《酸碱平衡》课件

酸碱平衡课程目标掌握酸碱理论基础知识理解酸碱概念及其理论框架学习酸碱计算方法熟练应用计算与平衡分析pH了解缓冲系统原理认识生理缓冲系统的重要性掌握应用技能酸碱的基本概念应用1实验室分析、工业生产、医疗诊断表现2变化、指示剂变色、化学反应pH特性3酸氢离子供体；碱氢离子接受体酸碱理论的发展史阿伦尼乌斯理论11887基于水溶液中的离子解离布朗斯特洛里理论2-1923质子转移模型路易斯理论31923电子对受体与供体现代多元理论4综合多种理论视角布朗斯特洛里酸碱理论-酸的定义碱的定义能够给出质子的物质能够接受质子的物质H+H+优势局限性可解释非水溶液中的酸碱行为仅限于涉及质子转移的反应共轭酸碱对酸解离共轭碱共轭关系⇌相差一个质子的物质对HA HAH++A-A-酸碱强度很强的酸1HClO4,H2SO4,HCl,HNO3中等强度的酸2H3PO4,HF,CH3COOH弱酸3H2CO3,HCN,H2S极弱的酸4H2O,CH3OH,NH3和的关系Ka Kb酸解离常数碱解离常数Ka KbKa=[H+][A-]/[HA]Kb=[BH+][OH-]/[B]12与的关系43水的离子积常数Ka KbKwKa×Kb=Kw Kw=[H+][OH-]=10^-14水的电离水的自电离H2O+H2O⇌H3O++OH-纯水中[H+]=[OH-]=10^-7mol/L在25°C时，pH=

7.0水分子间的质子转移导致形成氢氧根离子和氢离子值的定义和计算pHpH0-14定义常见范围pH=-log[H+]酸0-7；碱7-14℃

7.025中性点标准温度纯水pH值pH值测定标准条件和的关系pOH pH关系式计算温度影响平衡关系温度升高，中性降反映和的互pH+pOH=14pOH=-log[OH-]pH[H+][OH-]低补性25℃强酸和强碱强酸强碱中和反应强酸强碱盐水HCl,HNO3,H2SO4NaOH,KOH,CaOH2+→+水溶液中完全电离水溶液中完全电离反应迅速完全弱酸和弱碱弱酸例子CH3COOH,H2CO3,HCN弱碱例子NH3,CH3NH2,C5H5N解离特点部分电离，存在平衡解离常数弱酸弱碱较小Ka,Kb计算需考虑解离度，较复杂pH两性物质水氨基酸既能给出又能接受含和基团H+H+-COOH-NH2碳酸氢根蛋白质可作酸也可作碱等电点处呈电中性HCO3-pH缓冲溶液的概念抵抗变化的能力pH加入少量强酸或强碱时变化很小pH组成弱酸其共轭碱或弱碱其共轭酸++工作区间最佳缓冲范围pKa±1应用实验室、工业生产、生物体内缓冲溶液的工作原理初始平衡HA⇌H++A-加入强酸H++A-→HA加入强碱OH-+HA→A-+H2O结果平衡移动抵消外加H+或OH-缓冲溶液的制备缓冲溶液的计算缓冲溶液计算需考虑弱酸、弱碱值及浓度比例Ka Kb盐酸pH=pKa+log[]/[]方程Henderson-Hasselbalch方程式pH=pKa+log[A-]/[HA]pOH=pKb+log[B]/[BH+]适用于弱酸弱碱缓冲系统/前提浓度，在范围内≥

0.01M pHpKa±2方程是缓冲系统计算的核心工具Henderson-Hasselbalch pH生物体内的缓冲系统血液缓冲系统系统，HCO3−/H2CO3pH≈

7.4磷酸盐缓冲系统，细胞内主要缓冲H2PO4−/HPO42−蛋白质缓冲系统组氨酸残基，两性电解质血红蛋白缓冲系统缓冲运输过程产生的CO2H+血液缓冲系统溶解碳酸解离CO2⇌⇌CO2+H2O H2CO3H2CO3H++HCO3-肾脏调节肺部排出调节重吸收排泄通过呼吸排出HCO3-CO2碳酸氢盐缓冲系统组成比例生理意义调节机制维持血液约呼吸和肾脏共同调HCO3-:H2CO3=pH

