甲基橙堿度測定滴定終點(diǎn)顏色判斷探討

楊秀蓮

（攀鋼能動(dòng)中心，四川攀枝花617062）

甲基橙堿度測定滴定終點(diǎn)顏色判斷探討

楊秀蓮

（攀鋼能動(dòng)中心，四川攀枝花617062）

堿度是一種水的綜合性指標(biāo)，檢測方法一般采用滴定分析，其方法雖然簡單，但是滴定終點(diǎn)顏色的判斷，對(duì)其測定結(jié)果至關(guān)重要。依據(jù)理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將到達(dá)終點(diǎn)顏色的滴定樣品測定pH值，得出判斷滴定終點(diǎn)的顏色標(biāo)準(zhǔn)，并用于日常的檢測分析，使測定結(jié)果能有效指導(dǎo)生產(chǎn)。

甲基橙堿度;顏色;滴定終點(diǎn);pH值

1 前言

堿度表征的是溶液和酸反應(yīng)的能力，通常用水中所含能與強(qiáng)酸定量作用的物質(zhì)總量來表示。水中堿度的產(chǎn)生主要是由于碳酸鹽、重碳酸鹽及氫氧化物的存在，但在特殊情況下硼酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽也會(huì)產(chǎn)生一定堿度。廢水及其他復(fù)雜體系的水體中，還含有有機(jī)堿類、金屬水解性鹽類等，均為堿度組成部分。在這些情況下，堿度就成為一種水的綜合性指標(biāo)，代表能被強(qiáng)酸滴定的物質(zhì)總和。自然水體堿度通常是由于碳酸鹽、碳酸氫鹽及氫氧離子造成的，因此總堿度一般可以表示成這些成分濃度的函數(shù)。堿度指標(biāo)常用于評(píng)價(jià)水體的緩沖能力及金屬在其中的溶解性和毒性，是對(duì)新水和廢水處理過程控制的判斷性指標(biāo)。若堿度是由過量的堿金屬鹽類所形成，則堿度又是確定這種水是否適宜于灌溉的重要依據(jù)。

堿度的測定值因使用的指示劑終點(diǎn)pH值不同而有很大的差異，只有當(dāng)試樣中的化學(xué)組成已知時(shí)，才能解釋為具體的物質(zhì)。對(duì)于天然水和未污染的地表水，可直接以酸滴定至pH為8.3時(shí)消耗的量確定為酚酞堿度；以酸滴定至pH為3.1耀4.4時(shí)消耗的量確定為甲基橙堿度，通過計(jì)算，可求出相應(yīng)的碳酸鹽、重碳酸鹽和氫氧根離子的含量。對(duì)于廢水、以及被污染的水，則由于組分復(fù)雜，這種計(jì)算無實(shí)際意義，往往需要根據(jù)水中物質(zhì)的組分確定其與酸作用達(dá)到終點(diǎn)時(shí)的pH值，然后，用酸滴定以便獲得所需參數(shù)，并作出解釋。

我公司日常所測定的水樣一般為金沙江原水、新水和間接循環(huán)冷卻水，就堿度項(xiàng)目測定而言污染較小，其水體堿度組成視為主要是重碳酸鹽、碳酸鹽及氫氧化物。因此，通過測定水樣堿度可直接計(jì)算其組成成分，為攀鋼各工序水處理提供水質(zhì)基礎(chǔ)參數(shù)。

2 堿度測定方法

用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定水中堿度是各種方法的基礎(chǔ)。目前常用的有兩種方法，即電位滴定法和酸堿指示劑滴定法，兩種方法均可根據(jù)需要和現(xiàn)場條件選用。以酚酞做指示劑，由紅色變?yōu)闊o色時(shí)，溶液pH值為8.3，此時(shí)的滴定結(jié)果稱為“酚酞堿度”，被測溶液中氫氧根以及一半的碳酸根已經(jīng)反應(yīng)；以甲基橙做指示劑，由黃色變?yōu)榧t色時(shí)，溶液的pH值為3.1耀4.4，此時(shí)的滴定結(jié)果稱為“總堿度”或“甲基橙堿度”，這時(shí)碳酸氫根已經(jīng)全部轉(zhuǎn)化為碳酸或游離二氧化碳。兩種堿度滴定過程的化學(xué)方程式如下：

