混合堿溶液滴定實(shí)驗(yàn)中指示劑的改進(jìn)

崔敏 呂仁慶 李汝奕 劉春英 曹作剛

摘 要：大一無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的混合堿溶液滴定實(shí)驗(yàn)常采用雙指示劑法，由于終點(diǎn)變化不敏銳，導(dǎo)致有較大的誤差。采用混合指示劑來指示滴定終點(diǎn)，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)溶液真值進(jìn)行比較，判斷測(cè)定方法準(zhǔn)確度高低。實(shí)驗(yàn)證明，多組混合指示劑顏色變化明顯，滴定終點(diǎn)容易判斷，滴定結(jié)果準(zhǔn)確，優(yōu)于常規(guī)的雙指示劑法。

關(guān) 鍵 詞：混合堿；滴定；指示劑；改進(jìn)

中圖分類號(hào)：O 655.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）07-1618-03

Improvement of Indicator for Determination of Mixed Base

CUI Min， LV Ren-qin， LI Ru-yi， LIU Chun-ying， CAO Zuo-gang

（College of Science， China University of Petroleum （East China）， Shandong Qingdao 266580， China）

Abstract： The common analysis method of mixed alkali in experiment of inorganic and analytical chemistry is the double indicator method. Because the change of the first measurement point and the second measurement point is not sensitive， the determination result has large error. In this paper， mixed indicator was used to indicate the endpoint. The result shows that end point of mixed indicator titration is easy to judge； the determination result is accurate， better than that of the double-indicator method.

Key words： Mixed alkali； Titration； Indicators； Modification

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性自然科學(xué)，在培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的素質(zhì)教育中，實(shí)驗(yàn)更占有相當(dāng)重要的地位。無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)和化學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的第一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。其中混合堿溶液的滴定是一個(gè)具有代表性的定量分析實(shí)驗(yàn)。目前在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中主要采用的是雙指示劑法[1，2]。所謂雙指示劑就是分別以酚酞和甲基橙為指示劑，在同一份溶液中用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液作滴定劑進(jìn)行連續(xù)滴定，根據(jù)兩個(gè)終點(diǎn)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，計(jì)算混合堿中各組分的含量[3]。該方法步驟簡(jiǎn)單快捷，測(cè)定結(jié)果較為準(zhǔn)確[4]，是一般高校和科研機(jī)構(gòu)經(jīng)常采用的方法。但是該方法存在一定缺陷，例如以酚酞作指示劑確定第一計(jì)量點(diǎn)時(shí)，從紅色滴定到無色，較難判斷終點(diǎn)；以甲基橙作指示劑指示滴定的第二計(jì)量點(diǎn)時(shí)，由黃色滴定到橙色為終點(diǎn)，不敏銳[5，6]。對(duì)于大一的學(xué)生來說，由于他們的實(shí)驗(yàn)技能還不夠成熟，在對(duì)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的判斷上不夠準(zhǔn)確，常使滴定結(jié)果存在較大誤差，因此，需要對(duì)該實(shí)驗(yàn)的指示劑進(jìn)行改進(jìn)，選用混合指示劑法。在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有指示劑的條件下，本著顏色變化明顯、符合溶液等量點(diǎn)的pH變化范圍、提高靈敏度的原則，配制了多組混合指示劑，反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定了一組較好的配比，并做了判斷終點(diǎn)的準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)及混合堿回收實(shí)驗(yàn)，得到了較滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)原理

混合堿是Na2CO3與NaOH或Na2CO3與NaHCO3的混合物。用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。第一計(jì)量點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)物為NaHCO3，pH=8.31。反應(yīng)方程式如下：

NaOH + HCl →NaCl + H2O

Na2CO3+ HCl→ NaHCO3+ NaCl

設(shè)滴定體積V1，繼續(xù)用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到第二計(jì)量點(diǎn)時(shí)，NaHCO3被中和成H2CO3，pH=3.88 反應(yīng)方程式如下：

NaHCO3+ HCl→ NaCl + H2O + CO2

設(shè)此時(shí)消耗HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為V2，根據(jù)V1和V2可以判斷出混合堿的組成。

當(dāng)V1>V2時(shí)，溶液為Na2CO3與NaOH 的混合物。

當(dāng)V1

雙指示劑法中通常采用酚酞作為第一計(jì)量點(diǎn)的指示劑，顏色由紫紅色漸變至粉紅色，淺粉紅色，無色。以淺粉色為終點(diǎn)。但淺粉色的深淺難以掌握，從而使滴定終點(diǎn)產(chǎn)生較大的誤差。因此根據(jù)色彩的調(diào)配原理，選擇4種指示劑按一定體積比混合，使混合指示劑在第一計(jì)量點(diǎn)時(shí)呈綠色，易于終點(diǎn)的判斷。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 儀器與試劑

試劑：鹽酸、無水碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、酚酞、甲基橙、百里酚藍(lán)、溴百里酚藍(lán)、無水乙醇。

