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名师精编优秀教案贵 阳 医 学 院 教 案 首 页教学内容：教材名称（版次）基础化学第五版起止章节页54页66页讲授题目缓冲溶液计划用学时3学时教学要求：掌握内容1.缓冲溶液的缓冲作用2缓冲溶液 pH值的计算3缓冲溶液的配制熟悉内容1. 缓冲溶液的组成2. 缓冲容量及缓冲范围了解内容1. 标准缓冲溶液2. 血液中的缓冲系教学要点：重点:： 缓冲溶液 pH值的计算，缓冲溶液的配制。难点：缓冲溶液pH值的计算和缓冲溶液配制的计算。教学进程：第一节缓冲溶液及缓冲机制（步骤）一. 缓冲溶液及其组成二.缓冲机制第二节缓冲溶液 pH值的计算一. 缓冲溶液 pH值的近似计算公式第三节缓冲容量及缓冲范围一 . 缓冲容量二. 影响缓冲容量的因素三 . 缓冲范围第四节缓冲溶液的配制一. 缓冲溶液的配制方法二. 标准缓冲溶液第五节血液中和缓冲系教学方法课件讲授参考资料1.高鸿分析化学福建科学出版社1988年2 人体体液是怎样维持其pH和物种浓度的大学化学1987（1）3董元彦等无机及分析化学科学出版社 2000年作业67页 4、5、6、7、9 68页12、13、15精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页名师精编优秀教案教 案 续 页辅助手段和时间分配基本内容第四章缓冲溶液第一节缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液及其组成在1L 含HAc和NaAc均为0.10mol的溶液中 ,分别加入 0.010 mol HCl或0.010mol NaOH，pH从4.75下降到 4.66或上升到4.84，pH的改变仅为 0.09个单位。在一定范围内加水稀释时，HAc和NaAc混合溶液的 pH改变幅度也很小。以上事实说明，由HAc和NaAc组成的溶液，具有抵抗少量外加强酸、强碱，或有限量稀释时可保持 pH基本不变的能力能抵抗少量外来强酸、 强碱而保持其 pH基本不变的溶液称为缓冲溶液 （buffer solution） 。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为 缓冲作用 （buffer action） 。缓冲溶液一般是由具有足够浓度、适当比例的共轭酸碱对的两种物质组成。例如：HAc-NaAc 、NH3-NH4Cl、NaH2PO4-Na2HPO4等还可用酸碱反应的生成物与剩余的反应物组成缓冲溶液，如：HAc （过量） + NaOH HCl+NaAc（过量）组成共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系 或缓冲对。 缓冲溶液中具有抗碱作用的是弱酸称抗碱成分，缓冲溶液中具有抗酸作用的是弱酸称抗酸成分。常见的缓冲系列于表 4-1中。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配基本内容二、缓冲机制现以HAc-NaAc 组成的缓冲溶液为例HAc(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Ac-(aq)（大量）（大量，包括NaAc 提供的1当向该溶液中加入少量强酸（H3O+）时，H3O+将质子传递给溶液中大量的 Ac-，H3O+(aq、外来)+ Ac-(aq) HAc(aq) + H2O(l)由于Ac-浓度较大，故达到平衡时HAc略有增加， pH值不变；2当加入少量强碱（ OH-）时，溶液中的 HAc与OH-结合，OH-(aq 、外来 ) + H3O+(aq) 2H2O平衡右移，由于 HAc是大量的，足以中和 OH-，HAc略有增加，pH值不变。由此HAc是抗碱成分， Ac-是抗酸成分。缓冲作用是在有足量的抗酸成分和抗碱成分共存的缓冲体系中，通过共轭酸碱对之间的质子转移平衡移动来实现的。第二节 缓冲溶液 pH的计算一缓冲溶液 pH的近似计算公式(HB)- (B-) 组成的缓冲溶液中， HB-B-之间的质子转移平衡为：HB + H2O H3O+ + B-平衡时：H3O+KaBHBpHpKa+lgHBBpKa+lg共轭酸共轭碱上式为 HendersonHasselbalch 方程式，式中 pKa为弱酸的解离常数的负对数， HB 和B-均为平衡浓度。 B-与HB 的比值称为 缓冲比 ，B-+HB为缓冲溶液的总浓度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配例1 例2 基本内容由缓冲公式可知：(1) 缓冲溶液的 pH 主要取决于弱酸的pKa，其次是缓冲比。当pKa一定，缓冲溶液的 pH只取决于缓冲比。当缓冲比等于l 时，pH=p Ka。弱酸的解离常数Ka只与温度有关。(2) 在一定范围内加水稀释时，缓冲比不变，则由公式计算的pH也不变，即缓冲溶液有一定的抗稀释能力。(3) 若以n(HB)和n(B-)分别表示 V体积共轭酸碱的物质的量， 则pHpKa+lgVnVn/ )HB(/ )B(pKa+lg)HB()B(nn若使用相同浓度的弱酸及共轭碱，即c(HB)=c(B-) ，则有pH=)HB()B(lgp)HB()HB()B()B(lgpaaVVKVcVcK在500ml 0.200mol L-1NH3H2O中，加入 4.78gNH4Cl固体，配制 1升缓冲溶液，求此缓冲溶液的pH。