缓冲比愈接近缓冲比：

当总浓度一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大；缓冲比，缓冲容量愈大；缓冲比=1（即即pH=pKa）时，时，缓冲容量最大。

缓冲比愈远离缓冲容量最大。

缓冲比愈远离1，缓冲容量愈，缓冲容量愈小。

小。

2.总浓度：

同一缓冲系的缓冲溶液，缓冲比一总浓度：

同一缓冲系的缓冲溶液，缓冲比一定时，总浓度愈大，其缓冲容量愈大。

定时，总浓度愈大，其缓冲容量愈大。

C总总=CHB+CB-缓冲容量与缓冲溶液的总浓度缓冲容量与缓冲溶液的总浓度C总总及及CB-、CHB的关系的关系当缓冲比为当缓冲比为1：

1时，时，最大，最大，且且，则则总C21CC-BHB总CCCdpHVdbBHB303.2（3-5）总总总总极大CCCC576.022303.2（3-6）【例题例题55】求总浓度为求总浓度为0.1000.100molLmolL-1-1HAc-HAc-NaAcNaAc缓冲溶液的缓冲容量极大值；已知缓冲溶液的缓冲容量极大值；已知HAcHAc的的pKa=4.75pKa=4.75，求总浓度为求总浓度为0.1000.100molLmolL-1-1pH=4.45pH=4.45的的HAc-NaAcHAc-NaAc缓冲溶液的缓冲容量。

缓冲溶液的缓冲容量。

解：

当缓冲比为解：

当缓冲比为1：

1，即，即CAc-：

CHAc=1时，缓冲容量达极大值。

已知时，缓冲容量达极大值。

已知c总总=0.100molL-1，代入公式得代入公式得极大极大=0.576c总总=0.5760.100=0.0576（molL-1pH-1）根据缓冲公式根据缓冲公式-0.304.75-4.45lgHAcAcCCHAcAcCClg75.445.450.0HAcAcCC故得故得CHAc=0.067molL-1CAc-=0.033molL-110.0033.0067.0303.2）L0.052（mol11-pH因因CHAc+CAc-=0.100molL-1代入式（代入式（3-7）得）得缓冲比在具有有效缓冲作用缓冲比在具有有效缓冲作用101110三缓冲范围三缓冲范围pH=pKapH=pKa11把缓冲溶液具有有效缓冲作用的把缓冲溶液具有有效缓冲作用的pHpH值范围称为值范围称为缓冲范围缓冲范围。

pKa+1pKa+1pKa-1pKa-19.29.211.11.0010.2510.25NaHCONaHCO33-Na-Na22COCO338.08.010.10.009.149.14HH33BOBO33-NaOH-NaOH5.85.88.08.07.207.20KHKH22POPO44-NaHPO-NaHPO443.73.75.65.64.744.74HAc-NaAcHAc-NaAc4.04.05.85.85.415.41KHCKHC88HH44OO44-NaOH-NaOH2.22.24.4.002.952.95HH22CC88HH44OO44-NaOH-NaOH1.01.02.22.2HCl-KClHCl-KCl缓冲范围缓冲范围pKapKa缓冲系缓冲系常用缓冲系的缓冲范围常用缓冲系的缓冲范围第四节缓冲溶液的配制第四节缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法一、缓冲溶液的配制方法尽量使缓冲系弱酸的尽量使缓冲系弱酸的pKa与所配制溶液的与所配制溶液的pH值接近，至少使要求的值接近，至少使要求的pH值在所选缓冲系的缓值在所选缓冲系的缓冲范围（冲范围（pKa1）之内。

