第四章缓冲溶液.pptx-淘文阁

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1、要要点点*掌握内容：缓冲溶液的概念、作用掌握内容：缓冲溶液的概念、作用和组成；缓冲溶液的作用机制；缓冲和组成；缓冲溶液的作用机制；缓冲溶液溶液pHpH值的计算；缓冲容量的概念、影响因素及缓冲范围；缓冲溶液的配制的值的计算；缓冲容量的概念、影响因素及缓冲范围；缓冲溶液的配制的方法及计算。人体血浆中主要的缓冲系方法及计算。人体血浆中主要的缓冲系*了解内容：盐效应；肾和肺的调节作用。了解内容：盐效应；肾和肺的调节作用。*难点：缓冲溶液难点：缓冲溶液pHpH值的计算；肾和肺的调节作用值的计算；肾和肺的调节作用第1页/共76页参考读物参考读物普通化学原理大学化学无机及分析化学生理学第2页/共76页

2、第一节缓冲溶液的基本概念第3页/共76页0.1M HCl 2drops0.1M NaOH 2dropsUniversal pH indicatorpH=7 H2OpH=7 KH2PO4-Na2HPO40.1M HCl 2drops0.1M NaOH 2 dropsNeutral colorAcidic colorbasic color第4页/共76页1 1、缓冲溶液定义、缓冲溶液定义具有抵抗具有抵抗外来外来的或的或本身本身化学反应中所产生的化学反应中所产生的少量少量强酸或强碱的侵入或抵强酸或强碱的侵入或抵抗抗适当适当稀释而保持溶液稀释而保持溶液pHpH值值基本基本不变的溶液。不变的溶液。K

3、HKH2 2POPO4 4NaNa2 2HPOHPO4 4 HAc-NHHAc-NH4 4AcAc、NaNa2 2COCO3 3-NaHCO-NaHCO3 3第5页/共76页2 2、缓冲溶液的组成、缓冲溶液的组成Composition of buffered solutionComposition of buffered solution由具有由具有足够浓度足够浓度的的弱酸或弱碱弱酸或弱碱的的共轭酸碱对共轭酸碱对组成。组成。共轭酸起抗碱作用，叫共轭酸起抗碱作用，叫抗碱成分抗碱成分，而共轭碱起抗酸作用，叫，而共轭碱起抗酸作用，叫抗酸成分抗酸成分组成缓冲溶液的共轭酸碱对称作组成缓冲溶液的共轭酸碱对

4、称作缓冲系缓冲系(buffer system)或或缓冲对缓冲对(buffer pair)，在在KHKH2 2POPO4 4-Na-Na2 2HPOHPO4 4缓冲系中抗碱成分为缓冲系中抗碱成分为H H2 2POPO4 4-，抗酸成分为抗酸成分为HPOHPO4 42-2-。第9页/共76页3、缓冲溶液的组成类型、缓冲溶液的组成类型1 1、弱酸共轭碱、弱酸共轭碱HAcHAcNaAcNaAc2 2、弱碱共轭酸、弱碱共轭酸NHNH3 3NHNH4 4ClCl3 3、多元酸酸式盐共轭碱、多元酸酸式盐共轭碱KHKH2 2POPO4 4NaNa2 2HPOHPO4 4第10页/共76页缓冲溶液的缓冲作用机制

5、The mechanism of action of bufferHAcHAcNaAcNaAc缓冲溶液的抗酸抗碱机制 HAc HAc HH2 2O O H H3 3OO AcAc 结论：缓冲溶液的缓冲作用是以质子在共轭酸碱对之间的转移来实现的。OH-H+H2O第11页/共76页一、缓冲溶液pHpH值的计算公式pH clculation of buffer solutionHenderson-Hasselbalch equationHB H3O B 第二节缓冲溶液的pH值第13页/共76页第14页/共76页若溶液中HB与B-以同体积单位下的n表示，则HB在溶液中只少部分解离，且因B-的同离子效

