2-1缓冲作用 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 第一节 缓冲作用 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于缓冲溶液的说法，正确的是（ ） A. 缓冲溶液只能抵抗少量强酸的影响，不能抵抗强碱的作用 B. 缓冲溶液是由一种弱酸和一种弱碱混合而成的溶液 C. 缓冲溶液能维持自身pH值相对稳定，其核心是存在缓冲对 D. 所有缓冲溶液的pH值都等于7，呈中性 2. 医药领域中，缓冲溶液的核心组成成分是（ ） A. 强酸和强碱 B. 缓冲对（共轭酸碱对） C. 电解质和非电解质 D. 阳离子和阴离子 3. 关于缓冲作用原理的说法，错误的是（ ） A. 缓冲溶液中的共轭酸能与加入的少量强碱反应，消耗OH⁻ B. 缓冲溶液中的共轭碱能与加入的少量强酸反应，消耗H⁺ C. 缓冲作用的本质是通过缓冲对的质子转移反应，维持溶液中H⁺浓度相对稳定 D. 缓冲溶液在发挥缓冲作用时，缓冲对的浓度会逐渐耗尽，因此缓冲能力是无限的 4. 下列各组物质中，能组成缓冲对的是（ ） A. HCl和NaCl B. HAc（醋酸）和NaAc（醋酸钠） C. NaOH和NaCl D. HCl和NaOH 5. 人体血液中最主要的缓冲对是（ ） A. H₂CO₃-NaHCO₃ B. HAc-NaAc C. H₂PO₄⁻-HPO₄²⁻ D. NH₃·H₂O-NH₄Cl 6. 关于缓冲溶液pH值的说法，正确的是（ ） A. 缓冲溶液的pH值只与缓冲对的种类有关，与缓冲对的浓度无关 B. 同一缓冲对组成的缓冲溶液，共轭酸与共轭碱的浓度比越接近1，缓冲能力越强 C. 缓冲溶液的pH值一定等于其共轭酸的解离常数pKa D. 稀释缓冲溶液时，pH值会急剧变化，缓冲作用消失 7. 下列操作中，不会显著影响缓冲溶液pH值的是（ ） A. 向HAc-NaAc缓冲溶液中加入少量稀盐酸 B. 向HAc-NaAc缓冲溶液中加入少量氢氧化钠溶液 C. 向HAc-NaAc缓冲溶液中加入适量蒸馏水稀释 D. 向HAc-NaAc缓冲溶液中加入大量稀盐酸 8. 关于缓冲容量的说法，错误的是（ ） A. 缓冲容量是衡量缓冲溶液缓冲能力大小的指标 B. 缓冲对的总浓度越大，缓冲容量越大 C. 缓冲对的浓度比越接近1，缓冲容量越大 D. 缓冲容量与溶液的体积有关，体积越大，缓冲容量越大 9. 下列溶液中，具有缓冲作用的是（ ） A. 0.9%的NaCl溶液 B. 5%的葡萄糖溶液 C. 0.1mol/L HAc和0.1mol/L NaAc的混合溶液 D. 0.1mol/L HCl溶液 10. 关于缓冲溶液在医药领域应用的说法，错误的是（ ） A. 药物制剂中加入缓冲溶液，可维持药物的稳定性 B. 血液中的缓冲系统能维持人体体液pH值在7.35~7.45的正常范围 C. 缓冲溶液可用于调节注射液的pH值，减少对人体的刺激 D. 口服药物不需要考虑缓冲作用，因为胃肠道的pH值变化对药物影响不大 11. 下列关于缓冲溶液的配制，正确的是（ ） A. 配制HAc-NaAc缓冲溶液时，只需保证HAc和NaAc的浓度相等即可 B. 配制缓冲溶液时，应选择pKa与目标pH值相近的缓冲对 C. 缓冲溶液的总浓度越高越好，因此配制时应尽可能提高浓度 D. 不同缓冲对组成的缓冲溶液，缓冲能力一定相同 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 缓冲溶液是指能______的溶液，其核心组成是______，常见的缓冲对类型有______、______、______三类。 2. 缓冲作用的本质是______，当加入少量强酸时，缓冲对中的______与之反应；当加入少量强碱时，缓冲对中的______与之反应，从而维持溶液pH值相对稳定。 3. 缓冲溶液的pH值可通过______公式计算，该公式为______，其中pKa是______的解离常数的负对数。 4. 影响缓冲容量的因素有______和______，缓冲对的总浓度越大、浓度比越接近______，缓冲容量越大。 5. 人体体液中的主要缓冲系统有______、______、______等，其中______缓冲系统在血液中含量最高，缓冲能力最强。 6. 医药领域中，缓冲溶液的主要应用包括______、______、______等。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 缓冲溶液只能抵抗少量强酸或强碱的影响，加入大量强酸或强碱时，缓冲对会被耗尽，缓冲作用消失。（ ） 2. 所有由弱酸和弱酸盐组成的溶液都是缓冲溶液，都具有缓冲作用。（ ） 3. 缓冲溶液的pH值与缓冲对的浓度比有关，浓度比改变，pH值会相应变化。（ ） 4. 人体血液的pH值能维持在7.35~7.45之间，主要依靠H₂CO₃-NaHCO₃缓冲系统的作用。（ ） 5. 缓冲容量越大，说明缓冲溶液抵抗pH值变化的能力越强。（ ） 6. 稀释缓冲溶液时，缓冲对的浓度比不变，因此pH值不变，但缓冲容量会减小。（ ） 7. 配制缓冲溶液时，选择的缓冲对的pKa与目标pH值相差越大，缓冲能力越强。（ ） 8. 缓冲溶液在发挥缓冲作用时，缓冲对的总浓度会保持不变，只是浓度比发生变化。（ ） 9. 药物制剂中使用的缓冲溶液，其pH值应调节至人体体液的pH值（7.35~7.45），否则会对人体造成刺激。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 某学生在实验室配制0.1mol/L HAc-0.1mol/L NaAc缓冲溶液（HAc的pKa=4.75），请分析：（1）该缓冲溶液的pH值约为多少，依据是什么；（2）向该缓冲溶液中加入少量稀盐酸，溶液的pH值会如何变化，说明缓冲作用原理；（3）若向该缓冲溶液中加入大量稀盐酸，缓冲作用会如何变化，为什么。 2. 临床中，医生给患者输注的药物注射液常含有缓冲成分，如青霉素注射液中加入磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲对。请分析：（1）药物注射液中加入缓冲溶液的目的是什么；（2）选择缓冲对时，需考虑哪些因素（结合医药领域要求）；（3）简述人体血液中H₂CO₃-NaHCO₃缓冲系统调节酸碱平衡的作用机制。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列关于缓冲溶液的说法或操作的正误，若错误请指出问题并改正，说明理由（结合医药卫生领域的严谨性要求）： （1）某护士认为，缓冲溶液浓度越高越好，因此在配制药物缓冲溶液时，将缓冲对的浓度提高至1mol/L，以增强缓冲能力； （2）某学生配制HAc-NaAc缓冲溶液时，为快速达到目标pH值，直接向HAc溶液中加入过量NaOH固体； （3）某医生给酸中毒患者静脉注射大量NaHCO₃溶液，认为只要补充足够的共轭碱，就能维持血液pH值稳定。 2. 某制药厂生产的头孢类抗生素注射液，在储存过程中出现药效下降、溶液变色的问题。经检测，溶液的pH值发生了显著变化，超出了药物稳定的pH范围。经排查，原料质量合格，包装完好。请分析可能的原因（从缓冲系统选择、配制操作、储存条件等方面说明）；并提出改进措施，确保注射液在有效期内pH值稳定。 （三）计算题（10分） 1. 已知HAc的pKa=4.75，计算0.2mol/L HAc和0.1mol/L NaAc混合溶液的pH值；若向100mL该缓冲溶液中加入0.001mol的NaOH固体（忽略体积变化），计算加入NaOH后的pH值（写出计算过程）。 2. 人体血液中H₂CO₃的浓度约为0.0012mol/L，NaHCO₃的浓度约为0.024mol/L，H₂CO₃的pKa=6.1（校正后）。计算：（1）血液的正常pH值；（2）若因剧烈运动产生乳酸，导致血液中H⁺浓度增加0.0001mol/L，忽略H₂CO₃浓度的变化，计算此时血液的pH值；（3）对比前后pH值的变化，说明缓冲系统的作用（写出计算过程）。 3. 