中和滴定時,怎樣選擇酸堿指示劑?
在實際操作時,用已知濃度的标準酸(或堿)慢慢滴入未知濃度的堿(或酸)中,到酸和堿的克當量數相等,這時稱為等當點。中和反應達到等當點時,溶液外觀一般沒有變化,需要利用酸堿指示劑的變色作為到達等當點的信号。
選擇一個合适的指示劑,一方面要了解指示劑的變色範圍,另一方面要了解在滴定過程中溶液pH值變化的情況,尤其是在達到等當點前後pH值突變的情況。在滴定過程中,我們把溶液pH值與加入标準酸(或堿)液量的對應關系作圖,可以得到滴定曲線(圖12-1),在等當點附近加入一滴酸(或堿)所引起的pH值急劇變化,在滴定曲線上幾乎形成一段垂直線,這種急劇變化稱為滴定突躍,這一垂直線所對應的pH值範圍稱為突躍範圍。滴定突躍是選擇指示劑的主要根據。
最理想的指示劑應該恰好在等當點時變色,但這樣的指示劑很難找到,而且也沒有必要。實際上,凡在pH4.3~9.7以内變色的指示劑都可保證測定有足夠的準确度。由上圖可知,酚酞變色時,等當點已過,NaOH已加入過量,即滴定終點比等當點略遲,但酚酞變色範圍的pH值為8~10,在等當點附近的pH突躍範圍以内,從等當點到酚酞開始變紅時,NaOH的加入量相差不超過半滴。所以,滴定雖然略有一些誤差,但符合容量分析的要求,因此酚酞可以用作這一中和滴定的指示劑。如果用甲基橙作指示劑,雖然滴定終點比等當點略早,但當甲基橙由紅剛變橙時,加入的溶液量跟等當點相差也不超過半滴,這點誤差也是可以忽略不計的。這就是說,凡是指示劑的變化範圍全部或部分在滴定突躍範圍内都可使用。
強酸與強堿相互滴定時,反應生成的鹽不發生水解,溶液的pH值等于7,滴定突躍範圍的pH值在4.3~9.7。甲基橙和酚酞都可以用作指示劑。
強酸與弱堿相互滴定時,反應生成的鹽水解後使溶液顯酸性。如鹽酸滴定氨水,等當點時溶液pH值為5.3,滴定突躍範圍的pH值在4.3~6.3之間,可選用甲基橙為指示劑,不宜選用酚酞。如圖12-2所示。
強堿與弱酸相互滴定時,反應生成的鹽水解後使溶液顯堿性。如NaOH滴定CH3COOH,等當點時溶液pH值為8.7,滴定突躍範圍的pH值在7.7~9.7,顯然,酚酞的變色範圍恰好在突躍範圍之内,可作為這一滴定的指示劑,但不宜選用甲基橙。如圖12-3所示。
弱酸鹽或弱堿鹽的滴定常直接用标準酸或标準堿溶液。
雙指示劑法(詳細内容後面,我另做介紹)如碳酸鈉的滴定,如使用标準鹽酸,反應分兩步進行:
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
第一步反應達到等當點時,溶液pH值為8.31,可用酚酞作指示劑;第二步反應達到等當點時,溶液pH值為3.9,可選用甲基橙為指示劑。
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