NH3的 pKb 4.75，则 NH4+的 pKa=14.00-4.75=9.2 114Lmol0893.0L1molg5.53g78.4)ClNH(cc(NH3)=0.200/2mol L-1=0.100mol L-1pH=pKa30.9Lmol0893.0Lmol100.0lg25.9NH(NH(lg1143）ccpH接近于 7.0 的磷酸盐缓冲溶液常用来培养酶，某种酶仅能存在于pH 为6.90 7.15的培养液中。求含有0.225mol L-1 HPO42-和0.330mol L-1H2PO4-的溶液的 pH。若在 250ml 该溶液中分别加入0.20 g及0.40gNaOH 固体，酶会分解吗？解: 可知 H3PO4的pKa27.21，pH= pKa2POHHPOlg4224 7.21+lg1-1Lmol330.0Lmol225.07.21-0.177.04 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配基本内容这是一个适合于酶存在的缓冲溶液。 加入的 NaOH 为: 0.20g /(40.0g mol-1)=0.005mol OH-=0.005mol / 0.25L=0.020mol L-1HPO42-=(0.225 mol L-1 + 0.020 mol L-1)=0.245mol L-1H2PO4-=(0.330 molL-10.02 0 mol L-1)=0.310 molL-1pH= pKa211.7Lmol310.0Lmol245.0lg21.7POHHPOlg114224加入的 NaOH 为 : 0.40g /(40.0gmol-1)=0.010molHPO42-=(0.225 mol L-1 0.040 mol L-1)=0.265mol L-1H2PO4-=(0.330 mol L-10.04 0 mol L-1)=0.290mol L-1pH= pKa217.7Lmol290.0Lmol265.0lg21.7POHHPOlg114224结果显示， 0.20gNaOH 加到缓冲溶液中，该酶能稳定存在；而0.40gNaOH 加到缓冲溶液中，将使溶液pH有较大的改变，超过了酶能稳定存在的限度，酶会分解。第三节缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量(buffer capacity)缓冲容量 作为衡量缓冲能力大小的尺度。通常用使单位体积缓冲溶液的 pH改变1个单位时，所需加入一元强酸或一元强碱的物质的量表示缓冲容量，用微分式定义为dpHd)b(aVndna(b)是缓冲溶液中加入的微小量一元强酸(dna)或一元强碱def 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配基本内容(dnb)的物质的量，单位是 mol或mmol；|dpH| 为缓冲溶液 pH的改变量。 V是缓冲溶液的体积，单位为L或ml。恒为正值。在 dna(b)和V一定的条件下， pH改变值 |dpH|愈小， 愈大，缓冲溶液的缓冲能力愈强。缓冲容量与缓冲溶液的总浓度(c总HB+B-)、以及 HB 和B-的关系： dpHd)b(aVn2.303HBB-/cBHBBHBBBHBHB303.2二、影响缓冲容量的因素1总浓度对 的影响对同一缓冲系， 当缓冲比一定时， 总浓度愈大，缓冲容量愈大。书图4-1例出了总浓度与缓冲容量的关系。一般当总浓度为0.020.05mol L-1, 约为0.020.012缓冲比对 的影响总浓度一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大；缓冲比愈远离1(即pH愈远离 pKa)，缓冲容量愈小。缓冲比等于1(即pHpKa)时，缓冲系有最大缓冲容量。缓冲比等于 1时，缓冲系的 值最大：总总最大cc576.0111111303.2当缓冲比大于 101或小于 110时， 可认为缓冲溶液已基本丧失了缓冲能力。 因此，一般认为缓冲比在 1/1010/1范围内，缓冲溶液才能有效发挥缓冲作用。通常把pHpKa1作为缓冲精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配基本内容作用的有效区间，称为缓冲溶液的有效缓冲范围第四节缓冲溶液的配制、缓冲溶液的配制方法配制缓冲溶液的原则和步骤如下：1选择合适的缓冲系：使所需配制的缓冲溶液的pH在所选的缓冲系的缓冲范围 (pKa1)之内，并尽量接近于弱酸的 pKa，以使所配缓冲溶液有较大的缓冲容量。例如配制pH为3.9的缓冲溶液，可选择 HCOOHHCOO-缓冲系，因为 HCOOH pKa=3.74，与3.9接近。2配制的缓冲溶液的总浓度要适当：总浓度太低，缓冲容量。过小；总浓度太高，一方面离子强度太大适用，因此，在实际工作中，一般使总浓度在 0.05mol L-10.2mol L-1范围内为宜3计算所需缓冲系的量：选择好缓冲系之后，就可根据或体Henderson Hasselbalch 方程式计算所需弱酸及其共轭碱的量积。为配制方便，常常使用相同浓度的弱酸及其共轭碱。4校正例如何配制 pH=4.50 的缓冲溶液1000m1?