無機(jī)化學(xué)酸堿平衡 緩沖溶液

1、第1頁第四節(jié)緩沖溶液第四節(jié)緩沖溶液營養(yǎng)學(xué)專家指出，堿性食物對(duì)大魚大肉的現(xiàn)代人來說多有裨益，但這跟食物的酸堿度沒有多大關(guān)系，其好處在于被歸類為“堿性”的食物普遍含有現(xiàn)代人所缺乏的營養(yǎng)物質(zhì)，食物的酸堿度本身對(duì)人體酸堿度及健康影響甚微。 第2頁食物本身是酸性或堿性,不代表攝入體內(nèi)的PH值是一定的。林秀紅說,多數(shù)堿性食物攝入體內(nèi)表現(xiàn)為堿性,但也有的堿性或降低,甚至變?yōu)樗嵝?。以牛奶為?鈣離子燃燒之后的灰分,遇水生成氫氧化物,是強(qiáng)堿?？墒窃谌梭w中,90%以上的鈣都是以固體的形式存在,堿性雖強(qiáng),卻體現(xiàn)不出來。同理,肉類屬于呈酸性食物,其主要營養(yǎng)成分是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)中的氮元素在我們體內(nèi)則大部分以氨基酸的形式

2、存在,并且是很多生物堿的中心原子,那么在體內(nèi)它可以起到提高pH值的作用。肉本身是酸性的,但多數(shù)進(jìn)入體內(nèi)的酸性很小,甚至變?yōu)閴A性。第3頁實(shí)驗(yàn)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：滴加強(qiáng)酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL-1 觀察現(xiàn)象：pH的變化一、緩沖溶液的組成和作用原理一、緩沖溶液的組成和作用原理第4頁0.10mol/L NaCl溶液NaCl溶液中加入0.010 mol/ HCl，溶液的pH由7變?yōu)?，pH=50.10mol/LHAc-0.10 mol/L NaAc溶液0.10mol/L

3、HAc-0.10mol/L NaAc溶液溶液中加入0.010 mol/L HCl，溶液的pH由4.75變?yōu)?.74，pH=0.01第5頁結(jié)論結(jié)論 HAc-NaAc 混合溶液具有抵抗外來少量混合溶液具有抵抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而保持強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而保持pH基本不變的能力?；静蛔兊哪芰?。第6頁1. 定義定義 能夠抵抗外加少量酸堿或水的稀釋， 而 保持pH基本不變的溶液稱為緩沖溶液緩沖溶液。2. 組成組成抗堿組份抗堿組份 抗酸組分抗酸組分弱酸及對(duì)應(yīng)的鹽 HAc NaAc弱堿及對(duì)應(yīng)的鹽 NH4Cl NH3H2O酸式鹽及其次級(jí)鹽溶液 NaH2PO4 Na2HPO4緩沖溶液具有緩沖作用，是因?yàn)榫彌_溶液中含有共

4、軛酸堿對(duì)的兩種物質(zhì)，即抗堿組分和抗酸組分，通常把這兩種組分稱為緩沖對(duì)緩沖對(duì)或緩沖系緩沖系。 第7頁(1) 弱酸及其對(duì)應(yīng)的鹽以HAc-NaAc緩沖體系為例存在共軛酸堿對(duì)HAc-Ac- Ac-是共軛堿，結(jié)合質(zhì)子HAc是共軛酸，釋放質(zhì)子 解離平衡：HAc H+ + Ac-NaAc Na+ + Ac-NaAc是強(qiáng)電解質(zhì)完全解離，HAc為弱酸，有同離子效應(yīng)，降低了HAc的解離度，使HAc僅發(fā)生微弱解離。在混合溶液中cHAc（來自弱酸）和cAc-（主要來自NaAc）都較大，存在HAc的解離平衡。3.作用原理作用原理第8頁加入少量加入少量OH- ，它與，它與H+結(jié)合生成結(jié)合生成水，平衡向右移動(dòng)水，平衡向右移

5、動(dòng) 。HAc + H2O H3O+ + Ac- +OH- H2O 加入少量加入少量H+ ，它與，它與Ac-結(jié)合生成結(jié)合生成 HAc，平衡向左移動(dòng)，平衡向左移動(dòng);第9頁抗酸成分抗堿成分CO2 + H2OB-共軛酸共軛堿H2CO3 H+ + HCO3-H+第10頁抗酸離子反應(yīng)方程式： Ac- + H+ HAc在HAc-NaAc緩沖體系中加入少量酸（如鹽酸）時(shí)，溶液中大量的Ac-與H+結(jié)合生成HAc，同時(shí)其解離平衡左移。當(dāng)建立新平衡時(shí)，cHAc略有增加， cAc-略有減少，而溶液中cH+幾乎不變。所以NaAc是緩沖溶液的抗酸成分?？箟A離子反應(yīng)方程式： OH- + HAc Ac- + H2O在該緩沖體

