无机化学酸碱平衡缓冲溶液省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四节缓冲溶液第四节缓冲溶液营养学教授指出，碱性食物对大鱼大肉当代人来说多有裨益，但这跟食物酸碱度没有多大关系，其好处于于被归类为“碱性”食物普遍含有当代人所缺乏营养物质，食物酸碱度本身对人体酸碱度及健康影响甚微。1第1页食物本身是酸性或碱性,不代表摄入体内PH值是一定。林秀红说,多数碱性食物摄入体内表现为碱性,但也有碱性或降低,甚至变为酸性。以牛奶为例,钙离子燃烧之后灰分,遇水生成氢氧化物,是强碱。可是在人体中,90%以上钙都是以固体形式存在,碱性虽强,却表达不出来。同理,肉类属于呈酸性食物,其主要营养成份是蛋白质。蛋白质中氮元素在我们体内则大部分以氨基酸形式存在,而且是很多生物碱中心原子,那么在体内它能够起到提升pH值作用。肉本身是酸性,但多数进入体内酸性很小,甚至变为碱性。2第2页试验试验 样品1：0.10 molL-1 NaCl溶液 样品2：含 HAc 和 NaAc 均为0.10 molL-1混合溶液 操作：滴加强酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL-1 观察现象：pH改变一、缓冲溶液组成和作用原理一、缓冲溶液组成和作用原理3第3页0.10mol/L NaCl溶液NaCl溶液中加入0.010 mol/HCl，溶液pH由7变为2，pH=50.10mol/LHAc-0.10 mol/L NaAc溶液0.10mol/L HAc-0.10mol/L NaAc溶液溶液中加入0.010 mol/L HCl，溶液pH由4.75变为4.74，pH=0.014第4页结论结论 HAc-NaAc 混合溶液含有抵抗外来少许强混合溶液含有抵抗外来少许强酸、强碱而保持酸、强碱而保持pH基本不变能力。基本不变能力。5第5页1.定义定义 能够抵抗外加少许酸碱或水稀释，而 保持pH基本不变溶液称为缓冲溶液缓冲溶液。2.组成组成抗碱组份抗碱组份 抗酸组分抗酸组分弱酸及对应盐 HAc NaAc弱碱及对应盐 NH4Cl NH3H2O酸式盐及其次级盐溶液 NaH2PO4 Na2HPO4缓冲溶液具有缓冲作用，是因为缓冲溶液中含有共轭酸碱对两种物质，即抗碱组分和抗酸组分，通常把这两种组分称为缓冲对或缓冲系。6第6页(1)弱酸及其对应盐以HAc-NaAc缓冲体系为例存在共轭酸碱对HAc-Ac-Ac-是共轭碱，结合质子HAc是共轭酸，释放质子 解离平衡：HAc H+Ac-NaAc Na+Ac-NaAc是强电解质完全解离，HAc为弱酸，有同离子效应，降低了HAc解离度，使HAc仅发生微弱解离。在混合溶液中cHAc（来自弱酸）和cAc-（主要来自NaAc）都较大，存在HAc解离平衡。3.作用原理作用原理7第7页加入少许加入少许OH-，它与，它与H+结合生成结合生成水，平衡向右移动水，平衡向右移动。HAc+H2O H3O+Ac-+OH-H2O 加入少许加入少许H+，它与，它与Ac-结合生成结合生成 HAc，平衡向左移动，平衡向左移动;8第8页抗酸成份抗碱成份CO2+H2OB-共轭酸共轭碱H2CO3 H+HCO3-H+9第9页抗酸离子反应方程式：Ac-+H+HAc在HAc-NaAc缓冲体系中加入少许酸（如盐酸）时，溶液中大量Ac-与H+结合生成HAc，同时其解离平衡左移。当建立新平衡时，cHAc略有增加，cAc-略有降低，而溶液中cH+几乎不变。所以NaAc是缓冲溶液抗酸成份。抗碱离子反应方程式：OH-+HAc Ac-+H2O在该缓冲体系中加入少许强碱，增加OH-与溶液中H+结合生成H2O，H+浓度降低使得HAc解离平衡右移，以补充H+降低。建立新平衡时，cHAc略有降低，cAc-略有增加，而溶液pH几乎不变。所以HAc是缓冲溶液抗碱成份。10第10页当加水稀释时，溶液中cH+降低，而解离度增加，补充了cH+降低，因而pH维持相对稳定。