(22)--3.1缓冲溶液的组成及缓冲机制.doc

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1、讲稿-3.1 缓冲溶液的组成及缓冲机制-韩玮娜同学们好！这节课包括两个知识点，缓冲溶液的概念、组成，缓冲溶液的作用机制。很多同学都听说过，我们的血液pH范围是很窄的，健康人的正常范围是7.357.45。若有0.1的改变，都可能会发生酸中毒(acidosis)或碱中毒(alkalosis)。若pH小于6.8或大于7.8，就会导致死亡。我们的身体每天都有着各种变化，比如饮食的改变、新陈代谢的改变等，可是却很少有人轻易的出现酸中毒或者碱中毒。那么，是什么维持了血液的pH正常范围呢？先通过一个实验来了解一下将要学习的缓冲溶液。有两份样品，一份是0.10 molL-1 NaCl溶液，另一份是含 HAc

2、和 NaAc 均为0.10 molL-1的混合溶液。分别往两份样品中滴加强酸 HCl 至c(HCl)=0.010 molL-1，观察pH的变化。先看第一份，首先用玻璃棒蘸取少量NaCl溶液滴加到pH试纸上，测得pH值是7，往溶液中滴加HCl至c(HCl)=0.010 molL-1，再次用玻璃棒蘸取少量溶液于pH试纸上，测得pH值是2，改变了5个pH单位。第二份溶液，加HCl前还是先测溶液pH值，呈现红色，比对标准值为4.5，加HCl 至浓度为0.010 molL-1后，发现试纸颜色变化不明显，无法准确判断出pH的改变值，改用pH计测pH值重新第二份样品的实验，发现溶液的pH由4.75变为4.6

3、6，改变仅0.09pH单位。实验告诉我们，第二份HAc NaAc 混合溶液具有抵抗外来少量强酸，而保持pH基本不变的能力。同样的方法，如果不加强酸，改为强碱或者少量蒸馏水，也就是进行稀释，也会得到同样的结论。那么，我们就把这种能够抵抗少量外来强酸、强碱，或在有限量稀释时，保持其pH基本不变的溶液，称为缓冲溶液。这里要注意几个关键词。少量，设想一下，如果加入大量的强酸或强碱，完全覆盖了原本的弱酸弱碱溶液，pH值一定会发生大的变化，因此有这个“少量”的关键词。后面三个词说明的是可以抵抗的溶液类型，最后的pH强调了缓冲溶液可以维持不变的是pH值，而并非其他的参数。缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用

4、称为缓冲作用。 什么样的溶液可以作为缓冲溶液呢？从刚才的HAc NaAc溶液看成，二者是共轭酸碱对，而由具有足够浓度和适当比例的共轭酸碱对的两种物质组成的溶液就是缓冲溶液。其中的共轭酸称为抗碱成分，共轭碱称为抗酸成分。组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffer system)或缓冲对(buffer pair)。从示意图上可以更清楚的看出，缓冲系一定是共轭酸碱对，这里面的共轭酸可以抵抗外来的碱，共轭碱可以抵抗外来的酸。既然这是一种抵抗作用，那么这种抵抗是如何发生呢？这也就是缓冲机制问题。 以HAcAc-体系为例，可以写出酸碱平衡式。加入少量强酸时，增加的H3O+与Ac-作用，平

5、衡左移，消耗了加入的H3O+，也正是由于Ac-的存在，才能与H3O+结合使平衡向左移动，因此Ac-就是抗酸成分。加入少量强碱时，加入的OH-与H3O+结合，平衡右移，又补充了损失的H3O+，而HAc的存在才能解离出H3O+，HAc是抗碱成分。在这个过程中，分别加入了酸或碱，但是容易的pH又基本没变，有的同学可能会比较困惑，从守恒的角度考虑，到底是什么改变了呢？我们再来看这个示意图。加入H3O+后，由于平衡的移动，消耗Ac-生成HAc，这二者的量发生了改变，而pH却基本不变，同样的道理，。加入OH-后，由于平衡的移动，消耗HAc生成Ac-，这二者的量发生了改变，而pH却基本不变。刚才的例子是偏酸

6、性的缓冲溶液，下面再以碱性的NH4+NH3体系为例说明缓冲机制。加入少量强酸时，增加的H3O+与OH-作用，平衡右移；加入少量强碱时，加入的OH-与NH4+结合，平衡左移。同样，从示意图看出改变的仍然是抗酸抗碱成分的量，而pH却基本不变。现在，我们再来解释课程伊始的问题，如何维持液血液pH的正常范围。在血浆中，有多种缓冲系，而以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。除了缓冲系的存在，人体的肾和肺的共同协调作用，也是保持pH的重要因素。我们来看，如果由于机体的某种变化，导致血液中H+浓度升高，H+结合HCO3-生成H2CO3，H2CO3进一步分解生成CO2，CO2通过

7、肺的呼吸作用排出体外，HCO3-的减少可以利用肾的调节作用进行补充，从而维持血液中的pH基本不变；反过来说，如果由于机体的某种变化而导致血液中碱性物质浓度升高，碱结合H+，H+的减少会使H2CO3发生解离，而H2CO3的减少可以通过CO2的溶解来补充，生成的多余的HCO3-再通过肾的代谢排出体外，从而维持血液中的pH基本不变。总结来说，缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分（共轭酸碱对），分别抵抗的只是外来的少量强酸、强碱，这就是缓冲溶液的组成；通过共轭酸碱对的质子转移平衡的移动，使溶液中H+离子或OH-离子浓度无明显的变化，因此具有缓冲作用，这就是缓冲溶液的机制，以上就是本节课的两个重点。谢谢！