缓冲溶液ppt课件..ppt
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第四章缓冲溶液,第五节血液中的缓冲系,第一节缓冲溶液及缓冲作用原理,第二节缓冲溶液pH值的计算,第三节缓冲容量和缓冲范围,第四节缓冲溶液的配制,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1.举例,6.07.6,黄绿蓝,2定义:
把能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液。
把溶液能够抵抗外来少量强酸、强碱或稀释而保持pH值基本不变的作用称为缓冲作用。
3.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)。
经实验发现,不仅由NaH2PO4-Na2HPO4组成的溶液具有缓冲作用,而且由HAc-NaAc、NH4Cl-NH3、NaH2PO4-Na2HPO4等组成的溶液同样具有缓冲作用,抗酸成分共轭碱(足量)1组成抗碱成分共轭酸(足量),2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)COOK,2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,二、缓冲作用原理,以HAcNaAc缓冲溶液为例说明:
(足量)HAc+H2OH3O+Ac-(足量),主要由NaAc解离产生,
(1)当加入少量强酸时,溶液中的Ac-就接受H3O质子,平衡向着生成HAc分子的方向移动,,Ac-是抗酸成分-共轭碱。
(2)当加入少量强碱时,溶液中的H3O与OH-结合生成水,平衡向着HAc分子的解离方向移动,,HAc是抗碱成分-共轭酸。
HAc(足量)H+Ac-,外加HCl(少量)H+,
(1).抗酸原理,(足量),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,(足量),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H3O离子浓度,使其不发生显著的变化,从而起到保持溶液pH值几乎不变的作用。
缓冲溶液的缓冲作用,第二节缓冲溶液的pH值,一、缓冲溶液pH值的计算公式,HB+H2OH3O+B-NaBNa+B-,(3-1),若缓冲溶液的总体积为V,共轭碱(B-)的物质的量为nB-,共轭酸(HB)的物质的量为nHB,则,上式称为亨德森-哈塞尔巴赫方程式,B-=c(NaB)+c(HB),HB=c(HB)-c(HB),缓冲公式又可表示为,(3-2),(3-1),问:
如使用相同浓度的弱酸及其共轭碱来配制缓冲溶液,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。
C总=CHB+CB-,总浓度:
(3-3),二、影响pH值的因素,例题1、2、3,pKa:
缓冲溶液的pH值主要取决于缓冲系中弱酸的Ka,Ka与温度有关。
缓冲比:
同一缓冲系的缓冲溶液,pKa一定,其pH随着缓冲比的改变而改变。
当缓冲比=1时,pH=pKa,缓冲溶液加水稀释时,缓冲比不变,pH不变,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:
(1)缓冲溶液的pH值:
由于1L溶液含0.020molHAc和0.050molNaAc,所以缓冲溶液中HAc和NaAc分别为HAc=0.020molL-1NaAc=0.050molL-1代入缓冲公式得,=4.75+0.40=5.15,加入HCl后,外加的H3O与溶液中的Ac-结合生成HAc,HAc的量增多,同时Ac-的量减少,所以HAc=(0.020+0.0050)/1.0=0.025(molL-1)NaAc=(0.050-0.0050)/1.0=0.045(molL-1)代入式得,
(2)加入0.005molHCl后缓冲溶液的pH值:
缓冲溶液的pH值由原来的5.15降至5.01,加入NaOH后,溶液中Ac-的量增多,HAc的量减少,所以HAc=(0.020-0.0050)/1.0=0.015(molL-1)NaAc=(0.050+0.0050)/1.0=0.055(molL-1)代入式得,加入NaOH后缓冲溶液的pH值:
即缓冲溶液的pH值由原来的5.15升至5.31,由此得出:
缓冲溶液具有抗酸性、抗碱性和抗稀释性.。
(3)加入100ml水后,溶液的pH值:
HAc=(molL-1),NaAc=(molL-1),代入缓冲公式得,【例题2】在0.10molL-1NaH2PO4溶液300ml中加入0.10molL-1NaOH溶液200ml和400ml,求混合溶液的pH值。
