基础化学第04章缓冲溶液

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1、第四章缓冲溶液许多反应，往往都需要在一定的pH值条件下才能正常进行，例如，细菌培养、生物体内酶催化反应等。当溶液的pH值不合适或反应过程中溶液的pH值有了较大改变时，都会影响反应的正常进行。人体内的各种体液都具有一定的pH值范围，如正常人血液的pH值范围为7.35〜7.45,如超出这个范围，就会出现不同程度的酸中毒或碱中毒症状，严重时可危及生命。怎样才能使溶液（或体液）的pH值基木恒定，这是一个在化学上和医学上都同样重要的问题。第一节缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液的缓冲作用和组成实验表明，分别在lLO.lOmol・L^Na

2、Cl溶液和1L含HAc和NaAc均为O.lOmol的溶液中,加入O.OlOmol强酸（HC1）或O.OlOmol强碱（NaOH）,NaCl溶液的pH值发生了显著变化（改变了5个pH单位），而HAc和NaAc混合溶液的pH值改变很小（仅改变了不足0.1个pH单位）。如用水稍加稀释时，HAc和NaAc混合溶液的pH值随稀释而改变的幅度也很小。这说明HAc和NaAc混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持pH值基本不变的能力。我们把这种能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液（buff

3、ersolution）。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用称为缓冲作用（bufferaction）。较浓的强酸如HC1溶液或较浓的强碱如NaOH溶液，当加入少量强酸、强碱，其pH值基本保持不变，所以它们也具有缓冲作用。但由于这类溶液的酸性或碱性太强，实用上很少当作缓冲溶液使用。我们通常所说的缓冲溶液一般是由足够浓度的共辄酸碱对的两种物质组成的。例如：HAc-NaAc.NH3-NH4CI>NaH2PO4-Na2HPO4^o在实际应用中，往往还可采用酸碱反应的牛成物与剩余的反应物组成缓冲系，如：弱酸（过量）+强碱：HAc（过

4、量）+NaOH强酸+弱酸的共轨碱（过量）：HCl+NaAc（过量）实际上它们形成的仍然是共觇酸碱对的两种物质。「组成缓冲溶液的共饥酸碱对的两种物质合称为缓冲系（buffersystem）或缓冲对（bufferpair）o一些常见的缓冲系列在表4・1中。表4T常见的缓冲系缓冲系弱酸共辘碱质子转移平衡pK』25°C)HAc-NaAcHAcAcHAc+HoOAc+H3O4.76H2CO3-NaHC3H2CO3HCO3H2CO3+h2oHCO3+H3O6.35H3PO4-NaH2PO4H3PO4H2PO4H3PO4+H2OH2PO

5、4+H3O2.16Tris・HCl・Tris①Tris•HTrisTris•H+H2OTris+H3O+7.85h2c8h404-khc8h4o4'H2GH4O4hc8h4o4H2C8H4O4+H2OHCsH4O4+h3o2.89NH4C1-NH3NH4nh3NH4+H2ONH3+H3O+9.25CH3NH3C1-CH3NH2③NaH2PO4-Na2HPO4CH3NH3+H2POJCH3NH2HPO/CH3NH3VH2OH2PO4+H2OCH3NH2+H3O+HPOZ+HsO'10.637.21Na2HPO4・hpo42_

6、PO43-HPO42+H2Opo434-h3o+12.32①三（径甲基）甲胺盐酸盐-三（径甲基）甲胺②邻苯二甲酸-邻苯二甲酸氢钾③盐酸甲胺-甲胺二、缓冲机制缓冲溶液为什么具有缓冲作用呢？以HAc・NaAc缓冲系为例来说明缓冲溶液的缓冲机制。NaAc是强电解质，在溶液中完全以N『和Ac「离子状态存在；HAc是弱电解质，在溶液中只部分解离，并且因来自NaAc的Ac「的同离子效应，使HAc几乎完全以分子状态存在于溶液中。所以在HAc・NaAc缓冲溶液存在有大量的HAc和Ac,且二者是共辘酸碱对，它们之间的质子转移平衡关系可用下式

7、表示HAc+H2OH3O++Ac-NaAcNa+Ac当在该溶液屮加入少量强酸时，溶液屮大量存在的碱Ac-便发生如下反应H+AcHAc使HAc质子转移平衡左移，消耗掉外来的H•离子，因而溶液中的R离子浓度没有明显升高，溶液的pH值基本保持不变。可见，缓冲系中的共觇碱发挥抵抗外来强酸的作用，故称之为缓冲溶液的抗酸成分。当溶液中加入少量强碱吋，溶液中发生如下反应OH+H302H2O使HAc质子转移平衡右移，补充消耗掉的HQ离子，因而溶液中的H离子浓度没有明显降低，溶液的pH值基本保持不变。缓冲系中的共辘酸发挥了抵抗外来的强碱的作

8、用，故称Z为缓冲溶液的抗碱成分。当溶液稀释时，其中H+离子浓度虽然降低了，但Ac「离子浓度同时也降低了。因而同离子效应减弱，促使HAc解离度增大。HAc进一步解离度所产牛的H+离子可使溶液的pH值基本保持不变。总之，由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，它们通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗掉