常用指示劑用量對(duì)滴定反應(yīng)的影響

桑雅麗，劉春華，李鑫娥

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 前言

酸堿滴定法在定量分析實(shí)驗(yàn)中占了相當(dāng)重要的地位，是化學(xué)分析中應(yīng)用非常廣泛的基本方法之一.其原理是用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液或堿標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定具有相反酸堿性的物質(zhì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積來(lái)計(jì)算被測(cè)物質(zhì)的含量.對(duì)于反應(yīng)終點(diǎn)的確定，一般用酸堿指示劑顏色的突變來(lái)指示終點(diǎn)，首先要了解酸堿指示劑的性質(zhì)，變色原理及變色范圍.其次，了解滴定反應(yīng)中影響指示劑變色范圍的因素，從而獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果[1].在滴定實(shí)驗(yàn)中，指示劑的適中加入可以有效地減少實(shí)驗(yàn)誤差，如果指示劑加入量太少，溶液顏色變化不是很明顯，不便于觀察，如果加入太多，會(huì)使滴定終點(diǎn)溶液的顏色與指示劑的理論變色點(diǎn)的顏色有很大差異，再者由于指示劑為有機(jī)弱酸弱堿，會(huì)消耗一部分標(biāo)準(zhǔn)溶液，因此，指示劑的加入量過(guò)多或過(guò)少都會(huì)直接影響滴定終點(diǎn)的正確判斷，給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大的誤差[2].所以，酚酞指示劑的用量在酸堿滴定反應(yīng)中尤為重要.

碘量法為氧化還原滴定法之一，無(wú)論是直接碘量法還是間接碘量法均以淀粉做指示劑[3].淀粉分為支鏈淀粉和直鏈淀粉兩種，支鏈淀粉遇碘呈紅紫色，直鏈淀粉遇碘呈藍(lán)色，生成藍(lán)色配合物，此反應(yīng)是特征反應(yīng)，靈敏度高[4].在溶液中，游離碘的含量依靠淀粉指示劑指示，若含有游離碘則溶液為藍(lán)色.當(dāng)游離碘的含量較高時(shí)，游離碘會(huì)與加入的淀粉指示劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)等副反應(yīng)，從而消耗部分游離碘，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低.當(dāng)游離碘的濃度較低的時(shí)候，即臨近終點(diǎn)時(shí)再加入淀粉指示劑，此時(shí)溶液呈淡黃色，游離碘已經(jīng)基本反應(yīng)完全，副反應(yīng)所帶來(lái)的影響可以忽略.在實(shí)際操作過(guò)程中，滴定速度要迅速，原因是空氣中的氧易把碘離子氧化，若滴定速度過(guò)慢，則會(huì)引起較大誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠準(zhǔn)確.本實(shí)驗(yàn)采用無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室中常用的直鏈淀粉為研究對(duì)象，探究淀粉指示劑的用量對(duì)滴定反應(yīng)的影響，從而確定淀粉指示劑的合理靈敏度用量范圍.

本實(shí)驗(yàn)以酸堿滴定反應(yīng)常用的酚酞指示劑和碘量法常用的淀粉指示劑為研究對(duì)象，探究這兩種指示劑的用量對(duì)滴定反應(yīng)的影響.在不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況下，從而確定酚酞指示劑和淀粉指示劑的合理靈敏度使用范圍.

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 探究酚酞指示劑的用量對(duì)滴定反應(yīng)的影響

2.1.1 用移液管移取25mLHAc溶液于250mL錐形瓶中，加入酚酞指示劑，用0.2005mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈微紅色且半分鐘內(nèi)不褪色，即為終點(diǎn)，記錄消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積[5].

表1 酚酞指示劑的用量和消耗的NaOH的體積所對(duì)應(yīng)的HAc濃度的關(guān)系數(shù)據(jù)

2.1.2 以0.1996mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定0.20mol/L的HCl溶液為例

用移液管移取25mLHCl溶液于250mL錐形瓶中，加入酚酞指示劑，用0.1996mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈微紅色且半分鐘內(nèi)不褪色，即為終點(diǎn).記錄消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積.

表2 酚酞指示劑的用量和消耗的NaOH的體積所對(duì)應(yīng)的HCl濃度的關(guān)系數(shù)據(jù)

圖2 酚酞指示劑的用量對(duì)HCl溶液濃度影響

2.1.3 實(shí)驗(yàn)分析

酚酞指示劑為有機(jī)弱酸，稱酸型指示劑，對(duì)于單色指示劑酚酞來(lái)說(shuō)，在溶液中有如下解離平衡：

在溶液中，當(dāng)堿型In-的紅色達(dá)到人眼可觀察的某一最低濃度[In-]min時(shí)，就能據(jù)此判斷滴定終點(diǎn)，而這一最低濃度是一定的.

設(shè)酚酞的濃度為C，變色時(shí)：

將(3)代入(2)中：[In-]min=C Kaθ/[H+]+Kaθ

若酚酞的濃度增大為C1，[In-]min不變，溶液中[H+]將增大，指示劑將在較低的pH時(shí)變色，以上分析表明，單色指示劑的用量增加，變色范圍向pH減少的方向移動(dòng)，即消耗的NaOH的體積逐漸減小.