2.1 電位滴定法

電位滴定法根據(jù)電位滴定曲線在終點(diǎn)時(shí)的突躍，確定特定pH值下的堿度，它不受水樣濁度、色度的影響，適用范圍較廣，但現(xiàn)場需要電源。

原理：用玻璃電極為指示電極，甘汞電極為參比電極，用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定其終點(diǎn)通過pH計(jì)或電位滴定儀指示，以pH8.3表示水樣中氫氧化物被中和及碳酸鹽轉(zhuǎn)為重碳酸鹽時(shí)的終點(diǎn)，與酚酞指示劑剛剛褪色時(shí)的pH值相當(dāng)；以pH3.1耀4.4表示水中重碳酸鹽(包括原有重碳酸鹽和由碳酸鹽轉(zhuǎn)成的重碳酸鹽)被中和的終點(diǎn)與甲基橙剛剛變?yōu)槌燃t色時(shí)的pH值相當(dāng)。電位滴定法可以繪制成滴定時(shí)pH值對(duì)酸標(biāo)準(zhǔn)滴定液用量的滴定曲線，然后計(jì)算出相應(yīng)組分的含量或直接滴定到指定的終點(diǎn)。

步驟：分取100 mL水樣置于200 mL高型燒杯中，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng)?shù)味ǖ絧H8.3時(shí)到達(dá)第一個(gè)突躍終點(diǎn)，即酚酞指示的終點(diǎn)，記錄硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量，繼續(xù)用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH值達(dá)3.1耀4.4時(shí)到達(dá)第二個(gè)突躍終點(diǎn)即甲基橙指示的終點(diǎn)記錄硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液用量。

2.2 酸堿指示劑法

用酸堿指示劑判斷滴定終點(diǎn)的方法簡便快速，適用于控制性試驗(yàn)及例行分析，并且不受場地和電源條件限制。目前我們主要采用此方法。

原理：水樣用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至規(guī)定的pH值，其終點(diǎn)由加入的酸堿指示劑在該pH值時(shí)顏色的變化來判斷。當(dāng)?shù)味ㄖ练犹甘緞┯杉t色變?yōu)闊o色時(shí)，溶液pH值即為8.3，指示水中氫氧根離子已被中和，碳酸鹽均被轉(zhuǎn)為重碳酸鹽；當(dāng)?shù)味ㄖ良谆戎甘緞┯牲S色變成橙紅色時(shí)，溶液的pH值為3.1耀4.4，指示水中的重碳酸鹽(包括原有的和由碳酸鹽轉(zhuǎn)化成的)已被中和。根據(jù)上述兩個(gè)終點(diǎn)到達(dá)時(shí)所消耗的酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的量，可以計(jì)算出水中碳酸鹽、重碳酸鹽及總堿度。

步驟：分取100 m L水樣置于250 mL三角瓶中，加入2滴酚酞指示劑，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng)?shù)味ǖ饺芤河杉t色變?yōu)闊o色時(shí)到達(dá)第一個(gè)終點(diǎn)，即酚酞指示的終點(diǎn)，記錄硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量，再加入3滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)槌燃t色時(shí)到達(dá)第二個(gè)終點(diǎn)，甲基橙指示的終點(diǎn)記錄硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液用量。

3 指示劑法存在問題

酸堿滴定中因酚酞指示劑是無色的二元弱酸，當(dāng)?shù)味ǖ浇K點(diǎn)時(shí)由堿式型轉(zhuǎn)變成共軛酸性，溶液由紅色到無色，顏色變化較大，終點(diǎn)容易判斷，結(jié)果誤差自然就較?。欢谆葔A度滴定終點(diǎn)顏色是由黃色變成紅色，顏色變化范圍較小，再加上人眼對(duì)顏色判斷的個(gè)體差異，終點(diǎn)判斷誤差相對(duì)較大，結(jié)果偏差大。

