《医学有机化学》课程学习指导（医用基础化学）第四章 缓冲溶液（含测试，无答案）

第四章缓冲溶液内容提要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缓冲溶液是一种能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持pH基本不变的溶液。这种对pH稳定的作用称为缓冲作用。缓冲溶液一般由足够浓度的共轭酸碱对组成。共轭酸碱对称为缓冲系或缓冲对，其中共轭酸起抗碱作用，称为抗碱成分；共轭碱起抗酸作用，称为抗酸成分。二、缓冲机制以足量HAc和Ac-组成的缓冲溶液系为例。缓冲溶液中存在同离子效应：HAc+H20-H30++Ac1.当加入少量强碱（HO-）时，被消耗掉H3O+由抗碱成分HAc通过质子转移平衡而加以补充，从而pH基本不变。2.当加入少量强酸（H+）时，抗酸成分Ac-与H3O+结合生成HAc，从而pH基本不变。第二节缓冲溶液的pH一、缓冲溶液pH的计算公式（一）基本公式Henderson-Hasselbalch方程式在HB-NaB组成的缓冲溶液中，HB和B-的质子转移平衡用下式表示：HB+H20:=H30++B(4.1)由平衡可得[H:0+]=Kax [HB][B-]=pKa+Ig[共轭碱][B]pH=pKa+Ig(4.2)[HB][共轭酸]此式即计算缓冲溶液pH的Henderson—Hasselbalch方程式。[B-]与[HB]的比值称为缓冲比，[B]与[HB]之和称为缓冲溶液的总浓度

第四章 缓冲溶液 内容提要 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 缓冲溶液是一种能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持 pH 基本不 变的溶液。这种对 pH 稳定的作用称为缓冲作用。 缓冲溶液一般由足够浓度的共轭酸碱对组成。共轭酸碱对称为缓冲系或缓冲 对，其中共轭酸起抗碱作用，称为抗碱成分；共轭碱起抗酸作用，称为抗酸成分。 二、缓冲机制 以足量 HAc 和 Ac-组成的缓冲溶液系为例。缓冲溶液中存在同离子效应： HAc+H2O H3O+ + Ac- 1．当加入少量强碱（HO-）时，被消耗掉 H3O+由抗碱成分 HAc 通过质子转移平 衡而加以补充，从而 pH 基本不变。 2．当加入少量强酸（H+）时，抗酸成分 Ac-与 H3O+结合生成 HAc，从而 pH 基本不变。 第二节 缓冲溶液的 pH 一、缓冲溶液 pH 的计算公式 （一）基本公式——Henderson-Hasselbalch 方程式 在 HB-NaB 组成的缓冲溶液中，HB 和 B-的质子转移平衡用下式表示： HB +H2O H3O++B- (4.1) 由平衡可得 [H3O+ ]＝Ka× [B ] [HB] − pH＝pKa+lg [HB] [B ] − ＝pKa+lg [ ] [ ] 共轭酸 共轭碱 (4.2) 此式即计算缓冲溶液 pH 的 Henderson—Hasselbalch 方程式。 [B- ]与[HB]的比值 称为缓冲比，[B- ]与[HB]之和称为缓冲溶液的总浓度

（二）应用公式1. 因同离子效应，c(B-)~[B],c(HB)~[HB]pH=pKa+1g =pKa+lg C(B)(4.3)[HB]c(HB)2. 因 c(B-)=n(B-)/V, c(HB)=n(HB)/V,有n(B-)/Vn(B-)pH=pKa+lg-pKa+Ig-(4.4)n(HB)/Vn(HB)3. 因 n(B-)=c(B-)×V(B-),n(HB)=c(HB)xV(HB),若使c(B-)=c(HB),有V(B)c(B-)·V(B-)pH=pKa+lg -=pKa+lg(4.5)V(HB)c(HB)·V(HB)二．缓冲溶液计算公式的意义1.缓冲溶液的pH主要取决于Ka。温度对K，有影响。2.缓冲溶液的pH还取决于缓冲比c(B-)/c(HB)。3.当缓冲溶液稀释时，c(B-)/c(HB)比值基本不变，pH基本不变。4.该公式只适用于近似计算缓冲液pH。三、缓冲溶液pH计算公式的校正(略)第三节缓冲容量和缓冲范围一、缓冲容量缓冲容量β定义为defd na(b)β(4.7)VdpH单位：mol-L-1-pH-。式中dna(b)为加入的强酸或强碱的物质的量。pH改变值dpH愈小，则β值愈大，缓冲溶液的缓冲能力愈强。二、影响缓冲容量的因素缓冲容量与缓冲溶液的总浓度C总(C总=[HB]+[B-])及[B-]、[HB]的关系d na(b)B==2.303×[HB][B-]/c总V/dpH

