酸堿中和滴定指示劑的選擇及教學(xué)處理

陳昊萍+張賢金+吳新建

一、問題的提出

酸堿中和滴定是中學(xué)化學(xué)教材中重要的定量實驗，教師在組織教學(xué)時，經(jīng)常會碰到各種棘手的問題，其中指示劑的選擇就是問題之一。

在魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》高中化學(xué)教科書有關(guān)“測定NaOH溶液物質(zhì)的量濃度實驗”中提供了酚酞和甲基橙兩種試劑供選擇，最后教科書選擇的是酚酞，而沒有選擇甲基橙。那么，在這個實驗中是否可以用甲基橙作指示劑呢？如果可以，在這個實驗中酚酞和甲基橙哪一種作指示劑更好？在日常的教師交流研討中，有教師認為，強酸和強堿互滴時，使用酚酞或甲基橙作指示劑的效果是一樣的，不存在哪一種更好的問題。理由是滴定終點存在突變，多滴一滴和少滴一滴即可使溶液的pH存在很大范圍的變化，酚酞和甲基橙的變色點在突變范圍內(nèi)或部分在突變范圍內(nèi)，都能觀察到顏色變化而確定終點，故兩者不存在誰更好的問題。基于此，我們試圖從學(xué)科專業(yè)知識維度探究指示劑的選擇問題，并從中學(xué)教學(xué)處理維度探討指示劑選擇的教學(xué)尺度把握問題。

二、從學(xué)科專業(yè)知識維度分析

選擇合適的指示劑能有效減少誤差，而酸堿中和滴定中不同濃度的待測溶液、選擇不同的指示劑、指示劑的用量等都會影響滴定終點。

（一）不同濃度的溶液對終點突變的影響

下面以兩道例題為例來探討這一問題。

例1 ?以0.1mol/L的NaOH溶液滴定0.1mol/L的鹽酸（已知lg2=0.3 ?lg5=0.7）

（1）取20.00mL的鹽酸于錐形瓶中，用NaOH溶液滴定，當?shù)稳?0.00mL的NaOH溶液時，停止滴定，求此時混合溶液的pH。

（2）若滴加NaOH溶液時，往錐形瓶中多加半滴NaOH溶液（設(shè)體積為0.02mL），求此時混合溶液的pH。

（3）若滴加NaOH溶液時，往錐形瓶中少加半滴NaOH溶液，求此時混合溶液的pH。

根據(jù)反應(yīng)情況分析及公式應(yīng)用，可算出（1）pH=7;（2）pH=9.7;（3）pH=4.3。多滴半滴NaOH溶液和少滴半滴NaOH溶液，終點突變的pH變化范圍將近6個pH單位，若是多滴一滴或少滴一滴，終點突變的pH變化范圍將更大。

例2 ?將上述的滴定溶液改為0.001mol/L的NaOH溶液和0.001mol/L的鹽酸，（1）（2）（3）的條件、問題與例1相同。

根據(jù)反應(yīng)情況分析及公式應(yīng)用，可算出（1）pH=7;（2）pH=7.7;（3）pH=6.3。多滴半滴NaOH溶液和少滴半滴NaOH溶液，終點突變的pH變化范圍只有不到2個pH單位。若溶液更稀，pH的變化范圍會更小。

對比例1和例2的計算結(jié)果，同時選擇其他數(shù)據(jù)進一步計算，可以發(fā)現(xiàn)，滴定中涉及的溶液濃度越大，滴定終點的pH突變范圍越大。中學(xué)階段所涉及的酸堿中和滴定大多為類似例1濃度范圍的常量滴定。

（二）指示劑的選擇

通過查找相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，[1]指示劑的選擇首先以終點突變?yōu)橐罁?jù)。指示劑的變色范圍處于滴定突變范圍內(nèi)或變色范圍有一部分處于滴定突變范圍內(nèi)，就屬于可選之列;指示劑的變色范圍越小，終點誤差越小?；谥袑W(xué)化學(xué)的知識背景和學(xué)生的認知水平，學(xué)生對指示劑的選擇只需掌握到這一層面。

為了減少誤差，使測量結(jié)果更準確，指示劑的選擇還要注意顏色的變化情況。從生物學(xué)角度分析，人眼感受不同波段的顏色的靈敏度不同，對顏色變化的分辨率也不同。在相同亮度背景下，人眼對顏色由淺到深變化的分辨率更強。在選擇指示劑時，在可選之列中選擇顏色變化分辨率高、易于觀察的指示劑，可以使誤差更小。

基于顏色分辨率規(guī)則，酸堿中和滴定不選用石蕊為指示劑，變色范圍較大只是原因之一，另一主要原因是顏色變化不易觀察分辨。

在常量滴定中，若強堿滴定強酸，用甲基橙作指示劑，滴定終點的顏色由橙色變?yōu)辄S色（pH=4. 4），不易分辨，實驗終點的判定容易出現(xiàn)偏差，使誤差變大;若強酸滴定強堿，滴定終點的顏色變化由較淺的黃色變?yōu)檩^深的橙色，顏色變化明顯。因此，一般情況下，強酸滴定強堿時，選用甲基橙作指示劑，強堿滴定強酸時，選用酚酞作指示劑，效果更好。

（三）指示劑的用量

酸堿指示劑通常為有機弱酸或有機弱堿，如酚酞為有機弱酸，甲基橙為有機弱堿。在滴定反應(yīng)過程中，添加的指示劑必然會消耗一定量的待測溶液或標準溶液。若用酚酞為指示劑，會消耗一定量的堿，若用甲基橙為指示劑，會消耗一定量的酸。在滴定過程中，指示劑的用量不能過多，否則會導(dǎo)致滴定誤差偏大;指示劑的用量若太少，顏色變化不明顯，也會影響滴定結(jié)果。因此，在滴定過程中，指示劑的用量一般為2～3滴。

