酸堿中和滴定中的誤差分析

陳 琦

(浙江省杭州第十四中學(xué) 310006)

酸堿中和滴定是高中選擇性必修《化學(xué)反應(yīng)原理》中一個(gè)重要的定量實(shí)驗(yàn)，既可以考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的技能，也可以考查學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理的能力，酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)是發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)良好載體.

酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)的步驟較多，包括滴定前的準(zhǔn)備(標(biāo)準(zhǔn)液的配制、標(biāo)準(zhǔn)液和待測液的體積量取、滴定管的潤洗、錐形瓶的洗滌等等)、滴定中操作(讀數(shù)、滴定終點(diǎn)的判斷等等)，每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤的操作都會(huì)導(dǎo)致所測待測液濃度的偏差，如何準(zhǔn)確判斷所測待測液濃度的偏差是學(xué)生的一個(gè)難點(diǎn)，本文筆者將從幾個(gè)方面闡述分析酸堿中和滴定的濃度誤差：

一、誤差分析的一般思維方法

二、常見的一些錯(cuò)誤操作對待測液濃度的影響

1.儀器的潤洗問題(以用標(biāo)準(zhǔn)溶液鹽酸去滴定待測液NaOH溶液為例分析)

在酸堿中和滴定前，一般要對酸堿滴定管先進(jìn)行水洗，再用待裝液潤洗；若滴定管沒有用待裝液進(jìn)行潤洗，勢必導(dǎo)致待裝液的濃度被稀釋，若酸式滴定管沒有潤洗，則導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)溶液被稀釋，要把錐形瓶中的待測液全反應(yīng)完，勢必要多加標(biāo)準(zhǔn)液，最終導(dǎo)致待測液濃度偏高，若堿式滴定管沒有潤洗，則直接導(dǎo)致待測溶液被稀釋，即導(dǎo)致待測液濃度偏低.

而對于錐形瓶的洗滌，一般采取用水洗滌即可，不能再用待裝液潤洗,若用待裝液潤洗，反而會(huì)增加待測液的量，要把錐形瓶中的待測液全反應(yīng)完，勢必要多加標(biāo)準(zhǔn)液，最終導(dǎo)致待測液濃度偏高.

2.讀數(shù)操作問題(以用標(biāo)準(zhǔn)溶液鹽酸去滴定待測液NaOH溶液為例分析)

滴定實(shí)驗(yàn)的正確讀數(shù)操作是眼睛要平視(如圖1所示)，而俯視和仰視勢必會(huì)導(dǎo)致溶液體積的不準(zhǔn)確(如圖2所示).

圖1 圖2

(1)在標(biāo)準(zhǔn)液讀數(shù)時(shí)，滴定前平視，滴定后仰視

所滴加標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積等于滴定后的讀數(shù)減去滴定前的讀數(shù)，滴定前平視，則認(rèn)定該數(shù)據(jù)是正確的，滴定后仰視，則導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏大，最終所讀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積偏大，待測液溶液偏高.

(2)在標(biāo)準(zhǔn)液讀數(shù)時(shí)，滴定前俯視，滴定后平視

滴定前俯視，則導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏小，滴定后平視，則認(rèn)定該數(shù)據(jù)是正確的，最終所讀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積偏大，待測液溶液偏高.

3.滴定過程中的氣泡問題

滴定過程中產(chǎn)生的氣泡勢必會(huì)將溶液頂起來，從而會(huì)導(dǎo)致所讀體積數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；對于這類問題的分析，一般采取的方法是：若滴定前沒有氣泡，可以理解為此時(shí)的數(shù)據(jù)是正確的，若滴定后產(chǎn)生氣泡，勢必會(huì)將溶液頂起來，實(shí)際的體積數(shù)據(jù)刻度線應(yīng)該在下面一點(diǎn)，即所讀體積數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)是被讀小了，最終待測液的濃度偏低；若滴定前有氣泡，勢必會(huì)將溶液頂起來，實(shí)際的滴定前體積數(shù)據(jù)刻度線應(yīng)該在下面一點(diǎn)，若滴定后無氣泡，可以理解為此時(shí)的數(shù)據(jù)是正確的，從而所讀體積數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)是被讀大了，最終待測液的濃度偏高.