（二）应用公式 1. 因同离子效应，c(B- )≈[ B- ]，c(HB) ≈ [HB] pH＝pKa+lg [HB] [B ] − ＝pKa+lg (HB) (B ) - c c (4.3) 2．因 c(B- )=n(B- )/V，c(HB)=n(HB)/V，有 pH＝pKa+lg n V n V (HB)/ (B )/ − ＝pKa+lg (HB) (B ) n n − (4.4) 3．因 n(B- )= c(B- )×V(B- )，n(HB)= c(HB)×V(HB)，若使 c(B- )=c(HB)，有 pH＝pKa+lg (HB) (HB) (B ) (B ) c V c V   − − ＝pKa+lg (HB) (B ) V V − (4.5) 二．缓冲溶液计算公式的意义 1．缓冲溶液的 pH 主要取决于 Ka。温度对 Ka 有影响。 2．缓冲溶液的 pH 还取决于缓冲比 c(B- )/c(HB)。 3．当缓冲溶液稀释时，c(B- )/c(HB)比值基本不变，pH 基本不变。 4．该公式只适用于近似计算缓冲液 pH。 三、缓冲溶液 pH 计算公式的校正 (略) 第三节 缓冲容量和缓冲范围 一、缓冲容量 缓冲容量 β 定义为 β dpH d a (b) V n (4.7) 单位：mol·L-1·pH-1。式中 dna(b)为加入的强酸或强碱的物质的量。pH 改变值|dpH| 愈小，则 β 值愈大，缓冲溶液的缓冲能力愈强。 二、影响缓冲容量的因素 缓冲容量与缓冲溶液的总浓度 c 总(c 总=[HB]+[B- ])及[B- ]、[HB]的关系 β＝ dpH d a (b) V n ＝2.303×[HB][B- ]/c 总 def

此式可改写为：[HB][B]×(HB] +[B-])(4.8)β=2.303(HB] +[B-])([HB] +[B-])1.当缓冲比一定，C总愈大，β愈大。通常c总在0.05～0.02molL-l之间。2.当总浓度一定，缓冲比愈远离1，缓冲容量愈小。缓冲比等于1时，缓冲容量达极大值。(4.9)β极大=2.303×(c总/2)(c总/2)/c总=0.576c总三、缓冲范围由于缓冲比影响缓冲容量，缓冲溶液须在一定缓冲比范围有效，其相应pH范围称为缓冲范围。当缓冲比小于1/10或大于10/1时，缓冲溶液基本失去缓冲能力，故缓冲范围为pH=pKa士1。当pH=pKa，缓冲容量达极大值。第四节缓冲溶液的配制一、缓冲溶液的配制方法（一）缓冲系的选择原则1.在缓冲溶液的缓冲范围pH=pKa+1内选择合适缓冲系。2.一般选用总浓度在0.05~0.2molL-l。3.根据Henderson一Hasselbalch方程式计算所需共轭酸碱的量。（二）配制方法1.为配制方便，一般常使用相同浓度的共轭酸碱2.还可采用过量酸（碱）与强碱（酸）反应组成缓冲系，如：HAc（过量）+NaOH-HCI+NaAc（过量）。二、标准缓冲溶液标准缓冲溶液性质稳定，并有一定抗稀释能力。应用于校准pH计。第五节血液中的缓冲系人体的主要缓冲系有：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-

此式可改写为： ( ) ( ) ([HB] [B ]) [HB] [B ] [B ] [HB] [B ] [HB] 2.303 − − − −  + +  +  = (4.8) 1. 当缓冲比一定，c 总愈大，β 愈大。通常 c 总在 0.05～0.02mol·L-1 之间。 2. 当总浓度一定，缓冲比愈远离 1，缓冲容量愈小。缓冲比等于 1 时，缓冲容量 达极大值。 β 极大＝2.303×(c 总/2)(c 总/2)/c 总＝0.576c 总 (4.9) 三、缓冲范围 由于缓冲比影响缓冲容量，缓冲溶液须在一定缓冲比范围有效，其相应 pH 范围 称为缓冲范围。当缓冲比小于 1/10 或大于 10/1 时，缓冲溶液基本失去缓冲能力， 故缓冲范围为 pH＝pKa±1。当 pH＝pKa，缓冲容量达极大值。 第四节 缓冲溶液的配制 —、缓冲溶液的配制方法 （一）缓冲系的选择原则 1. 在缓冲溶液的缓冲范围 pH=pKa±1 内选择合适缓冲系。 2. 一般选用总浓度在 0.05～0.2mol·L-1。 3. 根据 Henderson—Hasselbalch 方程式计算所需共轭酸碱的量。 （二）配制方法 1. 为配制方便，一般常使用相同浓度的共轭酸碱。 2. 还可采用过量酸（碱）与强碱（酸）反应组成缓冲系，如： HAc（过量）+ NaOH═HCl+NaAc（过量）。 二、标准缓冲溶液 标准缓冲溶液性质稳定，并有一定抗稀释能力。应用于校准 pH 计。 第五节 血液中的缓冲系 人体的主要缓冲系有： 血浆中：H2CO3-HCO3 -、H2PO4 - -HPO4 2-、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 - -HPO4 2-