6、应，使HB几乎完全以分子状态存在第15页/共76页根据 n=cV，若取储备液 c(B-)=c(HB)第16页/共76页公式说明1、缓冲液pHpH值主要取决于弱酸弱酸的离解常数K Ka a2、当p pK Ka a一定时，pHpH值与缓冲比比值有关。当时，pH=ppH=pK Ka a3、p pK Ka a为缓冲系中共轭酸的p pK Ka a值4、为近似公式，受离子强度影响须校正5 5、抗稀释作用I B、HB (not in same pace)pH is changed slightly第17页/共76页The correcting of Henderson-Hasselbalch equat

7、ion：校正因子，与I、共轭酸的Z有关第18页/共76页Example 0.10molL-1KH2PO4与0.05molL-1NaOH 各50ml混合成缓冲溶液，假定混合溶液的体积为100ml，分别求此缓冲溶液近似和准确pH值。A buffer solution is prepared by equal volume of 0.10molL-1KH2PO4 and 0.05molL-1NaOH,assume the volume of the buffer solution is 100ml，please calculate approximately and accurately the p

8、H of the buffer solution respectively第19页/共76页SolutionBefore the reaction:n(H2PO4-)=0.1050=5 mmoln(NaOH)=0.0550=2.5 mmolAfter the reaction:n(H2PO4-)=5-2.5=2.5mmol n(NaOH)=0n(HPO42-)=2.5mmol第20页/共76页So a buffer solution was made up by the excess H2PO4-and the product of the reaction,HPO42-第21页/共76页Th

9、e approximately pH of the solution is 7.21第22页/共76页Acid:H2PO4-Z=-1，look into the chemistry table:lg HPO42-/H2PO4-=-0.32The ions in the solution are:K+,Na+,H2PO4-,HPO42-第23页/共76页Actually the data：pH=6.86then第24页/共76页第三节缓冲容量buffer capacity+0.01mol OH+0.01mol OH-HB+HHB+H2 2O O B B-+H+H3 30 0+OH OH-平衡右

10、移,B,B-,HB,HBHB=CHB=CHBHB-0.01-0.01 B B-=C=CB B+0.01 +0.01 加碱抗碱成分降低第25页/共76页将HBHB及BB-代入HendersonHenderson公式得：+OH+OH-C CB B-+O.O1+O.O1 pH=pka+lg pH=pka+lg pHpH C CHBHB-0.01-0.01第26页/共76页+0.01molH+0.01molH+HB+HHB+H2 2O O B B-+H+H3 30 0+H H+,平衡左移,HB,B,HB,B-HB=CHB=CHBHB+0.01+0.01 B B-=C=CB B-0.01 -0.01 加

11、酸抗酸成分降低第27页/共76页将HBHB及BB-代入HendersonHenderson公式得：+H+H+C CB B-0.01-0.01pH=Pka+lg pH=Pka+lg pH pH C CHBHB+0.01+0.01第28页/共76页 C CB B-+O.O1+O.O1+OH+OH-pH=pka+lg pH=pka+lg pH pH C CHBHB-0.010.01 C CB B-0.01-0.01+H+H+pH=pka+lg pH=pka+lg pH pH C CHBHB+0.01+0.01 设+OH+OH-或+H+H+后，pHpH变化值：pH=pHpH=pH2 2-pH-pH1

13、C总第32页/共76页例题已知缓冲溶液NaAc-HAcNaAc-HAc的C C总-1-1，其中C CB-B-1-1,C CHBHB=0.04 mol.L=0.04 mol.L-1-1,溶液pH=5.15,pH=5.15,现分别加入0.010molHCl0.010molHCl，0.010mol 0.010mol NaOH,NaOH,缓冲溶液pHpH分别变为5.015.01和5.315.31，分别求这缓冲溶液在加酸加碱时的缓冲容量第33页/共76页解：加0.010molHCl0.010molHCl后,pH=5.15-5.01=0.14pH=5.15-5.01=0.14 加0.010mol NaOH

14、0.010mol NaOH后，|pH|=5.31-5.15=0.16|pH|=5.31-5.15=0.16 0.010 0.010酸=b/|pH|=0.071 mol=b/|pH|=0.071 molL L-1-1pHpH-1-1 0.14 0.14 0.010 0.010碱=b/|pH|=0.062mol=b/|pH|=0.062mol L L-1-1pHpH-1-1 0.16 0.16第34页/共76页加入强酸强碱物质的量一样，但酸碱，为什么？原抗酸成分C CB B-1-1原抗碱成分C CHBHB-1-1C CB-B-CCHBHB，抗酸成分抗碱成分，所以在加酸时溶液pHpH值改变较小，