4.指示劑的選擇問題(以強(qiáng)酸與弱堿和弱酸與強(qiáng)堿的相互滴定為例)

因強(qiáng)酸與弱堿滴定達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)溶液呈酸性，所以一般選擇在酸性范圍內(nèi)變色的指示劑(如圖3所示)，若選擇在堿性范圍內(nèi)變色的指示劑會(huì)導(dǎo)致滴定終點(diǎn)的誤判，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)液的滴定體積存在誤判，從而導(dǎo)致待測液濃度的誤差.

圖3

(1)強(qiáng)酸(HCl)滴定弱堿(NH3·H2O)

因強(qiáng)酸滴定弱堿達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)溶液呈酸性(假設(shè)圖4的A點(diǎn)為該實(shí)驗(yàn)的滴定終點(diǎn))，而酚酞的變色范圍是8.2～10.0，若選擇酚酞作為該實(shí)驗(yàn)的指示劑，當(dāng)溶液由無色變?yōu)榉奂t色時(shí)，此時(shí)溶液的pH在8.2左右，由圖可知所滴加的標(biāo)準(zhǔn)溶液鹽酸的體積明顯偏小，所以導(dǎo)致待測溶液的濃度偏低.

圖4 圖5

(2)強(qiáng)堿(NaOH)滴定弱酸(HAc)

因強(qiáng)堿滴定弱酸達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)溶液呈堿性(假設(shè)圖5的B點(diǎn)為該實(shí)驗(yàn)的滴定終點(diǎn))，而甲基橙的變色范圍是3.1-4.4，若選擇甲基橙作為該實(shí)驗(yàn)的指示劑，當(dāng)溶液由紅色變?yōu)槌壬珪r(shí)，此時(shí)溶液的pH在3.1左右，由圖可知所滴加的標(biāo)準(zhǔn)溶液NaOH的體積明顯偏小，所以導(dǎo)致待測溶液的濃度偏低.

(3)弱堿(NH3·H2O)滴定強(qiáng)酸(HCl

因弱堿滴定強(qiáng)酸達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)溶液呈酸性(假設(shè)圖6的C點(diǎn)為該實(shí)驗(yàn)的滴定終點(diǎn))，而酚酞的變色范圍是8.2-10.0，若選擇酚酞作為該實(shí)驗(yàn)的指示劑，當(dāng)溶液由無色變?yōu)榉奂t色時(shí)，此時(shí)溶液的pH在8.2左右，由圖可知所滴加的標(biāo)準(zhǔn)溶液鹽酸的體積明顯偏大，所以導(dǎo)致待測溶液的濃度偏高.

圖6 圖7

(4)弱酸(HAc)滴定強(qiáng)堿(NaOH)

因弱酸滴定強(qiáng)堿達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)溶液呈堿性(假設(shè)圖7的D點(diǎn)為該實(shí)驗(yàn)的滴定終點(diǎn))，而甲基橙的變色范圍是3.1～4.4，若選擇甲基橙作為該實(shí)驗(yàn)的指示劑，當(dāng)溶液由黃色變?yōu)槌壬珪r(shí)，此時(shí)溶液的pH在4.4左右，由圖可知所滴加的標(biāo)準(zhǔn)溶液NaOH的體積明顯偏大，所以導(dǎo)致待測溶液的濃度偏高.

綜上所述，在酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)的誤差分析中，采取的總的思路是將所有的錯(cuò)誤操作所引起的影響全部轉(zhuǎn)化為對標(biāo)準(zhǔn)液的體積的影響，若標(biāo)準(zhǔn)液的體積偏大，則最終待測液的濃度偏高，若標(biāo)準(zhǔn)液的體積偏小，則最終待測液的濃度偏低.