碳酸缓冲系是主要缓冲系中，以溶解状态的CO2和HCO3组成：=H++HCO3CO2(落解)+H2O二H2CO3=CO2溶解在离子强度为0.16的血浆中，体温37℃时，pKa为6.10，所以IHCO,1] =6.10+g IHCO,]pH=pKa +lg(4.10)[CO,]溶解[CO,]溶解血浆[HCO3]和[CO2]溶解浓度分别为0.024mol-L-1和0.0012mol-L-],0.024mol -L-lpH=6.10 +lg0.0012mol-L-l20=7.40=6.10 + lg1人体是开系统，上述缓冲比20：1由呼吸作用和肾的生理功能调节。难题解析例4-1现有1.0L缓冲溶液，内含0.01molH2PO4、0.030molHPO42~。（1）计算该缓冲溶液的pH；（2）往该缓冲溶液中加入0.0050molHCI后，pH等于多少？析 题设缓冲系: H-PO:— HPO,2+H,用公式 pH=pk+gmCHPO2)n(H,PO)计算。若加入HCI，H+与HPO42-反应生成H2PO4。解（1）根据H3PO4:pKal=2.16;pKa2=7.21;pKa3=12.32n(HPO:) =721+Ig0.030molpH=pKa+lg"=7.680.010moln(H,PO)（2）加入0.0050molHC后：n(HPO,) =7,21+lg0.030mol0.0050mol=7.42pH=pKa+Ig0.010mol+0.0050moln(H,PO4)例4-2柠檬酸（缩写H3Cit）常用于配制供培养细菌的缓冲溶液。如用500mL的0.200mol·L-1柠檬酸，须加入0.400mol-L-l的NaOH溶液多少毫升，才能配成pH为5.00的缓冲溶液？（已知柠檬酸的pKai=3.14，pKa2=4.77，pKa3=6.39)析要配pH5.00的缓冲溶液，应选pKa2，缓冲系NaH2Cit-Na2HCit，用NaOH与H3Cit完全反应生成NaH2Cit，再与NaH2Cit部分反应生成Na2HCit。解设H3Cit全部转化为NaH2Cit需NaOH溶液VimL：

碳酸缓冲系是主要缓冲系中，以溶解状态的 CO2 和 HCO3 -组成： CO2(溶解)+H2O H2CO3 H++ HCO3 - CO2 溶解在离子强度为 0.16 的血浆中，体温 37℃时，pKa ，为 6.10，所以 pH＝pKa ， +lg [CO ]溶解 [HCO ] 2 3 − =6.10+lg [CO ]溶解 [HCO ] 2 3 − (4.10) 血浆[HCO3 - ]和[CO2]溶解浓度分别为 0.024mol·L-1 和 0.001 2mol·L-1， pH＝6.10 + lg 1 1 0.0012mol L 0.024mol L − −   ＝6.10 + lg 1 20 ＝7.40 人体是敞开系统，上述缓冲比 20∶1 由呼吸作用和肾的生理功能调节。 难题解析 例4-1 现有1.0L缓冲溶液，内含0.01mol H2PO4 -、0.030mol HPO4 2-。 （1） 计算该缓冲溶液的pH； （2） 往该缓冲溶液中加入0.005 0 mol HCl 后，pH等于多少？ 析 题设缓冲系：H2PO4 - HPO4 2-+ H+，用公式 pH＝pKa+lg (H PO ) (HPO ) 2 4 2 4 − − n n 计算。若加入HCl，H+与HPO4 2- 反应生成H2PO4 -。 解 （1）根据H3PO4: pKa1=2.16;pKa2=7.21;pKa3=12.32 pH＝pKa+lg (H PO ) (HPO ) 2 4 2 4 − − n n =7.21+lg 0.010mol 0.030mol =7.68 （2）加入0.005 0 mol HCl后： pH＝pKa+lg (H PO ) (HPO ) 2 4 2 4 − − n n =7.21+lg 0.010mol 0.0050mol 0.030mol 0.0050mol + − = 7.42 例 4-2 柠檬酸（缩写 H3Cit）常用于配制供培养细菌的缓冲溶液。如用 500mL 的 0.200 mol·L-1 柠檬酸，须加入 0.400 mol·L-1 的 NaOH 溶液多少毫升，才能配成 pH 为 5.00 的缓冲溶液？（已知柠檬酸的 pKa1=3.14，pKa2= 4.77，pKa3=6.39） 析 要配 pH5.00 的缓冲溶液，应选 pKa2，缓冲系 NaH2Cit-Na2HCit，用 NaOH 与 H3Cit 完全反应生成 NaH2Cit，再与 NaH2Cit 部分反应生成 Na2HCit。 解 设 H3Cit 全部转化为 NaH2Cit 需 NaOH 溶液 V1 mL：

0.200molL-lx500mL=0.400mol-L-l×VimL解得：Vi= 250设NaH2Cit部分转化，组成NaH2Cit-Na2Hcit缓冲系，需NaOH溶液V2mL：NaH2Cit +NaOH -Na2HCit+H20n（Na2HCit）=0.400molL-lxV2mL=0.400V2mmoln (NaH2Cit)=0.200molL-l×500mL0.400mol-L-IxV2mL=(100-0.400 V2)mmol0.400V,mmol n(Na, HCit) = 4.77+1gpH=pKa2+lg5.00n(NaH,Cit)(100-0.400V,)mmol解得：V2 = 157共需加入Na0H溶液的体积：VimL+V2mL=250mL+157mL=407mL例4-3今有500mL总浓度0.200molL-l、pH4.50的HAc一NaAc缓冲溶液，欲将pH调整到4.90，需加NaOH多少克？调整后缓冲溶液的缓冲容量是多少？解查表得HAc的pKa=4.76，在pH4.50的缓冲溶液中：0.200mol ·L-c(NaAc)4.50= 4.76 + 1gc(HAc)c（HAc）=0.130mol-L-I解得c（NaAc)=0.200 mol-L-1-0.130mol-L-l=0.070mol-L-加入固体NaOHmg：mg0.070mol-L×0.50L+40g · mol-4.90=4.76+lgmg0.130mol-L*×0.50L40g· mol-l解得：m = 0.92在pH4.90的缓冲溶液中：0.92g[HAc] = 0.130 mol-L-1,= 0.084molL-140gmol*×0.50L0.92g0.116mol-L-l[Ac] =0.070 mol-L-1 +40g.mol*×0.50L缓冲容量为：