）之内。

1.选择合适的缓冲系选择合适的缓冲系所选缓冲系在混合后不会产生副反应或沉淀；所选缓冲系在混合后不会产生副反应或沉淀；对于医用缓冲溶液，还要考虑缓冲系是否有毒，对于医用缓冲溶液，还要考虑缓冲系是否有毒，是否与主药发生配伍禁忌，缓冲系在加温灭菌时和是否与主药发生配伍禁忌，缓冲系在加温灭菌时和贮藏期内是否稳定等；贮藏期内是否稳定等；为使溶液具有足够的抗酸、抗碱成分和较大的缓为使溶液具有足够的抗酸、抗碱成分和较大的缓冲容量，总浓度一般在冲容量，总浓度一般在0.0500.20molL-1为宜为宜，若浓度太高，会因离子强度过大或渗透压过高而，若浓度太高，会因离子强度过大或渗透压过高而不切实际，不切实际，总浓度太低，缓冲容量过小总浓度太低，缓冲容量过小。

选择好缓冲系及其总浓度后，可根据选择好缓冲系及其总浓度后，可根据HendersonHasselbach方程式计算所需弱酸及其共轭碱的量方程式计算所需弱酸及其共轭碱的量。

2.要有适当的总浓度要有适当的总浓度3.计算计算：

假设配制缓冲溶液时用的弱酸的浓度为假设配制缓冲溶液时用的弱酸的浓度为CCHBHB与与其共轭碱的浓度其共轭碱的浓度CCBB相等，则相等，则HBBHBHBBBHBBVVVCVCnnHBBVVpKapHlg（3-3）4.配制。

有需要时对配制。

有需要时对pH进行校进行校正。

正。

【例题例题44】如何配制如何配制100mlpH100mlpH值为值为4.954.95，总浓度为总浓度为0.20molL0.20molL-1-1的缓冲溶液。

的缓冲溶液。

AcAcVV100lg75.495.4解：

选择解：

选择HAcHAcNaAcNaAc缓冲系，因为缓冲系，因为HAcHAc的的pKa=4.75,pKa=4.75,与所需配制溶液与所需配制溶液pH=4.95pH=4.95接近。

接近。

若总浓度设为若总浓度设为0.20molL0.20molL-1-1，则，则CCHAcHAc=C=CNaAcNaAc=0.20molL=0.20molL-1-120.0100lgAcAcVV58.1100AcAcVVmlVAc2.61.mlVHAc8.384.校正用酸度计或精密校正用酸度计或精密pH试纸试纸另外，还可用其它方法配制（自学），利用另外，还可用其它方法配制（自学），利用经验配方配制或根据有关化学手册配制。

经验配方配制或根据有关化学手册配制。

量出两种溶液所需体积，然后均匀混合，量出两种溶液所需体积，然后均匀混合，得到所需的缓冲溶液。

得到所需的缓冲溶液。

【例题例题5】欲配制pH值为6.90的磷酸盐缓冲溶液100ml,问需要浓度均为0.15molL-1NaH2PO4和NaOH溶液各多少毫升？

（25H3PO4pKa1=2.12pKa2=7.20pKa3=12.36））（2100）（lg4242PONaHXHPONaXpKapHXX2100lg解：

设需NaOH溶液Xml,则NaH2PO4溶液为（100X）ml当XmlNaOH加入到NaH2PO4溶液后，NaH2PO4消耗Xml并生成XmlNa2HPO4。

NaH2PO4+NaOH=Na2HPO4+H2O6.90=7.20+X=25（ml）100X=75（ml）XX2100lg=-0.30=0.50XX2100第五节血液中的第五节血液中的缓冲系缓冲系一一.缓冲溶液无论在基础医学或临床医学上缓冲溶液无论在基础医学或临床医学上，应用都十分广泛。

例如微生物培养、细菌，应用都十分广泛。

例如微生物培养、细菌染色、组织切片、临床化验、血液贮存、蛋染色、组织切片、临床化验、血液贮存、蛋白质分离提纯、以及核酸和遗传基因的研究白质分离提纯、以及核酸和遗传基因的研究等，都需要一定等，都需要一定pH值的缓冲溶液。