解： （1）选择缓冲系：查表4-1，HAc 的pKa4.75，接近于所配缓冲溶液的pH，选用 HAc-Ac-缓冲溶系（2）确定总浓度：选用0.10 mol L-1的 HAc 和0.10mol L-1NaAc溶液，设需的体积为V(Ac-)，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配温度系数 0时表 示 缓 冲 溶 液 的pH 随温度的升高而增大；温度系数0，则表示缓冲溶液的 pH随温度的升高而减小基本内容pHpKa+lg)HAc()Ac(VV4.504.75+lg)(Acml1000)(Ac-VVlg)Ac(ml1000)(Ac-VV4.50-4.75-0.25 )Ac(ml1000)(Ac-VV 0.562 V(Ac-) 360ml，所需醋酸的体积为 1000ml 360ml 640ml将360 ml 0.10mol L-1NaAc溶液与 640 ml 0.10mol L-1HAc 溶液混合，就可配制 1000ml pH 为4.50的缓冲溶液。例用某二元弱酸H2B配制 pH=6.00 的缓冲溶液， 问应在 450ml c(H2B)= H2B0.100mol L-1的溶液中，加入0.100mol L-1的 NaOH溶液多少毫升 ?已知的pKa1=1.52、pKa2=6.30.(忽略溶液体积加合引起的体积变化)。解: 根据配制原则，应选HB- B2-缓冲系，质子转移反应分两步进行：(1)H2B + NaOH = NaHB + H2O 将 H2B 完全中和生成NaHB，需00mol L-1NaOH 450ml ，并生成 NaHB 450 0.100 =45.0mmol（2）0.1 NaHB + NaOH = Na2B + H2O设中和部分 NaHB 需NaOH溶液的体积 V(NaOH)=xml ，则生成 Na2B0.100 xmmol ，剩余 NaHB(45.0-0.100 x) mmol)HB()B(lgappH22nnKmmol)x100.00.45(xmmol100.0lg30.600. 630.0 x100. 00 .45x100.0lg解得 x=150 即V(NaOH)=xml=150ml共需 NaOH溶液的体积为： 450ml+150ml=600ml二、标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，有一定的缓冲容量和抗稀释能力。标准溶液是用来校准 pH计的，即应用 pH计测定溶液 pH时，必须用标准缓冲溶液校正仪器。些常用标准缓冲溶液的pH及温度系数列于表4-6精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配基本内容第五节血液中的缓冲系血液中存在的缓冲系主要有：血浆中： H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-、HnP-Hn-1P-(HnP代表蛋白质 ) 红细胞中： H2b-Hb-(H2b代表血红蛋白 ) 、H2bO2-HbO2-(H2bO2代表氧合血红蛋白 ) 、H2CO3-HCO3-、H2PO4-HPO42-碳酸缓冲系的浓度最高，在维持血液pH的正常范围中发挥的作用最重要。二氧化碳是人体在正常新陈代谢过程中产生的酸性物质，溶于体液的二氧化碳以溶解态CO2的形式存在。正常情况下， HCO3-与CO2溶解的比率为 24mmolL-1比1.2mmolL-1，即20/1。在37时，若CO2溶解于离子强度为 0.16的血。浆中，经校正后的 pK a1=6.10，代入式pHpKa1+ lg溶解COHCO23pH6.10 + lg11Lmol0012.0Lmol024.06.10 + lg1207.4当血液中 HCO3- CO2(溶解)缓冲系的缓冲比等于 201时，血液的正常 pH为 7.40 。若缓冲比减小至使血液的pH小于 7.35 ，则发生酸中毒 (acidosis)；若缓冲比增大至使血液的pH大于7.45，则发生 碱中毒 (alkalosis)。若血液的 pH小于6.8或大于 7.8，就会导致死亡。CO2( 溶解 )+H2O H2CO3 H+ HCO3-当体内酸性物质增加时 ,血液中大量存在的抗酸成分HCO3-与H3O+结合，上述平衡向左移动，使H3O+不发生明显地改变。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页名师精编优秀教案辅助手段和时间分配基本内容体内碱性物质增加时， H3O+将质子传给 OH-，生成 H2O，明显述平衡向右移动，使大量存在的抗碱成分H2CO3(CO2溶解)离解，上以补充消耗了的 H3O+。 达到新的平衡时， H3O+也不发生地改变血液对体内代谢所产生的大量CO2的转运，主要是靠红细胞中的血红蛋白和氧合血红蛋白缓冲系来实现的。代谢过程中产生的大量 CO2与血红蛋白离子反应CO2+H2O+Hb- HHb+HCO3-反应产生的 HCO3-，由血液运输至肺， 并与氧合血红蛋白反应HCO3-+HHbO2 HbO2-+H2O+CO释放出的 CO2从肺呼出总之，由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用，使正常人血液的 pH维持在 7.357.45的狭小范围内。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页