0.200 mol·L-1×500 mL = 0.400 mol·L-1×V1 mL 解得： V1 = 250 设 NaH2Cit 部分转化，组成 NaH2Cit－Na2Hcit 缓冲系，需 NaOH 溶液 V2 mL： NaH2Cit + NaOH Na2HCit + H2O n（Na2HCit）= 0.400 mol·L-1×V2 mL= 0.400V2 mmol n（NaH2Cit）= 0.200 mol·L-1×500 mL－0.400 mol·L-1×V2 mL = (100－0.400 V2)mmol pH = pKa2 + lg (NaH Cit) (Na HCit) 2 2 n n = 4.77＋lg (100 - 0.400 )mmol 0.400 mmol 2 2 V V = 5.00 解得： V2 = 157 共需加入 NaOH 溶液的体积： V1 mL + V2 mL = 250 mL + 157 mL = 407 mL 例4-3 今有500mL总浓度0.200 mol·L-1、pH4.50的HAc－NaAc缓冲溶液，欲 将pH调整到4.90，需加NaOH多少克？调整后缓冲溶液的缓冲容量是多少？ 解 查表得HAc的pKa= 4.76，在pH4.50的缓冲溶液中： 4.50 = 4.76 + lg (HAc) 0.200mol L (NaAc) -1 c  − c 解得 c（HAc）= 0.130mol·L-1 c（NaAc）= 0.200 mol·L-1－0.130 mol·L-1= 0.070mol·L-1 加入固体 NaOH mg： 4.90 = 4.76 + lg -1 -1 -1 -1 40g mol g 0.130mol L 0.50L 40g mol g 0.070mol L 0.50L    −    + m m 解得： m = 0.92 在 pH4.90 的缓冲溶液中： [HAc] = 0.130 mol·L-1－ 40g mol 0.50L 0.92g -1   = 0.084mol·L-1 [Ac- ] = 0.070 mol·L-1＋ 40g mol 0.50L 0.92g -1   = 0.116mol·L-1 缓冲容量为：

β= 2.303×|HAlAe_2.303×0.084mol-L x0.116mol-L= 0.112 mol-L-10.084mol -L* +0.116mol-L[HAc] +[Ac]例4-4用0.025mol·L-"的HsPO4和0.10mol-L-l的NaOH，配制pH7.40的缓冲溶液100mL，求所需H3PO4和NaOH的体积比。解缓冲系为NaH2PO4-Na2HPO4。设需H3PO4体积VimL，NaOH体积V2mL。n(H3PO4)=0.025 mol-L-l×Vl mL= 0.025Vi mmoln(NaOH)=0.10mol-L-lxV2mL=0.10V2mmolH3PO4+NaOHNaH2PO4+H2O反应前0.025Vimmol0.10V2mmol反应后0.025Vimmol(0.10V2-0.025V/)mmol+NaH2PO4NaOH:Na2HPO4+H2O起始0.025Vimmol(0.10V2-0.025V))mmol平衡时[0.025Vi-(0.10V2-0.025V)]mmol(0.10V2-0.025V)mmol=(0.050Vl-0.10V2)mmolg(0.10V,-0.025V,)mmolpH=pKa+ Ig= 7.40n(NaH,PO.)V=2.5V2相关知识介绍肺和肾在维持酸碱平衡中的作用通过肺的呼吸运动调节血浆中H2CO3的浓度，来维持正常酸碱范围。当新陈代谢产生的CO2溶入血液，以及代谢中产生的其它非挥发性酸，使血中酸浓度增高，pH随之降低。同时，血液中H2CO3分解增强，提高了血中CO2的浓度。CO2分压增高和pH降低，均可刺激呼吸中枢，引起呼吸加深加快，使血液将CO2送至肺部进行交换、CO2由肺部排出体外。呼出CO2，使[HCO3]/[CO2]密解比值接近20/1，pH恢复正常范围。当碱性物质进入血液时，使血中H2CO3浓度降低、HCO3浓度增高，pH升高，H2CO3分解减弱，从而降低了血浆中CO2的浓度。CO2分压降低和pH升高对呼吸中枢产生抑制，呼吸变浅变慢，减少排出CO2，以维持中的H2CO3浓度，使[HCO3]/[H2CO3]接近20/1的正常比值，血液pH也