15、酸碱第35页/共76页缓冲容量与pH的关系4.75NaOH0.05 molL-1 KH2PO4+NaOHHCl0.1 molL-10.2 molL-1 HAc+NaAc0.05 molL-1 H2BO3+NaOH3.755.751第36页/共76页0.01讨论缓冲范围才有意义把缓冲溶液pH=pKa1变化范围称为缓冲范围。第37页/共76页二、影响缓冲容量的因素当缓冲比一定时(pH值一定时)，C总愈大，则愈大（C总=CHB+CB-）当C总一定时，缓冲比愈趋向于1，愈大，当缓冲比等于1时,(pH=pKa)达极大值不同缓冲系，当C总相同时，极大值相同（极大=0.576C总）第38页/共76页三

16、、缓冲作用范围 0.010.01缓冲比：1/1010/1 pH=pKa+lg10=pKa+1或pH=pKa+lg1/10=pKa1即pH值处于pKa1之间，称为缓冲溶液的缓冲范围。第39页/共76页思考题已知HAc-NaAc缓冲溶液的pH=4，则该溶液的缓冲作用范围为pH=35已知KNH3=4.75则NH4Cl-NH3缓冲溶液的缓冲作用范围是3.755.75第40页/共76页四、pH=1-2pH=1-2，pH=12-13pH=12-13的强酸、强碱可作为与之相适应的pHpH值区域的缓冲液注意：强酸强碱与缓冲溶液缓冲作用有本质区别第41页/共76页第四节缓冲溶液的配制若无特殊要求，缓冲液配制

17、原则：一、要求所配的缓冲液pH尽可能等于或接近所选配缓冲系的pKa，即pHpKa，这样配出的缓冲液可获得较大二、选择合适的总浓度：一般0.050.2mol/L第42页/共76页pH=5 pKa=4.75 HAc-NaAcpH=5 pKa=4.75 HAc-NaAcpH=10 pH=10 pKa=9.25 NH pKa=9.25 NH3 3-NH-NH4 4ClClpH=10 pH=10 pKa=9.30 HCN-NaCNpKa=9.30 HCN-NaCNpH=7 pH=7 pKapKa2 2=7.21=7.21 NaHNaH2 2POPO4 4K K2 2HPOHPO4 4第43页/共76页三

18、、配制方法：pH:3-11之间，通过计算求出要配的 pH值所需的酸碱量（或从文献获得）共轭酸+NaOH +NaOH 共轭碱+HCl 共轭酸+共轭碱pH11范围的缓冲溶液以强酸强碱代替强酸+KCl 强碱+KCl第44页/共76页例：用 1.00 mol/LNaOHmol/LNaOH中和 1.00 mol/Lmol/L丙酸（用HPr代表）的方法，如何配制1000mlC总=0.1 mol/LpH=5.00mol/LpH=5.00的缓冲溶液（已知HPr pKapKa=4.87）解：NaOH与HPr中和反应 NaOH+HPr=H2O+NaPr1mol HPr+1mol NaOH 1mol NaPr C

19、总=CHPr+CNaPr =未参加反应的CHPr+参加反应的CHPr =0.1 mol/L=mol/L=HPr所需的总量第45页/共76页设需1.00 mol/L mol/LHPr总量为Xml0.1001000=1.00 =100mlC总=CHPr+CNaPr=0.100 mol L-1 CHPr=0.100-CNaPr代入 CNaPr CNaPr pH=pka+lg=CHPr 0.1-CNaPr第46页/共76页 CNaPr 5.00=4.87+lg 0.1-CNaPr CNaPr=0.0575mol L-1 需生成nNaPr nNaPr=CV=0.057100010-3mol 由于1mol