查表知H2PO4-的pKa2=7.20,,H2PO4-HPO42-,解:
(1)在NaH2PO4溶液中加入200ml0.10molL-1NaOH溶液后有如下反应,,此混合溶液的缓冲系为:
过量,H2PO4-+OH-HPO42-+H2O,代入公式得,反应后,即此时混合溶液的pH值为7.50。
(2)在300mlNaH2PO4溶液中加入400ml0.10molL-1NaOH溶液后有如下反应,H2PO4-+OH-HPO42-+H2O,HPO42-+OH-PO43-+H2O,过量,此混合溶液的缓冲系为:
HPO42-PO43-,查表知HPO42-的pKa3=12.66,,最终,代入公式得,反应后:
此时混合溶液的pH值为12.36。
【例题3】在400ml0.10molL-1NH3H2O溶液中加入100ml0.10molL-1HCl溶液,求混合溶液的pH值。
(已知NH3的pKb=4.75),HCl+NH3H2ONH4Cl+H2O,解:
混合后反应如下,反应后,氨水过量并有剩余,pKa=14.00-pKb=14.00-4.75=9.25,第三节缓冲容量和缓冲范围,常用来定量表示,用公式表示如下:
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,在数值上等于使单位体积缓冲溶液的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)。
一般越大,缓冲溶液缓冲能力越强;越小,缓冲能力越弱,(3-4),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1,缓冲容量愈大;缓冲比=1(即pH=pKa)时,缓冲容量最大。
缓冲比愈远离1,缓冲容量愈小。
2.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。
C总=CHB+CB-,缓冲容量与缓冲溶液的总浓度C总及CB-、CHB的关系,当缓冲比为1:
1时,最大,且,则,(3-5),(3-6),【例题5】求总浓度为0.100molL-1HAc-NaAc缓冲溶液的缓冲容量极大值;已知HAc的pKa=4.75,求总浓度为0.100molL-1pH=4.45的HAc-NaAc缓冲溶液的缓冲容量。
解:
当缓冲比为1:
1,即CAc-:
CHAc=1时,缓冲容量达极大值。
已知c总=0.100molL-1,代入公式得,极大=0.576c总=0.5760.100,=0.0576(molL-1pH-1),根据缓冲公式,故得CHAc=0.067molL-1CAc-=0.033molL-1,因CHAc+CAc-=0.100molL-1,代入式(3-7)得,缓冲比在具有有效缓冲作用,三缓冲范围,pH=pKa1,把缓冲溶液具有有效缓冲作用的pH值范围称为缓冲范围。
pKa+1pKa-1,常用缓冲系的缓冲范围,第四节缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法,尽量使缓冲系弱酸的pKa与所配制溶液的pH值接近,至少使要求的pH值在所选缓冲系的缓冲范围(pKa1)之内。
1.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;,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冲容量,总浓度一般在0.0500.20molL-1为宜,若浓度太高,会因离子强度过大或渗透压过高而不切实际,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HendersonHasselbach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,3.计算:
假设配制缓冲溶液时用的弱酸的浓度为CHB与其共轭碱的浓度CB相等,则,(3-3),4.配制。
有需要时对pH进行校正。
【例题4】如何配制100mlpH值为4.95,总浓度为0.20molL-1的缓冲溶液。
解:
选择HAcNaAc缓冲系,因为HAc的pKa=4.75,与所需配制溶液pH=4.95接近。
若总浓度设为0.20molL-1,则CHAc=CNaAc=0.20molL-1,.,4.校正用酸度计或精密pH试纸另外,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。
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。