儀器：酸式滴定管、堿式滴定管、電子天平、pH計(jì)、吸耳球、量筒、錐形瓶若干。

2.2 酸堿指示劑的配制及混合指示劑的配制

95%的乙醇溶液配制濃度為1%的酚酞

50%的乙醇溶液配制濃度為0.04%的百里酚藍(lán)

20%的乙醇溶液配制濃度為0.02%的甲基橙

95%的乙醇溶液配制濃度為0.07%的溴百里酚藍(lán)

以上指示劑按體積比例混合：酚酞：百里酚藍(lán)：甲基橙：溴百里酚藍(lán)=1.5∶1∶10∶5

3 結(jié)果與討論

3.1 指示劑指示終點(diǎn)準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)

取已知濃度的Na2CO3溶液10.00mL（濃度為0.115 1 mol/L），加入三滴混合指示劑，溶液呈紫紅色，用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液（濃度為0.108 1 mol/L）滴定至淺綠色時(shí)達(dá)到第一計(jì)量點(diǎn)，記錄下消耗的HCl體積V1，然后補(bǔ)加兩滴甲基橙，繼續(xù)滴定至顏色由黃色變?yōu)槌壬?，記錄消耗的HCl體積V2。理論上V1=V2，實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)見表1。

采用相同滴定過程，用雙指示劑法作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)定數(shù)據(jù)見表1。

表1 指示劑指示終點(diǎn)的準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)

Table 1 Accuracy of indicator

鹽酸體積

V1 /mL 鹽酸體積

V2 /mL V1/V2 V1/V2

平均值 相對(duì)

誤差 標(biāo)準(zhǔn)

偏差

雙

指

示

劑

法 10.35 10.68 0.969 1 1.005 2 -0.52% 0.028 4

10.80 10.68 1.011 2

10.39 10.56 0.983 9

10.62 10.38 1.023 1

10.80 10.40 1.038 5

混

合

指

示

劑

法 10.65 10.62 1.002 8 1.002 3 -0.23% 0.005 4

10.65 10.65 1.000 0

10.65 10.65 1.000 0

10.62 10.65 0.997 2

10.72 10.60 1.011 3

3.2 碳酸鈉和碳酸氫鈉不同比例混合的回收實(shí)驗(yàn)

配制Na2CO3與NaHCO3混合溶液，體積比分別是1∶1，3∶2，分別用兩種方法進(jìn)行標(biāo)定，滴定過程同3.1，對(duì)比其準(zhǔn)確性。測(cè)定數(shù)據(jù)見表2，表3。

表2 Na2CO3：NaHCO3=1∶1（體積比）混合液的回收實(shí)驗(yàn)Table 2 Recovery of Na2CO3 and NaHCO3 mixture liquid

（the ratio of the volume is Na2CO3：NaHCO3=1：1）

Na2CO3濃度/（mol·L-1） NaHCO3濃度/（mol·L-1） Na2CO3與NaHCO3濃度平均值/（mol·L-1）

雙

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.115 1 0.099 8 0.214 9

測(cè)量值 0.119 2 0.083 8 0.203 0

0.121 7 0.076 8 0.198 5

0.126 6 0.070 0 0.196 6

0.123 4 0.075 5 0.198 9

0.121 9 0.078 5 0.200 4

平均值 0.122 6 0.076 9 0.199 5

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.002 7 0.005 0 0.002 4

回收率 106.48% 77.07% 92.82%

混

合

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.115 1 0.099 8 0.214 9

測(cè)量值 0.111 3 0.100 7 0.212 0

0.110 7 0.100 0 0.210 7

0.110 9 0.098 5 0.209 4

0.109 2 0.101 7 0.210 9

0.110 7 0.100 4 0.211 1

平均值 0.110 6 0.100 3 0.210 8

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.000 8 0.001 2 0.000 9

回收率 96.06% 100.46% 98.10%

表3 Na2CO3：NaHCO3=3∶2（體積比）混合液的回收實(shí)驗(yàn)Table 3 Recovery of Na2CO3 and NaHCO3 mixture liquid

（the ratio of the volume is Na2CO3：NaHCO3=3：2）

Na2CO3濃度/（mol·L-1） NaHCO3濃度/（mol·L-1） Na2CO3與NaHCO3

濃度平均值/（mol·L-1）

雙

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.115 1 0.099 8 0.214 9

測(cè)量值 0.117 0 0.085 1 0.202 1

0.120 6 0.073 2 0.193 8

0.117 6 0.082 2 0.199 8

0.115 4 0.085 4 0.200 8

0.121 1 0.071 6 0.192 7

平均值 0.118 3 0.079 5 0.197 8

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.002 4 0.006 6 0.004 3

回收率 102.81% 79.66% 92.06%

混

合

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.115 1 0.099 8 0.214 9

測(cè)量值 0.114 4 0.100 0 0.214 4

0.113 7 0.100 8 0.214 5

0.113 3 0.100 0 0.213 3

0.112 6 0.100 3 0.212 9

0.115 6 0.097 6 0.213 2

平均值 0.113 9 0.099 7 0.213 7

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.001 1 0.001 2 0.000 7

回收率 98.97% 99.94% 99.42%

3.3 碳酸鈉和氫氧化鈉不同比例混合的回收實(shí)驗(yàn)