20、NaOH-1mol NaPr 第47页/共76页nNaPr=nNaOH=CNaOH.VNaOH 0.05751000=1.0VNaOH V=57.5ml配制方法：取1.0mol L-1 NaOH 57.5ml与1.0mol L-1丙酸100ml相混合，用水稀至1000ml即得总浓度为0.100mol L-1 pH=5.00的丙酸缓冲液。第48页/共76页标准缓冲溶液特点：由一种或两种化合物配制而成，具有缓冲作用和准确的pH值，其温度系数较小缓冲作用机制：一、两性物质作标准溶液（1）两性物质可形成两个缓冲系（2）H2B-HB-的pKa与 HB-B-的pKa+1接近，使两个缓冲范围重叠，缓冲效力增

21、强第49页/共76页酒石酸氢钾标准缓冲溶液pH=3.557KHC4H4O6K+HC4H4O6-H2C4H4O6 C4H4O62-pKa1：2.98 pKa2:4.30(1.983.98)1.985.3 (3.35.3)特点：两对缓冲对 pKa1 与pKa2接近，缓冲作用范围重叠，缓冲效力增强具有足够浓度第50页/共76页二、化合物组成成分相当一对缓冲溶液硼砂：1molNa2B4O7 10H2O 2molHBO2 +2molNaBO2 HBO2-BO2-pH=9.180三、缓冲溶液作标准缓冲溶液KH2PO4Na2HPO4第51页/共76页标准缓冲液表溶液溶液浓度（浓度（mol/L）pH值值（2

22、5）酒石酸氢钾酒石酸氢钾(KHC4H4O6)饱和（饱和（25）3.557邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)0.054.008KH2PO4Na2HPO40.0250.0256.865KH2PO4Na2HPO40.086950.030437.413硼砂硼砂Na2B4O710H2O0.019.180第52页/共76页标准缓冲溶液的配制要求：水的纯度很高：重蒸水配制碱性区域缓冲液需新CO2排除的重蒸水第53页/共76页第五节血液中的缓冲系人体血浆pH值范围为：酸中毒碱中毒血液缓冲结果：进入血液的酸或碱性物质几乎在瞬间被缓冲掉第54页/共76页体内酸性、碱性物质来源：1、新陈代谢中产

23、生 2、自食物中吸收糖、脂肪、蛋白质酸3、消化液中吸收水果、蔬菜碱第55页/共76页一、血液中的缓冲物质及其缓冲作用1、血浆中的缓冲系及缓冲作用第56页/共76页血浆中的缓冲系 H2CO3HCO3、H2PO4HPO42、HnPHn1P、HA-A-浓度最大:H2CO3HCO3 人体主要的缓冲对，它对维持体内血浆pH值起着重要的作用其中HCO3是血浆中含量最多的抗酸成分，亦称之为碱储，其缓冲比HCO3/H2CO3=0.027/0.00135=20:1第57页/共76页血浆中缓冲系的缓冲作用 KaKa1 1 Ka Ka2 2COCO2 2(溶)+H)+H2 2O O H H2 2COCO3 3

24、H H3 3O O+HCO+HCO3 3-肾脏补充肺部排出平衡左移随尿液排出肾脏平衡右移，产物HCOHCO3 3-在肾脏随尿液排出+H+OH-第58页/共76页 KaKa1 1 Ka Ka2 2COCO2 2(溶)+H)+H2 2O O H H2 2COCO3 3 H H3 3O O+HCO+HCO3 3-C CH+H+C CHCO3-HCO3-Ka=KaKa=Ka1 1.Ka.Ka2 2 C CCO2CO2 HCOHCO3 3 0.0270.027pH=pka+lg =6.1+lg pH=pka+lg =6.1+lg COCO2 2 0.001350.00135 2020pH=6.1+l

25、g =7.4pH=6.1+lg =7.4 1 1第59页/共76页HCOHCO3 3/CO/CO2 2=20/1(=20/1(衡量人体酸碱性正常比值),),但为何进入血液的酸或碱性物质几乎在瞬间被缓冲掉还起缓冲作用?第60页/共76页2、血红细胞中的缓冲系及缓冲作用红细胞中缓冲对：H2bO2HbO2(氧合血红蛋白)H2bHb(血红蛋白)H2CO3HCO3H2PO4HPO42在红细胞内液的缓冲对通过细胞内外离子转移作用,参与缓冲作用.但这种离子转移作用比较缓慢,往往需24小时.第61页/共76页二、肺在维持酸碱平衡中的作用肺在维持体内酸碱平衡中的作用于是通过呼吸运动来调节血浆中H H2 2CO