6、系中加入少量強(qiáng)堿，增加的OH-與溶液中的H+結(jié)合生成H2O，H+濃度的減少使得HAc的解離平衡右移，以補(bǔ)充H+的減少。建立新平衡時(shí)，cHAc略有減少， cAc-略有增加，而溶液pH幾乎不變。所以HAc是緩沖溶液的抗堿成分。第11頁當(dāng)加水稀釋時(shí)，溶液中的cH+減少，而解離度增加，補(bǔ)充了cH+的減少，因而pH維持相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)加入大量的酸、堿，溶液中的HAc或Ac-消耗殆盡，就不再具有緩沖能力。所以緩沖溶液的緩沖能力是有限的。如果外界條件的改變超過了該溶液的緩沖能力，則溶液的pH不再維持穩(wěn)定。(2) 弱堿及其對(duì)應(yīng)的鹽自學(xué)(3) 多元酸的酸式鹽及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)鹽自學(xué)第12頁二、緩沖溶液二、緩沖溶液pH值

7、的計(jì)算值的計(jì)算對(duì)于弱酸及其鹽體系：對(duì)于弱酸及其鹽體系：HA + H2O A- + H3O+33H O A H O A aaKHAKHAA lgapHpKHA上式稱為亨德森-哈塞巴赫方程，又稱緩沖公式。式中，HA是弱電解質(zhì)，加之共軛堿(A-)的同離子效應(yīng)，致使HA的解離度更小，故平衡時(shí)：緩沖比緩沖比c(HAc) ca c(Ac-) cb第13頁baaCpH = pKlgC上式又可近似為： 緩沖溶液的pH取決于緩沖對(duì)中弱酸的解離常數(shù)Ka和和緩沖液中的緩沖比； 對(duì)于同一緩沖溶液， Ka相同，其pH只取決于緩沖比。當(dāng)緩沖比等于1（即cb=ca）時(shí)，緩沖溶液的pH=pKa。第14頁【例】等體積的0.2m

8、ol/L HAc與0.2mol/L NaAc混合，計(jì)算其 pH值。（已知HAc的pKa=4.75）pH = 4.75 + lg（0.1/0.1）= 4.75-Ac pH=pK +lgaHAc解：由公式答：0.2mol/L HAc與0.2mol/L NaAc混合液的pH值為4.75第15頁解：(1) 原緩沖溶液的pH為：aAc 0.10pHpKlg4.75lg4.75HAc0.10【例】在100mL濃度各為0.10 mol/L的HAc和NaAc緩沖溶液中，加入0.1mL 1mol/L的HCl溶液，計(jì)算pH如何改變？（已知HAc的pKa=4.75。） (2) 加入HCl溶液后， HCl濃度變?yōu)?L

9、mol001. 01 . 01001 . 01HCl第16頁溶液的pH比原來降低了約0.01單位，幾乎未改變。而若向純水中加入，則改變約4個(gè)單位。 74. 401. 075. 4101. 0099. 0lg75. 4pH則：HAc = 0.1 + 0.001= 0.101 mol/L Ac- = 0.1 0.001= 0.099 mol/L此時(shí)發(fā)生反應(yīng)：HCl + NaAc = HAc + NaCl代入公式，得 ：第17頁三、緩沖溶液的配制三、緩沖溶液的配制 選擇適當(dāng)?shù)木彌_對(duì)選擇適當(dāng)?shù)木彌_對(duì)原則：原則： 緩沖溶液的pH應(yīng)該落在pKa-1 pH pKa+1之間，并盡量接近共軛酸的pKa，這樣所配

10、緩沖溶液具有較大的緩沖容量。欲配制的緩沖欲配制的緩沖溶液的溶液的 pH 值值a2424a2324bpH 5 HAc - NaAc p4.74pH7 NaH PO - Na HPO p7.21pH 9 NH H O -NH Cl 14 p9.26KKK應(yīng)選擇的緩沖組分應(yīng)選擇的緩沖組分第18頁 所選擇的緩沖對(duì)不能與反應(yīng)物或生成物發(fā)生作用，藥用緩沖溶液還必須考慮是否有毒性等。 緩沖溶液的總濃度控制在0.10.5mol/L之間較適宜 為了使緩沖溶液具有較大的緩沖容量，應(yīng)盡量使 緩沖比接近于1。并計(jì)算出所需共軛酸、堿的量。 用精密pH試紙或pH計(jì)對(duì)緩沖溶液的pH進(jìn)行校正。第19頁緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上的意義

11、在人體內(nèi)緩沖溶液非常重要。人體內(nèi)的pH只所以能保持在7.357.45之間，是因?yàn)槿梭w內(nèi)存在多種緩沖對(duì)。人體血液中存在的主要緩沖對(duì)有：血漿中： H2CO3-HCO3-； H2PO4-HPO4 2-；血漿蛋白酸-血漿蛋白鹽 研究證明：在這些主要緩沖對(duì)中，H2CO3-HCO3-共軛酸堿對(duì)在血液中濃度最高，緩沖能力最大，對(duì)維持血液正常的pH起著決定性的作用。第20頁【例】在研究酸雨造成某低土壤酸化問題時(shí)，需要pH=10.00的碳酸鹽緩沖溶液，在500mL 0.20mol/L的NaHCO3中，需要加入多少克碳酸鈉來配制？ 已知：H2CO3 的Ka1 = 4.3010-7；Ka2= 5.6210-11；解：該緩沖溶液中： n(HCO3-)= 0.20.5 = 0.10mol答：所需要碳酸鈉的質(zhì)量為：0.0561066.0g323lgHCOaCOnpHpKn231 . 0lg25.1000.10COnmolnCO056. 023第21頁水到底有沒有緩沖能力？水到底有沒有緩沖能力？ 100