因甲基橙理論變色點(diǎn)pKHIN=3.4，pH在pKHIN-1以下時(shí)，觀察到的是指示劑的酸式色，即紅色，pH在pKHIN+1以上時(shí)，觀察到的是堿式色，即黃色，所以其理論變色范圍應(yīng)為2.4耀4.4，而實(shí)測變色范圍是3.1耀4.4，表明甲基橙要由紅色變成黃色，堿式色的濃度應(yīng)是酸式色濃度的10倍；而酸式色的濃度只要大于堿式色濃度的2倍，就能觀察出酸式色（紅色），這是由于人眼對(duì)紅色較之對(duì)黃色更為敏感的緣故。所以甲基橙的變色范圍在pH值小的一端就要短一些，基于此原因我們在滴定過程中終點(diǎn)顏色的判斷就會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，所判斷滴定終點(diǎn)顏色的pH值偏高，致使結(jié)果偏低。為此，我們進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)，將日常分析的甲基橙堿度滴定所判斷的終點(diǎn)顏色用酸度計(jì)測定其pH值，并將比對(duì)情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 終點(diǎn)顏色與pH值比對(duì)表

表1可以看出測定的5個(gè)水樣，其中只有熱電環(huán)水2的滴定終點(diǎn)在要求的pH范圍內(nèi)，即終點(diǎn)水樣呈橙紅色。而日常分析中我們判斷的終點(diǎn)顏色均為橙黃色，即終點(diǎn)提前了，滴定消耗體積偏小，結(jié)果普遍偏低。

4 方法探討

針對(duì)存在的問題，我們開展了甲基橙堿度測定終點(diǎn)顏色判斷探討活動(dòng)，具體方案如下：

4.1 用基準(zhǔn)試劑碳酸鈉配制濃度為18.00 mmol/L的堿度標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制0.05%的甲基橙指示劑以及濃度為0.05 mol/L的硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液；

4.2 分別取100 m L碳酸標(biāo)準(zhǔn)溶液6組置于250 mL三角瓶中，加入3滴甲基橙指示劑，溶液呈黃色，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，分別記錄不同滴定終點(diǎn)顏色時(shí)的各種參數(shù)；

4.3 將標(biāo)準(zhǔn)溶液不同滴定終點(diǎn)顏色的溶液用酸度計(jì)分別測定其pH值，結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定終點(diǎn)顏色與pH值比對(duì)表

表2顯示4、5、6號(hào)標(biāo)液滴定誤差均小于5%，已在滴定誤差允許的范圍內(nèi)，但是4號(hào)的滴定終點(diǎn)pH值為4.49，仍偏高于理論范圍。雖然6號(hào)沒有滴定誤差，但終點(diǎn)顏色已是紅色，若要將此顏色定為終點(diǎn)顏色，日常分析中可能會(huì)造成終點(diǎn)判斷滯后，結(jié)果偏高。結(jié)合表1和表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們認(rèn)為5號(hào)結(jié)果比較符合要求，既滿足誤差要求，又能使終點(diǎn)顏色易于判斷，即終點(diǎn)顏色為橙紅色，pH值4.4左右。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們對(duì)此條件進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 水樣滴定終點(diǎn)顏色與pH值對(duì)比表

校驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論一致，當(dāng)終點(diǎn)顏色判斷為橙紅色即能夠滿足分析誤差要求，并且終點(diǎn)pH值控制在4.40依0.05范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

通過對(duì)常規(guī)甲基橙堿度測定終點(diǎn)顏色判斷試驗(yàn)，得到甲基橙堿度的滴定終點(diǎn)顏色應(yīng)為橙紅色，并且終點(diǎn)pH值在4.40依0.05范圍的結(jié)論，按此條件控制，測定結(jié)果準(zhǔn)確、真實(shí)可靠，能為攀鋼各種水處理提供準(zhǔn)確有效的基礎(chǔ)參數(shù)資料。

[1]劉針主編.化驗(yàn)員讀本(化學(xué)分析)[M].北京工業(yè)出版社.2003

Color Judgment at End Point of Titration in A lkalinity Determ ination w ith M ethyl Orange

YANG Xiulian
(The Energy and Power Center of Pangang Group V-Ti Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617062,China)

As a composite indicator of water,alkalinity is usually measured with titration analysis.Though it is a simple method,color judgment at the end point of titration is essen原tial to measurement result.Experiment was carried out based on theory,to determine the pH value of titration sample reaching end-point color and obtain the color standard for judgment of titration end point,which was applied in everyday inspection analysis,enabling analysis re原sults to effectively guide production.

alkalinity of methyl orange;color;end point of titration;pH value

TQ085

B

1006-6764（2014）04-0055-03

2013-11-25

楊秀蓮（1969-），女，1989年畢業(yè)于西南師范大學(xué)化學(xué)系應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事化學(xué)檢測技術(shù)工作。