7.4控20:1应对速度呼吸调节快，肾脏调节慢磷酸盐缓冲系统细胞内缓冲系统⇌H2PO4-H++HPO42-，接近生理pKa≈

6.8pH细胞内液主要缓冲系统肾小管中也有重要作用磷酸盐缓冲系统在细胞内环境中发挥关键作用蛋白质缓冲系统氨基酸残基组氨酸、半胱氨酸等含可解离基团血红蛋白运氧状态影响结合能力H+血浆蛋白白蛋白等具有缓冲作用两性特性可结合或释放H+H+酸碱平衡的生理意义生物大分子稳定性1维持蛋白质、结构与功能DNA酶活性调控影响代谢反应速率细胞功能维持确保正常的细胞生理活动酸碱失衡的类型代谢性酸中毒代谢性碱中毒非挥发性酸增加或碱丢失非挥发性碱增加或酸丢失12呼吸性碱中毒43呼吸性酸中毒过度排出，通气过度潴留，通气不足CO2CO2代谢性酸中毒病因肾功能衰竭、酮症、乳酸增多特征pH↓,HCO3-↓,BE↓代偿呼吸性通气量增加，呼出更多CO2症状呼吸加深加快，嗜睡，心律失常呼吸性酸中毒定义表现因通气功能障碍导致潴留正常或轻度CO2pH↓,PaCO2↑,HCO3-↑原因代偿慢性阻塞性肺疾病肾脏增加重吸收HCO3-神经肌肉疾病急性每升高上升PaCO210mmHg,HCO3-1mmol/L呼吸抑制药物过量慢性每升高上升PaCO210mmHg,HCO3-3-4mmol/L代谢性碱中毒呼吸性碱中毒过度换气机械通气血气变化焦虑、疼痛、高原环境通气参数设置不当正常或轻度pH↑,PaCO2↓,HCO3-↓酸碱失衡的补偿机制酸中毒呼吸频率增加或肾保留HCO3-补偿程度部分性，不会完全恢复至正常pH补偿时间呼吸补偿快分钟级，肾脏补偿慢小时至天碱中毒呼吸频率减少或肾排出HCO3-肾脏在酸碱平衡中的作用重吸收HCO3-在近曲小管，在远曲小管90%10%分泌H+通过交换体和酶Na+/H+H+-ATP氨生成形成缓冲并排出NH4+H+新生生成HCO3-每排出个，产生个新进入血液1H+1HCO3-肺在酸碱平衡中的作用13,00024每日排出量反应时间CO2天分钟内开始补偿mmol/15,000溶解度CO2比高约倍O220酸碱滴定曲线滴定曲线定义值随加入酸碱量变化的图形pH/关键点当量点反应物完全反应半当量点pH=pKa缓冲区曲线平缓区域滴定曲线形状反映溶液缓冲能力和酸碱强度强酸强碱滴定-弱酸强碱滴定-弱酸强碱滴定的特点起始较高，缓冲区较宽，当量点-pH pH7弱碱强酸滴定-滴定曲线半当量点指示剂选择起始较高，缓冲区宽，当量点共轭酸甲基橙等变色范围在酸性区域的指示剂pH pH7pH=pKa多元酸滴定第一阶段1第一个解离，形成第一个当量点H+第二阶段2第二个解离，形成第二个当量点H+第三阶段3（如适用）第三个解离，形成第三个当量点H+指示剂的选择指示剂变色范围酸性色碱性色甲基橙红色黄色

3.2-

4.4溴酚蓝黄色蓝色

3.0-

4.6酚酞无色粉红色

8.2-

10.0甲基红红色黄色

4.8-

6.0酸碱平衡在工业中的应用化学生产水处理控制反应优化产量与纯度净化废水、调节饮用水pH pH冶金工业食品工业金属提取过程中的控制发酵控制、保鲜技术pH酸碱平衡在环境科学中的应用酸雨监测海洋酸化土壤pH的降水，溶解导致影响植物生长和微pH

5.6CO2pH损害生态系统下降生物活动水生生态系统变化影响水生pH生物存活酸碱平衡在农业中的应用土壤检测土壤调理水培营养液pH决定作物选择和肥料使用施用石灰提高，硫磺降低精确控制优化养分吸收pH pH pH酸碱平衡在食品科学中的应用发酵控制食品保存12酸度影响微生物活动低抑制微生物生长pH食品加工口感调节果胶凝胶化、蛋白质变性酸度影响风味感知43酸碱平衡在医学中的应用危重症监测与治疗酸碱失衡是生命体征之一肾脏疾病诊断2肾小管酸中毒分型呼吸系统疾病慢阻肺、哮喘的酸碱状态血气分析测定参数pH、PaCO

