淺談酸堿滴定中指示劑的選擇對(duì)滴定終點(diǎn)的影響

吳慕童

摘 要：化工分析是技工院校工業(yè)分析與檢測(cè)專業(yè)必修的一門(mén)學(xué)科，而酸堿滴定是滴定分析中最重要的方法之一。酸堿滴定的關(guān)鍵是滴定終點(diǎn)（即化學(xué)計(jì)量點(diǎn)）的確定，由于酸堿反應(yīng)通常不發(fā)生外觀的變化，需要借助指示劑的顏色變化來(lái)指示終點(diǎn)的到達(dá)，所以如何選擇合適的指示劑？指示劑的選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何要求等問(wèn)題對(duì)很多老師來(lái)說(shuō)具有研究的意義。本文主要通過(guò)滴定過(guò)程中溶液pH值的變化過(guò)程、突躍范圍小結(jié)和通過(guò)分別用酚酞、甲基橙、甲基紅為指示劑進(jìn)行酸堿滴定反應(yīng)，多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果證明指示劑的選擇對(duì)滴定結(jié)果有何影響，淺談本人在化工分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些實(shí)踐思路和體會(huì)。

關(guān)鍵詞：指示劑 終點(diǎn) 酸堿滴定

中圖分類號(hào)：O65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0134-02

酸、堿滴定法是分析化學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。一般酸、堿以及與酸、堿直接或間接發(fā)生質(zhì)子反應(yīng)的物質(zhì)，幾乎都可以用酸、堿滴定法測(cè)定。此方法關(guān)鍵問(wèn)題是指示劑的選擇和滴定終點(diǎn)的確定。因?yàn)樗?、堿反應(yīng)通常不發(fā)生外觀的變化，反應(yīng)過(guò)程不能直接體現(xiàn)酸、堿兩反應(yīng)物量的變化。故在滴定中需選用適當(dāng)?shù)闹甘緞盟淖兩鳛榈竭_(dá)計(jì)量點(diǎn)的標(biāo)志。而不同指示劑的變色有其不同的pH值，為了準(zhǔn)確地確定滴定終點(diǎn)，就需選擇一個(gè)剛好能在滴定終點(diǎn)變色（或附近變色）的指示劑。

要解決這個(gè)問(wèn)題，必須了解指示劑的選擇對(duì)滴定終點(diǎn)的影響，以及滴定過(guò)程中溶液pH值的變化規(guī)律。

現(xiàn)以NaOH（0.1000mol/L）滴定20.00mL HCl（0.1000mol/L）為例，分別用酚酞、甲基橙、甲基紅為指示劑進(jìn)行滴定，通過(guò)消耗NaOH的體積進(jìn)行對(duì)比討論。滴定反應(yīng)為：HCl+NaOH=NaCl+H2O。

1 通過(guò)計(jì)算，體會(huì)滴定過(guò)程中溶液pH值變化過(guò)程

1.1 滴定前

0.1mol/L HCl溶液中：

[H+]=C（HCl）=1.000mol/L

pH=-lg[H+]=-lg0.1000=1.0

（1）滴定開(kāi)始至計(jì)量點(diǎn)前。

隨著NaOH的滴入，HCl溶液中的[H+]不斷與[OH-]反應(yīng)而使[H+]的濃度降低，這時(shí)溶液的組成為HCl+NaCl的混合溶液，溶液的[H+]取決于剩余的HCl的濃度。其pH可按下式求得：

pH=-lg[H+]

故，當(dāng)加入NaOH 10.00mL時(shí)，剩余10.00mL HCl。

由上式算得：

pH=-lg[H+]=-lg（3.33）×10-2=1.48

當(dāng)加入NaOH 19.98mL時(shí)，剩余0.02mL HCl。

=5.00×10-5（mol/L）

pH=-lg[H+]=-lg（5.00）×10-5=4.30

（2）量變過(guò)程小結(jié)。此滴定過(guò)程中，隨著終點(diǎn)的接近，此時(shí)的溶液中不斷有NaCl生成，因Na+與Cl-結(jié)合，生成NaCl，使HCl的解離度變小，而[H+]迅速降低，pH值很快增大（但此時(shí)溶液仍保持酸性）。

當(dāng)繼續(xù)加入NaOH，由于不斷生成NaCl，在溶液中構(gòu)成緩沖體系，使溶液pH變化緩慢，最后達(dá)到滴定終點(diǎn)。此時(shí)溶液的組成為NaCl+H2O，溶液中[H+]由水的離解決定。