【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),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+H2O,6.90=7.20+,X=25(ml)100X=75(ml),=-0.30,=0.50,第五节血液中的缓冲系,一.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等,都需要一定pH值的缓冲溶液。
二.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pH值下进行。
因此体内各种体液都须恒定在一定pH值范围内,物质代谢反应才能正常进行。
而血液的pH值能够恒定在7.400.05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。
三.药物配制,红细胞中存在的缓冲系有:
H2CO3HCO3-、H2PO4-HPO42-、H2bHb-(血红蛋白)和H2bO2HbO2-(氧合血红蛋白)等。
其中以H2bHb-和H2bO2HHbO2-缓冲系最重要。
四.血液中存在多种缓冲系,如血浆中存在的缓冲系有:
CO2(溶解)NaHCO3、NaH2PO4Na2HPO4、HPrNaPr(Pr代表蛋白质)。
其中碳酸缓冲系最重要。
在体内代谢的过程中,这些缓冲系能维持体液的pH值以保证生命的正常活动。
如碳酸在血浆中以CO2(溶解)形式存在,在溶液中发生以下反应:
CO2(溶解)+H2OH2CO3H2CO3H+HCO3-当温度为37,I=0.16时,pKa=6.10,正常人血浆中HCO3-和CO2的浓度分别为0.024mmolL-1和0.0012mmolL-1,其比值为20/1,由式(4-10)计算血浆的pH值得,pH=6.10+lg=6.10+1.30=7.40,H2CO3HCO3-+H+肺CO2+H2O肾,HCO3-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发性酸的缓冲能力,因而习惯上把血浆中的HCO3-称为碱储。
H2CO3发挥其抗碱作用,体内代谢所产生的大量CO2则是依靠红细胞中的H2b-Hb-、H2bO2-HbO2-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CO2与Hb-离子发生如下反应:
CO2+H2O+Hb-H2b+HCO3-反应产生的HCO3-,由血液运输至肺,并与H2bO2反应,其反应式为:
H2bO2+HCO3-HbO2-+CO2+H2O反应生成的CO2从肺呼出。
由此不难看出,在大量CO2从组织细胞输送至肺的过程中,由于HHb-Hb-和HHbO2-HbO2-的缓冲作用,也是使血液的pH值仍能稳定在7.400.05的狭小范围内的原因之一。
作业6、8、9、13,练习题,1、下列缓冲溶液中,缓冲能力最强的是()A.0.10molL-1NH3溶液和0.10molL-1NH4Cl溶液等体积混合B.0.20molL-1NH3溶液和0.20molL-1NH4Cl溶液等体积混合C.0.20molL-1NH3溶液和0.20molL-1NH4Cl溶液2:
1混合液D.0.10molL-1NH3溶液和0.10molL-1NH4Cl溶液2:
1混合液,2在下列各组溶液中,不属于缓冲溶液的是A.NaH2PO4-K2HPO4溶液B.NH3-NH4Cl溶液C.0.10molL-1NaOH与0.20molL-1NH4Cl等体积混合溶液D.0.10molL-1HAc与0.10molL-1NaOH等体积混合溶液,3、缓冲容量取决于缓冲溶液的总浓度和缓冲比。
(),(),4已知H3PO4的pKa1=2.12,pKa2=7.21,pKa3=12.36,将相同浓度的NaH2PO4溶液与NaOH溶液按2:
1体积比混合配成缓冲溶液,其抗酸成分是,该缓冲溶液的缓冲范围为。
525时,将80mL0.10molL-1NH3溶液与40mL0.10molL-1HCl溶液混合,计算所得混合溶液的pH。
已知25时pKb(NH3)=9.26。
6在由20ml0.1molL-1H3PO4溶液与30ml0.1molL-1NaOH溶液组成的缓冲溶液中,抗酸成分是(),A.NaOHB.H2PO4-C.HPO42-D.PO43-,8某缓冲溶液的共轭碱的Kb=110-6,从理论上推算该缓冲溶液的缓冲范围是()A.68B.79C.57D.58,9缓冲溶液具有性,性及抗稀释性。
10总浓度一定时,缓冲溶液的缓冲比愈大,其缓冲容量愈大。
(),11.缓冲作用,7、在一定范围内稀释缓冲溶液,其PH值和缓冲容量都不变。
(),
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