2、PaO

2、HCO3-、BE标本类型动脉血、静脉血、毛细血管血临床意义评估呼吸功能、氧合状态、酸碱平衡酸碱平衡紊乱的诊断酸碱平衡紊乱的治疗原则确定类型通过血气分析明确酸碱失衡类型寻找病因针对原发疾病进行治疗纠正紊乱严重时给予碱性酸性药物/持续监测防止过度矫正和反跳现象酸碱平衡的实验测定方法电极法pH利用玻璃电极直接测量值pH指示剂法利用酸碱指示剂颜色变化判断pH滴定法用标准溶液滴定测定浓度电位滴定法实时监测滴定过程中的变化pH计的使用pH校准使用标准缓冲液pH

4.0,

7.0,

10.0测量电极插入样品，轻轻搅拌读数等待读数稳定后记录清洁与保存蒸馏水冲洗，浸泡在溶液中KCl滴定法测定酸碱度滴定原理将已知浓度的标准溶液逐滴加入被测溶液中终点判断突变或指示剂变色pH缓冲溶液的配制实验实验目的配制特定的缓冲溶液并测试其缓冲能力pH材料弱酸弱碱、相应盐类、计、标准溶液/pH步骤计算所需试剂量

1.准确称量并溶解

2.调节至目标

3.pH定容并测试

4.缓冲溶液配制需要精确计量和测定缓冲能力的测定酸碱平衡计算题解析

（一）例题强酸计算例题强碱计算pHpH计算溶液的值计算溶液的值

0.01M HClpH

0.001M NaOHpH解解pH=-log[H+]=-pOH=-log[OH-]=-log

0.01=

2.0log

0.001=

3.0pH=14-pOH=14-3=

11.0例题混合溶液计算混合与后的50mL

0.1M HCl25mL

0.2M NaOHpH解nHCl=

0.005mol,nNaOH=

0.005mol完全中和，pH=

7.0酸碱平衡计算题解析

（二）例题弱酸pH解析步骤1的

0.1M CH3COOH Ka=

1.8×10^-5设解离度为，列平衡方程x2值pH结果近似求解4x=

1.34×10^-3,pH=-log

1.34×10^-3Ka=[H+][A-]/[HA]=x²/

0.1-x≈3=

2.87x²/

0.1酸碱平衡计算题解析

（三）例题计算的醋酸醋酸钠缓冲pH=

5.0-溶液，总浓度为，

0.2MKa=

1.8×10^-5解析使用方Henderson-Hasselbalch程pH=pKa+log[A-]/[HA]计算步骤

5.0=-log

1.8×10^-5+log[A-]/[HA]解出比例，

5.0=

4.74+log[A-]/[HA]得[A-]/[HA]=

1.82求具体浓度，联立方程[A-]+[HA]=

0.2M解得，[A-]=

0.129M[HA]=

0.071M常见问题与解答和总和一定是吗？pH pOH14仅在时成立，不同温度下会变化25℃为负数可能吗？pH可能，例如浓硫酸的可小于pH0缓冲溶液范围多大？pH通常在范围内效果最佳pKa±1为什么需要多种缓冲系统？不同生理环境需要不同和缓冲特性pH酸碱平衡研究的新进展纳米传感器pH实时监测细胞内微环境变化pH酸碱调控2DNA酸碱环境对基因表达的影响研究肿瘤微环境酸性肿瘤微环境的治疗靶点研究绿色化学发展无污染的控制方法pH课程总结实践应用医学、环境、工业领域中的应用实验方法测定与配制技术生物缓冲系统3身体维持平衡的机制pH计算方法和缓冲溶液的数学模型pH基本概念酸碱理论和平衡原理自测题选择题计算题下列哪种溶液的最低？计算溶液的值

1.pH

1.

0.05M NH3pH Kb=

1.8×10^-5配制的乙酸乙酸钠缓冲液，所需比例？A.

0.1M HClB.

0.1M CH3COOH

2.pH=

4.8-某溶液，其氢离子浓度为多少？C.

0.1M NaOHD.

0.1M NH

33.pH=

3.5mol/L血液的主要缓冲系统是

2.磷酸盐碳酸氢盐A.B.蛋白质氨基酸C.D.参考文献•Chang,R.

2020.《化学基础教程》，第12版•Davenport,H.W.

2018.《人体酸碱生理学》•Lehninger,A.

2021.《生物化学原理》，第7版•Guyton,A.C.

2019.《医学生理学》，第14版。