即滴定終點(diǎn)時(shí)，加入了20.00mLNaOH，原20.00mLHCl全部被中和為[H+]=[OH-]=1.00mol/L×10-7（mol/L），pH=7.0。

（3）溶液酸、堿性突躍小結(jié)。

接近滴定終點(diǎn)時(shí)（加NaOH 19.98mL），溶液中HCl已很少，緩沖作用減弱，這時(shí)再加半滴（約0.02mL）NaOH，到達(dá)計(jì)量點(diǎn)（共加入NaOH 20.00mL），此時(shí)NaOH與HCl完全反應(yīng)，HCl濃度急劇減小，使溶液pH值發(fā)生突變（明顯轉(zhuǎn)為堿性）。

1.2 滴定終點(diǎn)后

由于NaOH過(guò)量，抑制了Cl-離解，此時(shí)溶液pH由過(guò)量NaOH決定，如滴入至NaOH 20.02mL時(shí)：

pOH=4.30，pH=9.70。

結(jié)論：由于滴入的堿量變化（19.98～20.02mL），致使溶液中HCl濃度急劇變小，即滴入最后約一滴堿溶液使溶液的pH值從4.30～9.70為急劇飛躍。酸堿指示劑的選擇主要是根據(jù)滴定的突躍范圍來(lái)決定。最理想的指示劑應(yīng)該是恰好在滴定終點(diǎn)時(shí)變色。指示劑選擇的原則是：只要指示劑的變色范圍全部或部分包含在滴定突躍范圍之內(nèi)，都可以作為這一滴定的指示劑。

2 通過(guò)表格羅列說(shuō)明，加深對(duì)突躍范圍的理解

滴加氫氧化鈉溶液的體積與突躍范圍有著相當(dāng)敏感的關(guān)系。現(xiàn)將室溫下NaOH（0.1000 mol/L）滴定20.00mLHCl（0.1000 mol/L）時(shí)滴定過(guò)程突躍范圍歸納如下（見(jiàn)表1）。

酸性計(jì)量點(diǎn)堿性

‖突躍范圍‖

3 通過(guò)試驗(yàn)訓(xùn)練，確定合適的指示劑

下面用NaOH（0.1000mol/L）滴定20.00mL HCl（0.1000mol/L）分別用酚酞、甲基橙、甲基紅為指示劑進(jìn)行滴定得到的一組數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。

由表2中的數(shù)據(jù)表明，如果從理論的角度來(lái)看酚酞、甲基橙、甲基紅，這3種指示劑都正好落在滴定突躍的pH值范圍4.30～9.70內(nèi)，都能選擇使用。但通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)用濃度為0.1083mol/L的NaOH溶液滴定濃度約為0.1000mol/L的HCl溶液，分別用酚酞、甲基橙、甲基紅為指示劑，滴定終點(diǎn)時(shí)消耗NaOH的體積分別為20.90mL、17.50mL、18.29mL。這三組數(shù)據(jù)與NaOH的理論體積20.00mL對(duì)比，它們的實(shí)際與理論的體積絕對(duì)值為0.9mL、2.5mL和1.71mL。絕對(duì)值最小是用酚酞為指示劑的這組數(shù)據(jù)，用甲基橙和甲基紅為指示劑時(shí)，消耗的NaOH體積與理論體積相差大，誤差較大。滴定突躍范圍還與溶液的濃度有關(guān)，當(dāng)溶液溶度增大10倍，即用1mol/L NaOH滴定1mol/L HCl，滴定突躍pH值增大兩個(gè)單位（pH3.3～10.7），這時(shí)以甲基橙和甲基紅作為指示劑，終點(diǎn)顏色（pH約4）處于滴定突躍之內(nèi)，誤差就小于0.1%。如果酸堿濃度降低10倍，即用0.01mol/L NaOH滴定0.01mol/L HCl，突躍減小2個(gè)pH單位（pH5.3～8.7），滴定突躍減小，甲基橙和甲基紅就不合適用作指示劑了。

總而言之，通過(guò)用酚酞、甲基橙、甲基紅為指示劑進(jìn)行滴定得到的這組數(shù)據(jù)以及根據(jù)酸堿滴定過(guò)程中溶液pH值的變化規(guī)律說(shuō)明，用酚酞作為指示劑最合適。再說(shuō)這個(gè)滴定突躍的pH值范圍是4.30～9.70，用強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸時(shí)，酚酞加在強(qiáng)酸中，當(dāng)達(dá)到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，溶液由無(wú)色變紅色，屬堿性范圍內(nèi)變色，比較直觀、易于觀察，故選擇酚酞作為指示劑。

參考文獻(xiàn)

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