β = [HAc] [Ac ] 2.303 [HAc][Ac ] − − +  = -1 -1 -1 -1 0.084mol L 0.116mol L 2.303 0.084mol L 0.116mol L  +      = 0.112 mol·L-1 例 4-4 用 0.025 mol·L-1 的 H3PO4 和 0.10 mol·L-1 的 NaOH，配制 pH7.40 的 缓冲溶液 100 mL，求所需 H3PO4 和 NaOH 的体积比。 解 缓冲系为NaH2PO4-Na2HPO4。设需H3PO4体积V1 mL，NaOH体积V2 mL。 n(H3PO4) = 0.025 mol·L-1×V1 mL = 0.025V1 mmol n(NaOH) = 0.10 mol·L-1×V2 mL = 0.10V2 mmol H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O 反应前 0.025V1mmol 0.10V2mmol 反应后 (0.10V2-0.025V1) mmol 0.025V1mmol NaH2PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2O 起始 0.025V1mmol (0.10V2-0.025V1) mmol 平衡时 [0.025V1-(0.10V2-0.025V1)]mmol (0.10V2-0.025V1) mmol = (0.050V1-0.10V2) mmol pH = pKa + lg (NaH PO ) (Na HPO ) 2 4 2 4 n n = 7.21 + lg (0.050 0.10 )mmol (0.10 0.025 )mmol 1 2 2 1 V V V V − − = 7.40 2.5 2 1 = V V 相关知识介绍 肺和肾在维持酸碱平衡中的作用 通过肺的呼吸运动调节血浆中 H2CO3 的浓度，来维持正常酸碱范围。当新 陈代谢产生的 CO2 溶入血液，以及代谢中产生的其它非挥发性酸，使血中酸浓 度增高，pH 随之降低。同时，血液中 H2CO3 分解增强，提高了血中 CO2 的浓度。 CO2 分压增高和 pH 降低，均可剌激呼吸中枢，引起呼吸加深加快，使血液将 CO2 送至肺部进行交换、CO2 由肺部排出体外。呼出 CO2，使[HCO3 - ]/ [CO2]溶解比 值接近 20/1，pH 恢复正常范围。当碱性物质进入血液时，使血中 H2CO3 浓度降 低、HCO3 -浓度增高，pH 升高，H2CO3 分解减弱，从而降低了血浆中 CO2 的浓 度。CO2 分压降低和 pH 升高对呼吸中枢产生抑制，呼吸变浅变慢，减少排出 CO2， 以维持中的 H2CO3 浓度，使[HCO3 - ] /[H2CO3]接近 20/1 的正常比值，血液 pH 也

就恢复正常范围。总之，肺部通过控制呼出CO2的量，精确调节[HCO3}]/[H2CO3]的分母，维持血液pH的相对恒定。肺的调节作用较迅速，正常情况下10~30分钟内即可完成。肾在维持酸碱平衡的作用中是通过保留NaHCO3多少的方式来调节着[HCO3-1/[H2CO3]比值，使之维持正常。肾将体内的酸转化为铵盐和磷酸盐随尿液排出体外，同时还要补充血液中消耗掉的HCO3，所以肾具有排酸和保碱的双作用。肾的调节作用比较缓慢，通常需要数小时或数天才能够完成，《基础化学（第六版）》习题解答1.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。血液中溶解的CO2与HCO3-组成缓冲系。[HCO3-1/CO2|溶解为20/1时，pH=7.40。若pH7.45，发生碱中毒。当[H3O+增加，抗酸成分HCO3与H3O+结合；当[OH]增加，与H3O+生成H2O，促使H2CO3生成的抗碱成分H2CO3离解，以补充H3O+。[HCO3"][CO2]溶解改变不明显。因此血液H2CO3-HCO3*缓冲系与其他缓冲系一起维持pH7.35~7.45的正常狭小范围。2.缓冲容量是衡量缓冲能力大小的尺度，表现为单位体积缓冲溶液pH发生一定变化时所能抵抗外加一元强酸或一元强碱的物质的量。影响缓冲容量的主要因素是缓冲系的总浓度和缓冲比：缓冲比一定，总浓度越大缓冲容量越大：总浓度一定，缓冲比越接近于1缓冲容量越大。总浓度相同、缓冲比相同的HAc-NaAc和H2CO3-HCO3缓冲系的缓冲容量相同。3. (1)HCI+NH3H2O、(2)HCI+Tris、(4)Na2HPO4 +Na3PO4和(5)HPO4 +NaOH可用来配制缓冲溶液。10.0g4.(HCO)= 4.090m0=0.11mol10.0gn(CO)=106g-mol-=0.094molpH=pK, + 1g n(CO:), 0.094mol =10.15=10.25+g0.119moln(HCO,)5.设c(HCOONa)=xmol-L-l，则c(HCOOH)=0.400mol-L-l-xmol-L-1xmol -L-IpH = 3.90 = 3.7 + 1 0.400mol L-xmol Lc(HCOO-)=x mol-L-l=0.236mol-L-1

