2-2缓冲溶液的类型和组成 同步作业 《化学（医药卫生类）》同步教学 高教版

专题二 缓冲溶液 第二节 缓冲溶液的类型和组成 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列缓冲溶液中，属于“弱酸-共轭碱型”的是（ ） A. NH₃·H₂O-NH₄Cl溶液 B. NaH₂PO₄-Na₂HPO₄溶液 C. CH₃COOH-CH₃COONa溶液 D. Tris-HCl溶液 2. 缓冲溶液的核心组成必须具备的条件是（ ） A. 含有强酸和强碱 B. 含有一对共轭酸碱对 C. 含有可溶性盐类 D. pH必须等于7 3. 医药中常用的“Tris-HCl缓冲溶液”，其共轭酸碱对是（ ） A. Tris（三羟甲基氨基甲烷，弱碱）-Tris⁺H（共轭酸） B. HCl-Cl⁻ C. Tris-OH⁻ D. H₂O-H₃O⁺ 4. 下列物质组合中，不能组成缓冲溶液的是（ ） A. HAc-NaAc B. H₂CO₃-NaHCO₃ C. NaOH-NaCl D. NaH₂PO₄-Na₂HPO₄ 5. 关于多元酸形成的缓冲溶液，说法正确的是（ ） A. 多元酸只能形成一种缓冲对 B. 磷酸（H₃PO₄）可形成H₃PO₄/H₂PO₄⁻、H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻、HPO₄²⁻/PO₄³⁻三组缓冲对 C. 多元酸形成的缓冲溶液pH范围相同 D. 医药中常用H₃PO₄-PO₄³⁻作为缓冲对 6. 缓冲溶液中，共轭酸的作用是（ ） A. 抵抗少量强酸，提供质子 B. 抵抗少量强碱，提供质子 C. 抵抗少量强酸，接受质子 D. 抵抗少量强碱，接受质子 7. 下列缓冲溶液中，适用于医药碱性制剂的是（ ） A. HAc-NaAc（pKa=4.75） B. NH₃·H₂O-NH₄Cl（pKa(NH₄⁺)=9.25） C. NaH₂PO₄-Na₂HPO₄（pKa=7.21） D. 甲酸-甲酸钠（pKa=3.75） 8. 关于缓冲溶液组成的说法，错误的是（ ） A. 共轭酸碱对的浓度比会影响缓冲溶液的pH B. 共轭酸碱对的总浓度会影响缓冲容量 C. 缓冲溶液中共轭酸和共轭碱的浓度必须相等 D. 缓冲溶液的组成可通过中和反应制备（如弱酸加适量强碱） 9. 医药中，制备缓冲溶液时，不常用的共轭酸碱对类型是（ ） A. 弱酸-共轭碱型 B. 弱碱-共轭酸型 C. 多元酸的共轭酸碱对型 D. 强酸-强碱型 10. 下列缓冲溶液的制备方法，正确的是（ ） A. 向过量HCl中加入NaOH制备 B. 向适量HAc中加入NaOH至部分中和制备HAc-NaAc缓冲液 C. 向NaCl溶液中加入HAc制备 D. 向NH₄Cl溶液中加入过量NH₃·H₂O制备 11. 人体尿液中存在的缓冲对主要是（ ） A. H₂CO₃-HCO₃⁻ B. HPO₄²⁻-H₂PO₄⁻ C. HAc-Ac⁻ D. NH₃·H₂O-NH₄⁺ （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 缓冲溶液按组成类型可分为______、______、______三类，其中医药中应用最广泛的是______。 2. 弱酸-共轭碱型缓冲溶液的组成特点是______，例如______；弱碱-共轭酸型的组成特点是______，例如______。 3. 多元酸（如H₃PO₄）因存在多个______，可形成多组共轭酸碱对，每组缓冲对的______不同，适用于不同pH范围的缓冲需求。 