配制Na2CO3與NaOH混合溶液，體積比分別是1∶1，1∶2，分別用兩種方法進(jìn)行標(biāo)定，滴定過程同3.1，對(duì)比其準(zhǔn)確性。測(cè)定數(shù)據(jù)見表4，表5。

3.4 實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)

（1）實(shí)驗(yàn)中鹽酸的標(biāo)定要注意終點(diǎn)時(shí)生成的是H2CO3飽和溶液，pH為3.89，為了防止終點(diǎn)提前，必須盡可能驅(qū)除CO2，接近終點(diǎn)時(shí)要?jiǎng)×艺袷幦芤?，或者加熱；本?shí)驗(yàn)采用的是加熱溶液。

（2）堿測(cè)定在第一終點(diǎn)時(shí)生成NaHCO3應(yīng)盡可能保證CO2不丟失，滴定速度一定不能過快，否則會(huì)造成HCl局部過濃，引起CO2的丟失，搖動(dòng)應(yīng)該緩慢不要?jiǎng)×艺駝?dòng)。

（3）在確定混合指示劑的配比時(shí)，為了保證溶液在顏色突變時(shí)的pH值在第一、二計(jì)量點(diǎn)附近，需使用pH酸度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

（4）在稱重樣品時(shí)，為避免純堿樣品的吸濕，應(yīng)迅速蓋好稱量瓶蓋，快速完成稱量操作，以得到準(zhǔn)確的重量。

表4 Na2CO3∶NaOH=1∶1（體積比）混合液的回收實(shí)驗(yàn)

Table 4 Recovery of Na2CO3 and NaOH mixture liquid

（the ratio of the volume is Na2CO3：NaOH=1：1）

Na2CO3濃

度/（mol·L-1） NaOH濃

度/（mol·L-1） Na2CO3與NaOH濃

度平均值/（mol·L-1）

雙

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.115 1 0.098 5 0.213 6

測(cè)量值 0.106 5 0.091 2 0.197 7

0.104 0 0.096 2 0.200 2

0.103 5 0.097 7 0.201 2

0.099 6 0.105 8 0.205 4

0.100 6 0.102 7 0.203 3

平均值 0.102 8 0.098 7 0.201 6

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.002 8 0.005 7 0.002 9

回收率 89.35% 100.22% 94.36%

混

合

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.102 8 0.098 5 0.201 3

測(cè)量值 0.098 3 0.098 9 0.197 2

0.096 0 0.103 1 0.199 1

0.097 5 0.100 6 0.198 1

0.098 9 0.097 0 0.195 9

0.100 2 0.097 5 0.197 7

平均值 0.098 2 0.099 4 0.197 6

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.001 6 0.002 5 0.001 2

回收率 95.51% 100.93% 98.16%

4 結(jié) 論

從表1可以看出，通過對(duì)指示劑的改進(jìn)，可以使雙指示劑法測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差由原來的-0.52%減至-0.23%，標(biāo)準(zhǔn)偏差也由0.028 4減為0.005 4，測(cè)定的精密度有較大提高。因此混合指示劑法相對(duì)于雙指示劑法在指示終點(diǎn)的準(zhǔn)確性方面更為準(zhǔn)確。從表2，表3，表4和表5可以看出，對(duì)于不同體積比例和不同種類的混合堿來說，其回收率都有一定提高，都能達(dá)到98%以上。說明混合指示劑法在混合堿回收率方面明顯優(yōu)于雙指示劑法。由此可看出，混合指示劑法無論是從準(zhǔn)確性還是操作性方面來說，都比現(xiàn)在使用的雙指示劑法效果好，對(duì)于大一學(xué)生的無機(jī)及分析實(shí)驗(yàn)而言，是一種可行的值得推廣的標(biāo)定新方法。

表5 Na2CO3：NaOH=1：2（體積比）混合液的回收實(shí)驗(yàn)

Table 5 Recovery of Na2CO3 and NaOH mixture liquid

（the ratio of the volume is Na2CO3：NaOH=1：2）

Na2CO3濃

度/（mol·L-1） NaOH濃

度/（mol·L-1） Na2CO3與NaOH濃度平均值

/（mol·L-1）

雙

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.115 1 0.098 5 0.213 6

測(cè)量值 0.107 8 0.095 3 0.203 1

0.103 9 0.100 7 0.204 6

0.106 0 0.098 5 0.204 5

0.108 3 0.094 3 0.202 6

0.106 5 0.097 2 0.203 7

平均值 0.106 5 0.097 2 0.203 7

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.001 7 0.002 5 0.000 9

回收率 92.53% 98.68% 95.37%

混

合

指

示

劑

法 實(shí)際值 0.102 8 0.098 5 0.201 3

測(cè)量值 0.101 2 0.096 0 0.197 2

0.101 7 0.094 6 0.196 3

0.102 5 0.096 1 0.198 6

0.101 2 0.096 0 0.197 2

0.101 9 0.095 9 0.197 8

平均值 0.101 7 0.095 7 0.197 4

標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.000 5 0.000 6 0.000 7

回收率 98.93% 97.18% 98.97%

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