2.1.4 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

當(dāng)加入酚酞指示劑的用量為0.02mL時(shí)，由于指示劑的用量太少，臨近終點(diǎn)時(shí)指示劑變色不靈敏，現(xiàn)象不明顯，滴定誤差大;當(dāng)加入酚酞指示劑的用量為0.04-0.08mL時(shí)，臨近終點(diǎn)時(shí)指示劑變色靈敏，現(xiàn)象十分明顯，滴定誤差小;隨著指示劑用量的增加，臨近終點(diǎn)時(shí)指示劑變色的靈敏度逐漸降低，現(xiàn)象不明顯，滴定誤差大.所以，在不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況下，酚酞指示劑的合理靈敏度使用范圍為0.04-0.08mL.

2.2 探究淀粉指示劑的用量對(duì)滴定反應(yīng)的影響

用0.0050mol/L的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴定0.0100 mol/L的KI-I2的飽和溶液，0.0200mol/L的KI-I2的飽和溶液和H2O-I2的飽和溶液：用10mL吸量管取1號(hào)瓶上層清液，注入250mL錐形瓶中，再注入40mL蒸餾水，用0.0050 mol/L的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液分別滴定到溶液為淡黃色時(shí)，將0.2%的淀粉溶液加入溶液中，溶液變?yōu)樗{(lán)色，當(dāng)藍(lán)色剛好消失時(shí)停止滴定，對(duì)Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的消耗進(jìn)行記錄.用同樣的方法滴定2號(hào)瓶上層清液.用0.0050mol/L的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定用50mL移液管移取的3號(hào)瓶上層清液，操作方法同上，并在表中記錄數(shù)據(jù)[6].

表3 淀粉指示劑的用量對(duì)Na2S2O3滴定0.0100mol/L的KI-I2的飽和溶液所消耗的體積數(shù)據(jù)

表4 淀粉指示劑的用量對(duì)Na2S2O3滴定0.0200mol/LKI-I2的飽和溶液所消耗的體積數(shù)據(jù)

表5 淀粉指示劑的用量對(duì)Na2S2O3滴定H2O-I2的飽和溶液所消耗的體積數(shù)據(jù)

表6 淀粉指示劑的用量對(duì)本實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)的數(shù)據(jù)

圖3 淀粉指示劑的用量對(duì)Na2S2O3滴定0.0100mol/L的KI-I2的飽和溶液所消耗的體積影響

圖4 淀粉指示劑用量對(duì)Na2S2O3滴定0.0200mol/LKI-I2的飽和溶液所消耗的體積影響

圖5 淀粉指示劑的用量對(duì)Na2S2O3滴定H2O-I2的飽和溶液所消耗的體積影響

圖6 淀粉指示劑的用量對(duì)平衡常數(shù)的影響

2.2.2 實(shí)驗(yàn)分析

淀粉分子可以形成分子內(nèi)氫鍵而構(gòu)成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋結(jié)構(gòu)中有一定空隙，剛好能容納碘分子進(jìn)入，碘分子與淀粉之間借助于范德華力聯(lián)系在一起形成一種絡(luò)合物[7].隨著淀粉指示劑的用量的增加，導(dǎo)致更多的I2被淀粉包裹的更加嚴(yán)密，所以Na2S2O3不易與I2發(fā)生反應(yīng)，會(huì)消耗更多的Na2S2O3參與反應(yīng).

本實(shí)驗(yàn)中指示劑的用量對(duì)Kθ值沒有較大影響（本實(shí)驗(yàn)Kθ值在1.0×10-3～2.0×10-3范圍內(nèi)合格），只是對(duì)指示劑的變色靈敏度有影響，滴定終點(diǎn)顏色的判斷與指示劑的用量有很大的關(guān)系，終點(diǎn)顏色的判斷對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生很大的影響.

2.2.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

當(dāng)加入淀粉指示劑1-2mL時(shí)，由于指示劑用量過(guò)少，指示劑變色不靈敏，現(xiàn)象不明顯，滴定誤差大；當(dāng)加入淀粉指示劑3-5mL時(shí)，指示劑變色靈敏，現(xiàn)象十分明顯，滴定誤差?。浑S著指示劑用量的增加，靈敏度逐漸降低，現(xiàn)象不明顯，滴定誤差大.所以，在不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況下，0.2%的淀粉指示劑的合理靈敏度使用范圍為3-5mL.

3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況下，酚酞指示劑的合理靈敏度使用范圍為0.04-0.08 mL；0.2%的淀粉指示劑的合理靈敏度使用范圍為3-5mL.

〔1〕顧作寧,劉治洲.酸堿滴定反應(yīng)中指示劑的選用[J].城市技術(shù)監(jiān)督，2000(10)：34-35.

〔2〕李芳清.酸堿滴定中指示劑對(duì)滴定分析準(zhǔn)確度的影響[J].東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,29(1)：88-91.

〔3〕張小林,戴興德.碘淀粉顯色穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教育，2006,27(11)：54.

〔4〕黎碧堅(jiān),劉國(guó)珍,練翠雯.淀粉指示劑的研究[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志.2007,17(6)：1129-1130.

〔5〕醋酸電離度和電離常數(shù)的測(cè)定.無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].(第三版).高等教育出版社，2001.128-129.

〔7〕鄭翠英.淀粉與碘顯色實(shí)驗(yàn)影響因素的探究[J].實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與技術(shù)，2011（7/8）：70.