4. 缓冲溶液的组成可通过两种方式制备：一是______，二是______，医药制剂中常用______方法制备，便于控制浓度和pH。 5. 共轭酸碱对中，______负责抵抗少量强碱（提供质子），______负责抵抗少量强酸（接受质子），两者协同作用维持pH稳定。 6. 医药中常用的生物缓冲溶液有______、______、______等，这些缓冲溶液具有毒性低、生物相容性好的特点。 7. 缓冲溶液的有效缓冲范围是______，该范围由______决定，因此制备缓冲溶液时需根据目标pH选择合适的共轭酸碱对。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 所有含有弱酸和弱酸盐的溶液都是缓冲溶液。（ ） 2. 弱碱-共轭酸型缓冲溶液的pH计算，仍可使用亨德森-哈塞尔巴尔赫方程（需用共轭酸的pKa）。（ ） 3. 多元酸形成的缓冲溶液，其缓冲范围是所有共轭酸碱对缓冲范围的叠加。（ ） 4. 制备HAc-NaAc缓冲溶液时，向HAc中加入的NaOH越多，缓冲容量越大。（ ） 5. 缓冲溶液的组成中，共轭酸和共轭碱的浓度比可通过中和反应的程度调节。（ ） 6. 医药中，用于眼部的缓冲溶液需选择无刺激性、生物相容性好的共轭酸碱对。（ ） 7. Tris-HCl缓冲溶液属于弱碱-共轭酸型，适用于pH 7.0-9.0的医药制剂。（ ） 8. 缓冲溶液中，共轭酸碱对的类型决定了缓冲溶液的最大缓冲容量。（ ） 9. 向NH₃·H₂O溶液中加入适量HCl，可形成NH₃·H₂O-NH₄Cl缓冲溶液。（ ） 二、提升题（共30分） 简答题与计算题（每题10分，共30分） 1. 结合医药卫生类专业分析：① 列举三种不同类型的缓冲溶液，分别写出其组成、共轭酸碱对及适用的pH范围；② 计算0.1mol/L NH₃·H₂O（pKb=4.75）与0.1mol/L NH₄Cl混合溶液的pH（提示：pKa(NH₄⁺)=14-pKb）；③ 该缓冲溶液能否用于调节注射用药物的pH至8.0-9.0？说明理由；④ 简述在医药制剂中选择缓冲溶液类型的原则（至少3点）。 2. 缓冲溶液的类型和组成在医药应用中具有重要意义：① 分别说明弱酸-共轭碱型、弱碱-共轭酸型、多元酸共轭酸碱对型缓冲溶液在医药中的应用场景（各举2例）；② 分析为什么人体血液中选择H₂CO₃-HCO₃⁻、HPO₄²⁻-H₂PO₄⁻等多个缓冲对协同作用，而不是单一缓冲对；③ 某医药企业需制备pH=5.0的药物制剂，现有HAc-NaAc（pKa=4.75）、甲酸-甲酸钠（pKa=3.75）两组缓冲对，应选择哪一组？说明理由；④ 简述制备缓冲溶液时，如何通过调节组成实现目标pH（以HAc-NaAc为例）。 3. 结合医药卫生类专业实际问题：① 为什么注射用胰岛素制剂常选用磷酸盐缓冲溶液（NaH₂PO₄-Na₂HPO₄）？从缓冲溶液类型、生物相容性、药物稳定性角度分析；② 医药中，如何通过实验确定某缓冲溶液的组成类型（弱酸-共轭碱型或弱碱-共轭酸型）？写出实验原理、仪器、步骤和预期结论；③ 设计一个实验，验证“不同类型缓冲溶液的缓冲范围不同”，写出实验原理、仪器、步骤和预期结论，并说明该实验在医药制剂配方设计中的实际意义。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. B 3. A 4. C 5. B 6. B 7. B 8. C 9. D 10. B 11. B （二）填空题 1. 