就恢复正常范围。总之，肺部通过控制呼出 CO2 的量，精确调节[HCO3 - ] /[H2CO3] 的分母，维持血液 pH 的相对恒定。肺的调节作用较迅速，正常情况下 10~30 分 钟内即可完成。 肾在维持酸碱平衡的作用中是通过保留 NaHCO3 多少的方式来调节着 [HCO3 - ] / [H2CO3]比值，使之维持正常。肾将体内的酸转化为铵盐和磷酸盐随尿 液排出体外，同时还要补充血液中消耗掉的 HCO3 -，所以肾具有排酸和保碱的双 作用。肾的调节作用比较缓慢，通常需要数小时或数天才能够完成。 《基础化学（第六版）》习题解答 1. 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。 血液中溶解的 CO2 与 HCO3 -组成缓冲系。[HCO3 - ]/[CO2]溶解为 20/1 时，pH=7.40。 若 pH7.45，发生碱中毒。当[H3O+ ]增加，抗酸成分 HCO3 - 与 H3O+结合；当[OH- ]增加，与 H3O+生成H2O，促使 H2CO3生成的抗碱成分 H2CO3 离解，以补充 H3O+。[HCO3 - ]/[CO2]溶解改变不明显。因此血液 H2CO3–HCO3 -缓冲 系与其他缓冲系一起维持 pH 7.35~7.45 的正常狭小范围。 2. 缓冲容量是衡量缓冲能力大小的尺度，表现为单位体积缓冲溶液 pH 发生 一定变化时所能抵抗外加一元强酸或一元强碱的物质的量。影响缓冲容量的主要 因素是缓冲系的总浓度和缓冲比：缓冲比一定，总浓度越大缓冲容量越大；总浓 度一定，缓冲比越接近于 1 缓冲容量越大。总浓度相同、缓冲比相同的 HAc-NaAc 和 H2CO3-HCO3 -缓冲系的缓冲容量相同。 3. (1) HCl + NH3·H2O、(2) HCl + Tris、(4) Na2HPO4 + Na3PO4 和(5) H3PO4 + NaOH 可用来配制缓冲溶液。 4. 0.119mol 84.0g mol 10.0g (HCO ) 3 1 =  = − − n 0.094mol 106g mol 10.0g (CO ) 1 2 3 =  = − − n 10.15 0.119mol 0.094mol 10 25 lg (HCO ) (CO ) pH p lg 3 2 3 = a + =  + = − − n n K 5. 设 c(HCOONa)=xmol·L-1 , 则 c(HCOOH)=0.400mol·L-1 -xmol·L-1 1 1 1 0.400mol L mol L mol L pH 3.90 3.74 lg − − −  −   = = + x x c(HCOO- ) =x mol·L-1=0.236mol·L-1

c(HCOOH)=0.400mol·L-1-0.236mol-L-1=0.164mol·L-l0.20g/40g·mol-l1000mL6.0.050mol-L-ln(NaOH)=1L100mL因加入NaOH后，[B-]+0.050mol ·L-]pH=5.60=5.30+lg0.25mol·Ll-0.050mol·Ll[B-] = 0.35mol-L-10.35mol -L-l固原溶液pH = 5.30 + lg=5.450.25mol·L-ln(Asp~)n(Asp)=2.957.=3.50+lgpH= pK, +Ign(HAsp)n(HAsp)n(Asp)2=0.28n(HAsp)0.65g又=0.0036moln(Asp~)+n(HAsp)180.2g-mol-ln(HAsp) = 0.0028 mol可吸收阿司匹林的质量=0.0028molx180.2g:mol-l=0.50g8.求近似pH1.8g/40g ·mol*lpH = pKa+Ig n(C,H,COO)2=4.87+lg000L×0.20ml8g/4gmo=4.7n(C,H,COOH)求精确pH，丙酸钠(C2HsCOONa)是强电解质0.045mol1 ×12+ 0.045mol ×12)=0. 09 mol L-1~0.1 mol L-11ZciZ2 ==220.500L0.500Lg(B=)当Z=0，1=0.10，校正因数-0.11(HB)+l。(C,H,COO-)n(C,H,COO-)pH=pKa+g= 4.78 +(0.11)= 4.67n(C,H,COOH)(C,H,COO)9.HAc溶液和NaOH溶液的体积分别为3V和V，c(HAc)=(0.10 mol-L-Ix3V-0.10 mol-L-1xV/(3V+V) =0.050 mol-L-1c(Ac) =0.10 mol-L-I×V/(3V+V)=0.025 mol-L-l

c(HCOOH)=0.400mol·L-1 -0.236mol·L-1=0.164mol·L-1 6. n(NaOH) = 1L 1000mL 100mL 0.20g/40g mol 1   − = 0.050mol·L-1 因加入 NaOH 后， -1 -1 -1 0.25mol L - 0.050mol L [B ] 0.050mol L pH 5.60 5.30 lg   +  = = + − [B- ] = 0.35mol·L-1 固原溶液 5.45 0.25mol L 0.35mol L pH 5.30 lg 1 1 =   = + − − 7. 2.95 (HAsp) (Asp ) 3.50 lg (HAsp) (Asp ) pH = p a + lg = + = − − n n n n K 0.28 (HAsp) (Asp ) = − n n 又 0.0036mol 180.2g mol 0.65g (Asp ) (HAsp) -1 =  + = − n n n(HAsp) = 0.0028mol 可吸收阿司匹林的质量=0.0028mol×180.2g·mol-1=0.50g 8. 求近似 pH pH = pKa 4.78 0.500L 0.20mol L 1.8g/40g mol 1.8g/40g mol 4.87 lg (C H COOH) (C H COO ) lg -1 -1 -1 2 5 2 5 =   −   + = + − n n 求精确 pH，丙酸钠(C2H5COONa)是强电解质 I = 2 1 ∑ciZi 2 = 2 1 ( 0.500L 0.045mol ×12+ 0.500L 0.045mol ×12 ) = 0.09 mol·L-1≈0.1mol·L-1 当 Z = 0，I = 0.10，校正因数 0.11 (HB) (B ) lg = − −   pH = pKa 4.78 ( 0.11) 4.67 (C H COOH) (C H COO ) lg (C H COOH) (C H COO ) lg 2 5 2 5 2 5 2 5 + + = + − = − −   n n 9. HAc 溶液和 NaOH 溶液的体积分别为 3V 和 V， c(HAc) =(0.10 mol·L-1×3V - 0.10 mol·L-1×V)/(3V+V) = 0.050 mol·L-1 c(Ac- ) =0.10 mol·L-1×V/(3V+V) = 0.025 mol·L-1