当加入大量酸、碱，溶液中HAc或Ac-消耗殆尽，就不再含有缓冲能力。所以缓冲溶液缓冲能力是有限。假如外界条件改变超出了该溶液缓冲能力，则溶液pH不再维持稳定。(2)弱碱及其对应盐自学(3)多元酸酸式盐及其对应次级盐自学11第11页二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH值计算值计算对于弱酸及其盐体系：对于弱酸及其盐体系：HA+H2O A-+H3O+上式称为亨德森-哈塞巴赫方程，又称缓冲公式。式中，HA是弱电解质，加之共轭碱(A-)同离子效应，致使HA解离度更小，故平衡时：缓冲比缓冲比c(HAc)ca c(Ac-)cb12第12页上式又可近似为：缓冲溶液pH取决于缓冲对中弱酸解离常数Ka和和缓冲液中缓冲比；对于同一缓冲溶液，Ka相同，其pH只取决于缓冲比。当缓冲比等于1（即cb=ca）时，缓冲溶液pH=pKa。13第13页【例】等体积0.2mol/L HAc与0.2mol/L NaAc混合，计算其 pH值。（已知HAcpKa=4.75）pH=4.75+lg（0.1/0.1）=4.75解：由公式答：0.2mol/L HAc与0.2mol/L NaAc混合液pH值为4.7514第14页解：(1)原缓冲溶液pH为：【例】在100mL浓度各为0.10 mol/LHAc和NaAc缓冲溶液中，加入0.1mL 1mol/LHCl溶液，计算pH怎样改变？（已知HAcpKa=4.75。）(2)加入HCl溶液后，HCl浓度变为15第15页溶液pH比原来降低了约0.01单位，几乎未改变。而若向纯水中加入，则改变约4个单位。则：HAc=0.1+0.001=0.101 mol/L Ac-=0.1 0.001=0.099 mol/L此时发生反应：HCl+NaAc=HAc+NaCl代入公式，得：16第16页三、缓冲溶液配制三、缓冲溶液配制 选择适当缓冲对选择适当缓冲对标准：标准：缓冲溶液pH应该落在pKa-1 pH pKa+1之间，并尽可能靠近共轭酸pKa，这么所配缓冲溶液含有较大缓冲容量。欲配制缓冲溶欲配制缓冲溶液液 pH 值值应选择缓冲组分应选择缓冲组分17第17页 所选择缓冲对不能与反应物或生成物发生作用，药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等。缓冲溶液总浓度控制在0.10.5mol/L之间较适宜 为了使缓冲溶液含有较大缓冲容量，应尽可能使 缓冲比靠近于1。并计算出所需共轭酸、碱量。用精密pH试纸或pH计对缓冲溶液pH进行校正。18第18页缓冲溶液在医学上意义 在人体内缓冲溶液非常主要。人体内pH只所以能保持在7.357.45之间，是因为人体内存在各种缓冲对。人体血液中存在主要缓冲对有：血浆中：H2CO3-HCO3-；H2PO4-HPO4 2-；血浆蛋白酸-血浆蛋白盐 研究证实：在这些主要缓冲对中，H2CO3-HCO3-共轭酸碱对在血液中浓度最高，缓冲能力最大，对维持血液正常pH起着决定性作用。19第19页【例】在研究酸雨造成某低土壤酸化问题时，需要pH=10.00碳酸盐缓冲溶液，在500mL 0.20mol/LNaHCO3中，需要加入多少克碳酸钠来配制？已知：H2CO3 Ka1=4.3010-7；Ka2=5.6210-11；解：该缓冲溶液中：n(HCO3-)=0.20.5=0.10mol答：所需要碳酸钠质量为：0.0561066.0g20第20页水到底有没有缓冲能力？水到底有没有缓冲能力？pH =4体系体系pH值由值由7快速变为快速变为4。在在50ml水中加入水中加入1滴滴0.1molL-1HCl，计算体系，计算体系pH改变。改变。21第21页当加入当加入1滴滴0.1molL-1NaOH时：时：pH=10体系体系pH值由值由7快速变为快速变为10。由此证实：水没有缓冲能力由此证实：水没有缓冲能力由此证实：水没有缓冲能力由此证实：水没有缓冲能力22第22页