弱酸-共轭碱型；弱碱-共轭酸型；多元酸的共轭酸碱对型；弱酸-共轭碱型 2. 弱酸 + 该弱酸的可溶性盐；CH₃COOH-CH₃COONa（或HAc-NaAc）；弱碱 + 该弱碱的可溶性盐；NH₃·H₂O-NH₄Cl 3. 解离常数（或pKa）；pKa 4. 直接混合共轭酸碱对试剂；通过中和反应制备（弱酸加适量强碱或弱碱加适量强酸）；中和反应 5. 共轭酸；共轭碱 6. 磷酸盐缓冲溶液（NaH₂PO₄-Na₂HPO₄）；Tris-HCl缓冲溶液；HEPES缓冲溶液（或MOPS缓冲溶液） 7. pKa±1；共轭酸的pKa （三）判断题 1. × 2. √ 3. × 4. × 5. √ 6. √ 7. √ 8. × 9. √ 二、提升题 简答题与计算题 1. ① 三种类型举例： 弱酸-共轭碱型：组成HAc-NaAc，共轭酸碱对HAc/Ac⁻，适用pH范围3.75-5.75； 弱碱-共轭酸型：组成NH₃·H₂O-NH₄Cl，共轭酸碱对NH₄⁺/NH₃·H₂O，适用pH范围8.25-10.25； 多元酸共轭酸碱对型：组成NaH₂PO₄-Na₂HPO₄，共轭酸碱对H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻，适用pH范围6.21-8.21； ② 计算过程：pKa(NH₄⁺)=14 pKb(NH₃·H₂O)=14 4.75=9.25；根据亨德森-哈塞尔巴尔赫方程pH=pKa + lg[c(共轭碱)/c(共轭酸)]，其中c(共轭碱)=c(NH₃·H₂O)=0.1mol/L，c(共轭酸)=c(NH₄Cl)=0.1mol/L，代入得pH=9.25 + lg(0.1/0.1)=9.25； ③ 能用于该pH范围；理由：该缓冲溶液的pH=9.25，处于8.0-9.0范围内，且其缓冲范围为pKa±1=8.25-10.25，8.0-9.0在有效缓冲范围内，缓冲容量充足，可维持药物制剂pH稳定； ④ 选择原则：a. 缓冲溶液的有效缓冲范围需覆盖药物制剂的目标pH；b. 缓冲溶液的生物相容性好，无毒性、无刺激性（尤其注射用、眼部用制剂）；c. 缓冲溶液不与药物发生反应，不影响药物稳定性；d. 缓冲溶液的缓冲容量满足制剂储存和使用过程的需求。 2. ① 应用场景： 弱酸-共轭碱型：注射用维生素C制剂（pH 4.0-5.0）、口服柠檬酸缓冲液（调节胃液pH）； 弱碱-共轭酸型：注射用碱性抗生素制剂（pH 8.0-9.0）、眼部硼砂-硼酸缓冲液（pH 7.5-8.5）； 多元酸共轭酸碱对型：胰岛素注射液（磷酸盐缓冲液，pH 6.0-7.0）、生化检验用Tris-HCl-磷酸盐混合缓冲液； ② 协同作用原因：单一缓冲对的缓冲范围有限，无法覆盖人体血液pH（7.35-7.45）的需求；多个缓冲对协同作用可拓宽有效缓冲范围，增强缓冲容量，能更高效地抵抗体内代谢产生的强酸、强碱（如乳酸、碳酸）；不同缓冲对在血液中分布不同（如H₂CO₃-HCO₃⁻主要在血浆，HPO₄²⁻-H₂PO₄⁻主要在细胞内），可针对性维持不同部位的pH稳定； ③ 应选择HAc-NaAc缓冲对；理由：目标pH=5.0，HAc的pKa=4.75，与目标pH相差0.25（≤1），缓冲容量最大；甲酸的pKa=3.75，与目标pH相差1.25（＞1），超出有效缓冲范围，缓冲容量不足，无法稳定维持pH=5.0； ④ 调节方法（以HAc-NaAc为例）：根据亨德森-哈塞尔巴尔赫方程pH=pKa + lg[c(Ac⁻)/c(HAc)]，已知pKa=4.75，目标pH确定后，计算所需c(Ac⁻)/c(HAc)的比值；例如目标pH=5.0时，lg[c(Ac⁻)/c(HAc)]=5.0-4.75=0.25，即c(Ac⁻)/c(HAc)≈1.78；通过向HAc中滴加NaOH溶液，控制中和反应程度，使生成的Ac⁻与剩余HAc的浓度比达到1.78，即可得到pH=5.0的缓冲溶液。 