0.025mol.LlpH = 4.75 + lg= 4.450.050mol.Ll0.050mol-L"×0.025mol.Llβ=2.303x=0.038mol L-10.050mol-Ll+0.025mol-Ll0.10mol-L-l10. (1)pH=3.85+lg=3.90.10mol-L-0.10mol-L*×0.10mol.Llβ=2.303×= 0.12mol -L-l0.10mol L"+0.10mol.L-10.010mol-L-l(2)pH=3.85+lg=3.90.010mol.L-l0.010mol-Ll×0.010mol-Llβ=2.303x= 0.12mol -L-I0.010mol·L"+0.010mol·Ll0.10mol ·L-1(3)pH=3.85 + lg7=4.90.010mol-L-l0.10mol·L*×0.010mol.Lβ=2.303x 0.21mol -L-10.10mol.L"+0.010mol.L抗酸抗碱有效缓冲β最大时缓冲系11.溶液成分成分范围配制体积比2:1Na2HCit+HCIHCit-HCit?-HCit2-H2Cit3.77~5.772:3H2CitH:CitNa2HCit+HCIH:Cit-H2Cit2.14~4.14Cit3.HCit2--Cit3-HCit2-2:1Na2HCit+NaOH5.39~7.3912.设需加入HCI溶液体积V,n(Tris)0.0500mol-L*×100mL-0.0500mol-L*×V7.40=7.85+lg=7.85+lgn(Tris -HC)0.0500molL-l×100mL+0.0500mol-Ll×VV(HCI)= 47.6mL13.设需NH4Cl质量m、1.00molL-I的NaOH溶液体积V，pKa(NH4t)=14-4.75 = 9.251.00mol.L-'×V9.00=9.25+lgm/53.5g·mol*1.00mol-L-xV得1.00mol-L-1×V=0.562[m/53.5g.mol-l-1.00mol-L-1×V]又[1.00mol-L-1×V+0.562(m/53.5g:mol-1-1.00mol-L-1×V)] /1L=0.125mol-L-1则m=6.69g;V=0.045L14.(1)HCI与NaOH完全反应需HCI50mL。(2)HC1+ NH3 H2O=NH4CI+ H2ONH4+的pKa=14-4.75=9.25，设需HCI体积V,0.10mol.L-*×50mL-0.10molL-l×V7.00=9.25+lg0.10mol -L- ×V

4.45 0.050mol L 0.025mol L pH 4.75 lg -1 -1 =   = + 1 -1 -1 -1 -1 0.038mol L 0.050mol L 0.025mol L 0.050mol L 0.025mol L 2.303 − =   +      =  10. (1) 3.9 0.10mol L 0.10mol L pH 3.85 lg 1 1 =   = + − − 1 -1 -1 -1 -1 0.12mol L 0.10mol L 0.10mol L 0.10mol L 0.10mol L 2.303 − =   +      =  (2) 3.9 0.010mol L 0.010mol L pH 3.85 lg 1 1 =   = + − − 1 -1 -1 -1 -1 0.12mol L 0.010mol L 0.010mol L 0.010mol L 0.010mol L 2.303 − =   +      =  (3) 4.9 0.010mol L 0.10mol L pH 3.85 lg 1 1 =   = + − − 1 -1 -1 -1 -1 0.21mol L 0.10mol L 0.010mol L 0.10mol L 0.010mol L 2.303 − =   +      =  11. 溶 液 缓 冲 系 抗 酸 成 分 抗 碱 成 分 有效缓冲 范围 β 最大时 配制体积比 Na2HCit+HCl H2Cit- -HCit2- HCit2- H2Cit- 3.77~5.77 2:1 Na2HCit+HCl H3Cit-H2Cit- H2Cit- H3Cit 2.14~4.14 2:3 Na2HCit+NaOH HCit2- -Cit3- Cit3- HCit2- 5.39~7.39 2:1 12. 设需加入 HCl 溶液体积 V， V V n n   +       = +  = + -1 -1 -1 -1 0.0500mol L 100mL 0.0500mol L 0.0500mol L 100mL - 0.0500mol L 7.85 lg (Tris HCl) (Tris) 7.40 7.85 lg V(HCl) = 47.6mL 13. 设需 NH4Cl 质量 m、1.00mol·L-1 的 NaOH 溶液体积 V， pKa(NH4 + )= 14-4.75 = 9.25 m V V  −     = + − − -1 1 1 /53.5g mol 1.00mol L 1.00mol L 9.00 9.25 lg 得 1.00mol·L-1×V = 0.562[m/53.5 g·mol-1 -1.00mol·L-1×V] 又 [1.00mol·L-1×V + 0.562(m/53.5 g·mol-1 -1.00mol·L-1×V)] /1L=0.125mol·L-1 则 m = 6.69g；V = 0.045L 14. (1) HCl 与 NaOH 完全反应需 HCl 50mL。 (2) HCl + NH3·H2O = NH4Cl + H2O NH4 +的 pKa = 14-4.75= 9.25，设需 HCl 体积 V， V V     −   = + − − − 1 1 1 0.10mol L 0.10mol L 50mL 0.10mol L 7.00 9.25 lg