26、CO3 3的浓度代谢COCO2 2 肺（血中HH+主要因素之一）非挥发性酸血HCOHCO3 3-缓冲COCO2 2+H+H2 2O+HbO+Hb-H H2 2b+HCOb+HCO3 3-+肺 H H2 2bObO2 2H H2 2O+O+COCO2 2+HbO+HbO2 2 肺部排出第62页/共76页COCO2 2(溶)+H)+H2 2O O H H2 2COCO3 3 H H3 3O O+HCO+HCO3 3-HCO HCO3 3-20 20酸入血缓冲作用 CO CO2 2 1 1 P PCO2 CO2 呼吸中枢抑制 pH pH 呼吸变浅变慢呼出COCO2 2减少血浆 H2CO3 升高

27、HCO3-/H2CO3=20/1=20/1 pH pH恢复至正常水平第64页/共76页肺的缓冲机制肺是通过多呼或少呼出COCO2 2的方式，精确地调节着缓冲对的分母，使缓冲对的比值恢复正常，以维持血液的pH值处在相对恒定的范围之内。肺的调节作用是较迅速的在正常情况下10-30分钟内即可完成。第65页/共76页三、肾在维持酸碱平衡中作用H H2 2POPO4 4-+H+H2 2O O HPOHPO4 42-2-+H H3 3O O+机体排酸血 COCO2 2(溶)+H)+H2 2O O H H2 2COCO3 3 H H3 3O O+HCO+HCO3 3-平衡左移，消耗的HCOHCO3 3-由

28、肾脏补充机体排酸原尿H H2 2POPO4 4-+H+H2 2O O HPOHPO4 42-2-+H H3 3O O+NHNH4 4+H+H2 2O O NHNH3 3+H H3 3O O+平衡左移，机体H+，尿液酸度增高，排出体外肾作用：补充HCOHCO3 3-、排酸排酸保碱作用第66页/共76页肾的排酸保碱作用原尿肾小管细胞肾小管腔 H+NH3+H+NH4+NH3 HPO42-+H+H2PO4-血 NaHCO3 Na+终尿NH4+、H2PO4-（pH:6）第67页/共76页肾的缓冲机制肾小管细胞排泌H+，NH3+H+NH4+尿缓冲作用肾小管细胞排泌NH3 HPO42-+H+H2PO4-

29、第68页/共76页酸碱中毒疾病体内酸性物质过多,超过了机体调节机能力或血浆NaHCO3/H2CO3 比值范围（18/122/1）变化酸中毒或碱中毒。轻度酸碱性中毒纠正肾和肺调节HCO3/H2CO3=20/1 正常的酸碱平衡状态。第69页/共76页酸碱中毒-HCOHCO3 3-20 18 22 =()H H2 2COCO3 3 1 1 1代谢食物酸碱消化液 HCOHCO3 3-20 18 22 偏离 ()H H2 2COCO3 3 1 1 1 酸中毒碱中毒肺调节：调整分母肾调节：调整分子第70页/共76页酸中毒类型及纠正呼吸性酸中毒由于肺部呼出障碍，血浆中H2CO3，NaHCO3/H2

30、CO3 20/1 血液pH 纠正：提高通气量、给O2等措施纠正CO2潴留和缺O2的状况肺部呼出CO2转为正常，酸中毒纠正。第71页/共76页代谢性酸中毒血浆中NaHCO3，NaHCO3/H2CO3 20/1 血液pH 呼吸性碱中毒纠正：减少CO2自肺部的呼出，碱中毒即可纠正。许多情况下，可用纸口袋罩住病人口鼻，使吸入自己呼出的含较多CO2的气体，就可使碱中毒得到纠正。第73页/共76页代谢性碱中毒血浆中NaHCO3，NaHCO3/H2CO3 20/1 血液pH 值称为代谢性碱中毒呕吐胃液丢失脱水和碱中毒纠正：口服稀HCl（10%）第74页/共76页第75页/共76页感谢您的观看！第76页/共76页

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