值的缓冲溶液。

二二.在生物体内，以酶为催化剂的各种生物化学变化在生物体内，以酶为催化剂的各种生物化学变化，只能在适合的，只能在适合的pHpH值下进行。

因此体内各种体液值下进行。

因此体内各种体液都须恒定在一定都须恒定在一定pHpH值范围内，物质代谢反应才能值范围内，物质代谢反应才能正常进行。

而血液的正常进行。

而血液的pHpH值能够恒定在值能够恒定在7.400.057.400.05这一狭小范围内，这是由于血液中多种缓冲系的缓这一狭小范围内，这是由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用的结果。

冲作用和肺、肾的调节作用的结果。

三三.药物配制药物配制红细胞中存在的缓冲系有：

红细胞中存在的缓冲系有：

H2CO3HCO3-、H2PO4-HPO42-、H2bHb-（血红蛋白血红蛋白）和和H2bO2HbO2-（氧合血红蛋白氧合血红蛋白）等。

其中以等。

其中以H2bHb-和和H2bO2HHbO2-缓冲系最重要缓冲系最重要。

四四.血液中存在多种缓冲系血液中存在多种缓冲系如血浆中存在的缓冲系有：

如血浆中存在的缓冲系有：

CO2（溶解溶解）NaHCO3、NaH2PO4Na2HPO4、HPrNaPr（Pr代表蛋白质代表蛋白质）。

其中碳酸缓冲系最重。

其中碳酸缓冲系最重要。

要。

在体内代谢的过程中，这些缓冲系能维持在体内代谢的过程中，这些缓冲系能维持体液的体液的pH值以保证生命的正常活动。

值以保证生命的正常活动。

如碳酸在血浆中以如碳酸在血浆中以COCO22（溶解溶解）形式存形式存在，在溶液中发生以下反应：

在，在溶液中发生以下反应：

COCO22（溶解溶解）+）+HH22OOHH22COCO33HH22COCO33HH+HCO+HCO33-当温度为当温度为3737，I=0.16I=0.16时，时，pKa=6.10pKa=6.10溶解）23/（）（lgCOCHCOCpKapH正常人血浆中正常人血浆中HCOHCO33-和和COCO22的浓度分别的浓度分别为为0.0240.024mmolLmmolL-1-1和和0.00120.0012mmolLmmolL-1-1，其比其比值为值为20/120/1，由式，由式（4-10）（4-10）计算血浆的计算血浆的pHpH值得值得pH=6.10+lg=6.10+1.30=7.40120H2CO3HCO3-+H+肺肺CO2+H2O肾肾HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，在是血浆中含量最多的抗酸成分，在一定程度上可以代表血浆对体内所产生非挥一定程度上可以代表血浆对体内所产生非挥发性酸的缓冲能力，因而习惯上把血浆中的发性酸的缓冲能力，因而习惯上把血浆中的HCO3-称为称为碱储碱储。

H2CO3发挥其抗碱作用发挥其抗碱作用体内代谢所产生的大量体内代谢所产生的大量CO2则是依靠红细则是依靠红细胞中的胞中的H2b-Hb-、H2bO2-HbO2-这些缓冲对对这些缓冲对对其产生缓冲作用来实现的。

如代谢产生的大量其产生缓冲作用来实现的。

如代谢产生的大量CO2与与Hb-离子发生如下反应：

离子发生如下反应：

CO2+H2O+Hb-H2b+HCO3-反应产生的反应产生的HCO3-，由血液运输至肺，并由血液运输至肺，并与与H2bO2反应，其反应式为：

反应，其反应式为：

H2bO2+HCO3-HbO2-+CO2+H2O反应生成的反应生成的CO2从肺呼出。

由此不难看出，从肺呼出。

由此不难看出，在大量在大量CO2从组织细胞输送至肺的过程中，从组织细胞输送至肺的过程中，由于由于HHb-Hb-和和HHbO2-HbO2