V=0.0497L=49.7mL(3)HCI+ Na2HPO4= NaH2PO4+ NaCIH3PO4的pKa2=7.21，设需HCI体积V,0.10mol ·L-*×50mL-0.10mol·L-×V7.00 = 7.21 + lg0.10mol.L-xVV= 0.0309 L=30.9mL第一种混合溶液无缓冲作用；第二种pH<pKa-1，无缓冲能力；第三种缓冲作用较强。15.设需H3PO4和NaOH溶液体积分别为Vi和V2H3PO4 +NaOH= NaH2PO4 +H2OH3PO4完全反应，生成0.020mol-L-l×Vi的NaH2PO4，剩余NaOH0.020mol-L-l×V2-0.020mol-L-1×Vi=0.020molL-lx(V2-V))NaH2PO4+NaOH=Na2HPO4+H2O生成Na2HPO4的物质的量等于NaOH的物质的量0.020molL-1×(V2-Vi)，剩余NaH2PO40.020mol-L-1×V1-0.020mol-L-1x(V2-V))=0.020mol-L-lx(2V-V2)0.020mol ·L-×(V, -V)7.40=7.21+lg0.020mol-L-×(2V,-V2)解得Vi=38mL,V2=62mL24mmol.L-×0.90[HCOi] =6.10+ lg16.=7.36pH= pKal'+ Ig[CO, ]1.2mmol -L-pH虽接近7.35，但由于血液中还有其他缓冲系的协同作用，不会引起酸中毒。Exercises1. A buffer solution consists of a conjugate acid-base pair. The conjugate base can consumethe added strong acid, and the conjugate acid can consume the added strong base, to maintain pH。The conjugate acid-base pair ofweak electrolytes presents in the same solution at equilibrium2. The pH of a buffer depends on the buffer component ratio. When [B-]/[HB]-1, pH = pKa,the buffer is most effective.Thefurtherthe buffer-component ratio isfroml,the less effective thebuffering action is. Practically, if the [B-]/[HB] ratio is greater than 10 or less than 0.1, the bufferispoor.ThebufferhasaeffectiverangeofpH=pKa+1

V = 0.0497 L = 49.7 mL (3) HCl + Na2HPO4 = NaH2PO4 + NaCl H3PO4 的 pKa2=7.21，设需 HCl 体积 V， V V     −   = + − − − 1 1 1 0.10mol L 0.10mol L 50mL 0.10mol L 7.00 7.21 lg V = 0.0309 L = 30.9 mL 第一种混合溶液无缓冲作用；第二种 pH<pKa -1，无缓冲能力；第三种缓冲 作用较强。 15. 设需 H3PO4 和 NaOH 溶液体积分别为 V1 和 V2， H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O H3PO4 完全反应，生成 0.020mol·L-1×V1的 NaH2PO4，剩余 NaOH 0.020mol·L-1×V2 - 0.020mol·L-1×V1 = 0.020mol·L-1×(V2 - V1) NaH2PO4 + NaOH = Na2HPO4 + H2O 生成 Na2HPO4 的物质的量等于 NaOH 的物质的量 0.020mol·L-1×(V2 - V1)，剩余 NaH2PO4 0.020mol·L-1×V1 - 0.020mol·L-1×(V2 - V1) = 0.020mol·L-1×(2V1 - V2) 0.020mol L (2 ) 0.020mol L ( ) 7.40 7.21 lg 1 2 1 2 1 1 V V V V   −   − = + − − 解得 V1 = 38mL，V2 = 62mL。 16. pH= pKa1′ 7.36 1.2mmol L 24mmol L 0.90 6.10 lg [CO ] [HCO ] lg 1 1 2 溶解 3 =    + = + − − − pH 虽接近 7.35，但由于血液中还有其他缓冲系的协同作用，不会引起酸中毒。 Exercises 1. A buffer solution consists of a conjugate acid-base pair. The conjugate base can consume the added strong acid, and the conjugate acid can consume the added strong base, to maintain pH。 The conjugate acid-base pair of weak electrolytes presents in the same solution at equilibrium. 2. The pH of a buffer depends on the buffer component ratio. When [B- ]/[HB]=1, pH = pKa, the buffer is most effective. The further the buffer-component ratio is from 1，the less effective the buffering action is. Practically, if the [B- ]/[HB] ratio is greater than 10 or less than 0.1, the buffer is poor. The buffer has a effective range of pH = pKa±1