3. ① 原因分析： 缓冲溶液类型：属于多元酸共轭酸碱对型，缓冲范围6.21-8.21，与胰岛素制剂的目标pH（6.0-7.0）匹配，缓冲容量充足； 生物相容性：磷酸盐是人体生理环境中的天然成分（如血液、细胞液中均含磷酸盐缓冲对），毒性低、无刺激性，符合注射用制剂要求； 药物稳定性：胰岛素在中性pH环境中稳定性最高，磷酸盐缓冲溶液可有效维持制剂pH稳定，防止胰岛素水解或变性，保证药效； ② 确定实验： 实验原理：弱酸-共轭碱型缓冲溶液加入少量强酸后pH变化小，加入少量强碱后pH变化也小，但共轭酸的pKa＜7；弱碱-共轭酸型缓冲溶液的共轭酸pKa＞7，加入少量强酸/强碱后pH变化同样小；通过测定缓冲溶液的pH及共轭酸的pKa，可判断类型； 仪器：pH计、试管、移液管、0.1mol/L HCl溶液、0.1mol/L NaOH溶液、待测缓冲溶液； 步骤：a. 用pH计测定待测缓冲溶液的初始pH（pH₀）；b. 查阅该缓冲溶液共轭酸的pKa值；c. 若pKa＜7，且pH₀在pKa±1范围内，则为弱酸-共轭碱型；若pKa＞7，且pH₀在pKa±1范围内，则为弱碱-共轭酸型；d. 验证：向溶液中加入少量0.1mol/L HCl和NaOH，观察pH变化（变化小则确认为缓冲溶液）； 预期结论：若pKa=4.75（HAc的pKa）、pH₀=4.5-5.5，则为弱酸-共轭碱型；若pKa=9.25（NH₄⁺的pKa）、pH₀=8.5-10.5，则为弱碱-共轭酸型； ③ 验证实验： 实验原理：不同类型缓冲溶液的共轭酸pKa不同，其有效缓冲范围（pKa±1）也不同；通过测定不同缓冲溶液在加入强酸/强碱后的pH变化，可验证缓冲范围差异； 仪器：pH计、试管、移液管、0.1mol/L HCl溶液、0.1mol/L NaOH溶液、HAc-NaAc缓冲液（pKa=4.75）、NaH₂PO₄-Na₂HPO₄缓冲液（pKa=7.21）、NH₃·H₂O-NH₄Cl缓冲液（pKa=9.25）； 步骤：a. 取3支试管，分别加入10mL三种缓冲溶液，测定初始pH（pH₀）；b. 向每支试管中逐滴加入0.1mol/L HCl，每加1滴搅拌均匀，测定pH，直至pH下降1个单位，记录加入HCl的体积；c. 另取3支试管，分别加入10mL三种缓冲溶液，逐滴加入0.1mol/L NaOH，同样记录pH下降1个单位时加入NaOH的体积；d. 分析不同缓冲溶液维持pH稳定的HCl/NaOH用量，判断缓冲范围； 预期结论：HAc-NaAc缓冲液在pH 3.75-5.75范围内所需HCl/NaOH用量最多（缓冲效果好），超出则用量显著减少；NaH₂PO₄-Na₂HPO₄在pH 6.21-8.21范围内缓冲效果好；NH₃·H₂O-NH₄Cl在pH 8.25-10.25范围内缓冲效果好； 实际意义：指导医药制剂配方设计，例如制备酸性药物制剂（如维生素C注射液）时，选择HAc-NaAc缓冲液；制备中性药物制剂（如胰岛素注射液）时，选择磷酸盐缓冲液；制备碱性药物制剂（如某些抗生素注射液）时，选择NH₃·H₂O-NH₄Cl或Tris-HCl缓冲液，确保制剂在储存和使用过程中pH稳定，保证药效和用药安全。 学科网（北京）股份有限公司 $