綜上所述，從學(xué)科專業(yè)知識維度分析，不同濃度的待測液和標準溶液會影響滴定終點pH的突變范圍，終點的突變范圍是選擇合適的指示劑的主要依據(jù)，為了減少誤差，滴定終點顏色變化的分辨率也是選擇指示劑需要考慮的因素之一。選擇最佳的指示劑，歸根到底是為了減少實驗誤差。

三、存在問題爭議的原因分析

中學(xué)化學(xué)教師對酸堿中和滴定的指示劑選擇存在爭議，筆者認為，原因有二。

（一）教師化學(xué)知識的儲備不到位，對教材的研究深度不夠

中學(xué)化學(xué)教材中出現(xiàn)的酸堿中和滴定，只是滴定分析法的一種，主要是讓學(xué)生常識性掌握酸堿中和滴定原理、儀器操作、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等知識，所選擇的是常量濃度溶液進行滴定分析。而在科研、檢測、化驗等領(lǐng)域，滴定對象可能是微量濃度的溶液，指示劑的可選擇對象也不只有酚酞和甲基橙，還有甲基紅、混合指示劑甲基紅—溴甲酚綠等。在不同的背景下，結(jié)論可能有出入。中學(xué)教師的思維視角被局限在中學(xué)化學(xué)教材知識體系的框架中，將認知停留在教材中淺顯的層面上。endprint

（二）在教學(xué)過程中教師對中學(xué)部分化學(xué)知識的深度、廣度定位不準確

鑒于高中學(xué)生認知發(fā)展的階段性特點，教科書的編寫有時候只能對一些知識進行“模糊處理”，并不是所有的化學(xué)知識都表述得非常明確。[2]因此，在中學(xué)化學(xué)的知識體系背景下，在學(xué)生的實際學(xué)情的制約下，在傳授知識時應(yīng)留有余地，把握好深度和廣度。一味地挖掘、拓展，只會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和接受能力。

四、從中學(xué)教學(xué)處理維度分析

（一）指示劑選擇教學(xué)尺度的把握

無論教師在課堂教學(xué)中采用什么樣的教學(xué)模式，在選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》酸堿中和滴定的新課教學(xué)中，對于酸堿中和滴定指示劑的選擇要達到的目標是：

①了解指示劑的選擇依據(jù)是指示劑的變色范圍和滴定終點的突變范圍，指示劑的變色范圍越小越適合用作指示劑，石蕊一般不用作滴定指示劑。

②知道強酸強堿互滴時，選擇酚酞、甲基橙作指示劑皆可，不必分優(yōu)劣，并明確滴定終點的顏色變化。

③滴定時，指示劑的用量一般為2～3滴，不必掌握原因。

（二）分層次教學(xué)

上述三點為每位學(xué)生必須達到的目標，屬于集體教學(xué)時把握的尺度。若有少部分學(xué)生提出疑問，如酚酞和甲基橙作指示劑哪個更好，指示劑的用量如何控制，等等。教師可采取個別輔導(dǎo)、交流、探究等教學(xué)的方法進行釋疑。

（三）分階段教學(xué)

階段一：新課階段。完成上述①②③的教學(xué)目標。

階段二：章節(jié)復(fù)習(xí)階段。根據(jù)指示劑的選擇依據(jù)，由強酸強堿互滴拓展到其他類型的酸堿互滴時指示劑的選擇。強酸和弱堿互滴，恰好完全反應(yīng)時，溶液呈弱酸性，應(yīng)選擇在酸性條件下變色的甲基橙為指示劑;弱酸和強堿互滴，恰好完全反應(yīng)時，溶液呈弱堿性，應(yīng)選擇在堿性條件下變色的酚酞為指示劑。

階段三：高三總復(fù)習(xí)階段。主要目標為復(fù)習(xí)鞏固階段一、階段二的學(xué)習(xí)內(nèi)容;知識的融會拓展應(yīng)用。

如返滴定法中的指示劑選擇，這類題目的指示劑選擇，一般與強酸強堿互滴的結(jié)論是一致的。再如雙指示劑滴定法的應(yīng)用。

例3 ?某白色固體由燒堿、純堿、食鹽組成，請設(shè)計實驗方案，測定樣品中燒堿、純堿的含量。

分析：本題為綜合應(yīng)用題，涉及知識涵蓋溶液配制、離子反應(yīng)、水解平衡、酸堿滴定等方面。

實驗方案的設(shè)計思路：（儀器的準備工作略）取樣稱量→溶解配成一定體積的待測溶液→取一定體積待測溶液，加入2～3滴酚酞→用標準鹽酸滴定至溶液由紅色變?yōu)闊o色，記錄標準液體積→再加入2～3滴甲基橙→繼續(xù)用標準鹽酸滴定到溶液由黃色變?yōu)槌壬?，記錄標準液體積→做三次平行實驗→數(shù)據(jù)處理。

五、結(jié)語

教師在教學(xué)之余，必須隨時豐富專業(yè)知識及其他學(xué)科素養(yǎng)，結(jié)合教材進行深度研究，對于化學(xué)知識體系中的“一般”規(guī)律、“一般”條件不能成為“絕對”規(guī)律、“絕對”條件的前因后果要了如指掌。在準確、深刻地理解教材知識的基礎(chǔ)上恰如其分地把握教學(xué)尺度，有效落實教學(xué)目標。

參考文獻：

[1] 楊偉群.酸堿滴定終點誤差分析[J].化學(xué)與黏合，2007（1）：68-71.

[2] 王祖浩，張文廣.模糊表達 準確理解[J].化學(xué)教育，2009（1）：21-22.endprint