欲配制pH=7.4的缓冲溶液500mL，选择H₂PO₄⁻-HPO₄²⁻缓冲对（H₂PO₄⁻的pKa=7.21），若缓冲对的总浓度为0.1mol/L，计算：（1）所需NaH₂PO₄和Na₂HPO₄的物质的量浓度；（2）若NaH₂PO₄的摩尔质量为120g/mol，Na₂HPO₄的摩尔质量为142g/mol，所需两种物质的质量（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. B 3. D 4. B 5. A 6. B 7. C 8. D 9. C 10. D 11. B （二）填空题 1. 抵抗少量强酸、强碱或稀释的影响，维持自身pH值相对稳定；缓冲对（共轭酸碱对）；弱酸-弱酸盐；弱碱-弱碱盐；多元弱酸的酸式盐-次级盐 2. 缓冲对的质子转移反应；共轭碱；共轭酸 3. 亨德森-哈塞尔巴尔赫（Henderson-Hasselbalch）；pH = pKa + lg([共轭碱]/[共轭酸])；缓冲对中共轭酸 4. 缓冲对的总浓度；缓冲对的浓度比；1 5. H₂CO₃-NaHCO₃；H₂PO₄⁻-HPO₄²⁻；蛋白质缓冲系统；H₂CO₃-NaHCO₃ 6. 调节药物制剂的pH值；维持药物的稳定性；维持人体体液的酸碱平衡（其他合理答案也可） （三）判断题 1. √ 2. × 3. √ 4. √ 5. √ 6. √ 7. × 8. × 9. × 二、提升题 （一）简答题 1. （1）该缓冲溶液的pH值约为4.45；依据是亨德森-哈塞尔巴尔赫公式pH = pKa + lg([NaAc]/[HAc])，代入数据得pH = 4.75 + lg(0.1/0.2) = 4.75 - 0.30 = 4.45。 （2）加入少量稀盐酸后，溶液的pH值会略有下降，但变化不显著；缓冲作用原理：加入的H⁺与缓冲对中的共轭碱（Ac⁻）反应生成HAc（Ac⁻ + H⁺ = HAc），消耗了加入的H⁺，使溶液中H⁺浓度变化很小，pH值基本保持稳定。 （3）加入大量稀盐酸后，缓冲作用会消失；理由：大量H⁺会将缓冲对中的共轭碱（Ac⁻）完全消耗，缓冲对被耗尽，无法再抵抗H⁺的影响，溶液pH值会急剧下降。 2. （1）加入缓冲溶液的目的：① 维持注射液的pH值在药物稳定的范围内，防止药物因pH值变化发生分解、变色，保证药效；② 调节注射液的pH值至人体耐受范围，减少药物对血管、组织的刺激，提高用药安全性；③ 维持溶液的稳定性，防止因储存过程中环境因素（如二氧化碳溶解、微量杂质反应）导致pH值波动。 （2）选择缓冲对需考虑的因素：① 缓冲对的pKa应与药物稳定的pH值相近（差值不超过1），以保证较强的缓冲能力；② 缓冲对应与药物无相互作用，不影响药物的疗效和稳定性；③ 缓冲对的毒性低，符合药用要求，不会对人体造成伤害；④ 缓冲溶液的渗透压应与人体血浆渗透压相近，避免引起溶血等不良反应。 （3）H₂CO₃-NaHCO₃缓冲系统的调节机制：① 当体内产生过多酸性物质（如乳酸、酮体）时，H⁺与缓冲对中的NaHCO₃（共轭碱）反应生成H₂CO₃，H₂CO₃分解为CO₂和H₂O，CO₂通过呼吸排出体外，从而降低血液中H⁺浓度；② 当体内产生过多碱性物质时，OH⁻与缓冲对中的H₂CO₃（共轭酸）反应生成HCO₃⁻和H₂O，HCO₃⁻通过肾脏排出体外，从而降低血液中OH⁻浓度；通过以上反应，维持血液pH值在7.35~7.45的正常范围。 （二）分析题 1. （1）错误；问题：缓冲溶液浓度过高会导致渗透压过高，静脉注射后可能引起血容量异常、细胞脱水等不良反应，且过高浓度的缓冲对可能与药物发生相互作用，影响药效。改正：根据药物稳定需求和人体耐受范围，选择适宜的缓冲对总浓度（通常为0.05~0.2mol/L），在保证缓冲能力的同时，确保渗透压符合要求。理由：医药领域用药需兼顾有效性和安全性，过高浓度的缓冲溶液会引发生理紊乱。 （2）错误；问题：直接加入过量NaOH固体，会导致NaOH与HAc反应生成NaAc，但过量NaOH会使溶液呈强碱性，无法形成有效的缓冲溶液，且固体NaOH溶解时放热，可能影响溶液稳定性。改正：计算所需HAc和NaAc的用量，分别称量后溶解混合；或向HAc溶液中缓慢滴加稀NaOH溶液，同时监测pH值，直至达到目标pH值。理由：缓冲溶液需由适宜浓度比的共轭酸碱对组成，过量强碱会破坏缓冲对的比例，无法发挥缓冲作用。 （3）错误；问题：大量注射NaHCO₃会导致血液中HCO₃⁻浓度过高，引发代谢性碱中毒，且缓冲系统的缓冲能力依赖于共轭酸碱对的浓度比，单一补充共轭碱会破坏浓度平衡，反而影响缓冲效果。改正：根据患者的酸碱失衡类型和程度，计算所需NaHCO₃的剂量，缓慢输注，并监测血液pH值和电解质浓度；对于严重酸中毒，需结合其他治疗手段（如补液、纠正电解质紊乱）。理由：人体酸碱平衡的维持需要缓冲系统、呼吸系统和泌尿系统的协同作用，过量补充单一缓冲成分会导致新的失衡。 2. （1）药效下降的原因：① 缓冲对选择不当，其pKa与药物稳定的pH值相差过大，缓冲能力不足，无法抵抗储存过程中的pH值变化；② 配制时缓冲对的浓度比不合理，导致缓冲容量过低；③ 储存环境温度过高、光照强烈，加速了药物与缓冲溶液的相互作用，或导致缓冲对分解；④ 溶液中混入微量酸性或碱性杂质，逐渐破坏缓冲平衡。 （2）改进措施：① 重新选择缓冲对，确保其pKa与药物稳定的pH值相近（差值≤0.5），提高缓冲能力；② 优化缓冲对的浓度比，使浓度比接近1，总浓度控制在0.05~0.2mol/L，保证适宜的缓冲容量；③ 严格控制配制过程的环境条件，避免杂质污染，配制后进行pH值检测，确保在规定范围；④ 改进储存条件，采用避光、密封包装，低温（2~8℃）储存，减少环境因素对pH值的影响；⑤ 加入适量的抗氧化剂、稳定剂，防止药物和缓冲对发生分解反应。 （三）计算题 1. 解：（1）初始pH值：根据亨德森-哈塞尔巴尔赫公式，pH = pKa + lg([NaAc]/[HAc]) = 4.75 + lg(0.1/0.2) = 4.75 - 0.30 = 4.45。 （2）加入0.001mol NaOH后：NaOH与HAc反应生成NaAc，反应后n(HAc) = 0.2mol/L×0.1L - 0.001mol = 0.01mol，n(NaAc) = 0.1mol/L×0.1L + 0.001mol = 0.011mol；浓度比[NaAc]/[HAc] = 0.011/0.01 = 1.1；pH = 4.75 + lg(1.1) ≈ 4.75 + 0.04 = 4.79。 答：（1）初始pH值为4.45；（2）加入NaOH后pH值为4.79。 2. 解：（1）正常血液pH值：pH = pKa + lg([NaHCO₃]/[H₂CO₃]) = 6.1 + lg(0.024/0.0012) = 6.1 + lg(20) ≈ 6.1 + 1.30 = 7.40。 （2）H⁺浓度增加后：此时[H₂CO₃]≈0.0012mol/L，[NaHCO₃] = 0.024mol/L - 0.0001mol/L = 0.0239mol/L；pH = 6.1 + lg(0.0239/0.0012) ≈ 6.1 + lg(19.92) ≈ 6.1 + 1.30 = 7.39。 （3）pH值变化：从7.40降至7.39，变化仅为0.01，说明缓冲系统能有效抵抗少量酸性物质的影响，维持血液pH值基本稳定。 答：（1）正常pH值为7.40；（2）加入酸性物质后pH值为7.39；（3）pH值变化微小，缓冲系统作用显著。 3. 解：（1）设[NaH₂PO₄] = x，[Na₂HPO₄] = 0.1 - x；根据pH = pKa + lg([HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻])，7.4 = 7.21 + lg((0.1 - x)/x)；lg((0.1 - x)/x) = 0.19，(0.1 - x)/x = 10⁰·¹⁹ ≈ 1.55；解得x ≈ 0.039mol/L，0.1 - x ≈ 0.061mol/L。 （2）所需NaH₂PO₄的质量 = 0.039mol/L×0.5L×120g/mol ≈ 2.34g；所需Na₂HPO₄的质量 = 0.061mol/L×0.5L×142g/mol ≈ 4.33g。 答：（1）NaH₂PO₄浓度约为0.039mol/L，Na₂HPO₄浓度约为0.061mol/L；（2）所需NaH₂PO₄质量约为2.34g，Na₂HPO₄质量约为4.33g。 学科网（北京）股份有限公司 $