实验三酸碱混合物测定的方案设计(双指示剂法)教案

实验三酸碱混合物测定的方案设计(双指示剂法)教案
课程名称：分析化学实验B
教学内容：酸碱混合物测定的方案设计(双指示剂法)
实验类型：设计
教学对象：化工、环境工程、药学、生物科学、应用化学、医学检验、制药、复合材料、生物工程、生物技术
授课地点：中南大学南校区化学实验楼301
授课学时：4学时
一、教学目的与要求：
1、巩固移液管、酸式滴定管的正确使用；
2、掌握电子分析天平的正确使用；
3、了解酸碱混合物的测定意义和常用碱度的表示方法；
4、学习HCl标准溶液的配制与标定；
5、掌握双指示剂法测定碱混合物的原理、方法和计算；
6、熟悉甲基红、酚酞、甲基橙指示剂终点颜色判断和近终点时滴定操作控制
二、知识点：
酸碱反应、化学计量点、酸碱指示剂、滴定终点、碱度的表示方法、标准溶液、移液管、酸式滴定管、电子分析天平、实验报告的撰写（数据处理三线表表格化）、有效数字
三、技能点：
玻璃器皿的洗涤、移液管的使用、酸式滴定管的使用、电子分析天平的使用、HCl标准溶液的配制与标定
四、教学重点及难点：
重点：碱混合物测定的基本原理和操作方法
难点：甲基红、酚酞、甲基橙指示剂的变色特征和近终点时滴定操作控制
五、教学方法：
任务驱动法、分组讨论法、阅读指导法、现场讲解指导等
六、复习引入：
1、复习酸碱滴定法有关知识，提问学生:
(1) HCl酸碱滴定法测定对象是什么？(溶液中的氢氧根（OH-）离子的浓度，并且溶液中的碱性物质的碱的强度要满足cKb>10-8)
(2) 强酸直接滴定弱碱时一般以什么做指示剂？(甲基橙或甲基红)
(3) 滴定终点颜色如何判断？(由黄色变橙红色30s不褪色为终点)
[引入] 酸碱滴定法的应用：双指示剂法测定混合碱的组分及其含量
[引言] 酸碱滴定法操作简便，分析速度快和结果准确，因而在工农业生产和科学实践中得到广泛的应用。

在实际工作中，常常会遇到酸碱混合组分的分析问题，如氢氧化钠物质中常常含有一定量的碳酸钠、纯碱中含有一定量的碳酸氢钠、氯化铵中会有一定量的游离盐酸（HCl）、硫酸铵中会有一定量的游离硫酸（H2SO4），为了检验碱和铵盐的质量等级，需要对混合酸碱物中的各组分进行测定；在氟化氢、四氟化硅的生产过程中，会有硫酸和氢氟酸混合酸体系，分析其各组分的含量，为生产工艺控制提供有效的保障。

在同一个试样中测定各组分的含量，用标准酸或标准碱溶液进行滴定分析，根据滴定过程中的pH值的变化情况，选用两种不同的指示剂分别指示终点，这种方法称为双指示剂法。

该法快速、简捷，已广泛应用于酸碱混合物的分析与测定。

[新授]课题：碱混合物测定的方案设计
[提出任务]教师提出本课题的学习任务：
1、工业混合碱测定的基本原理是什么？
2、碱度常用的表示方法有哪些?
3、氢氧化钠与碳酸钠混合碱的测定操作方法。

[任务探索]
1、工业混合碱测定的基本原理是什么？
根据有关学习资料，思考下列问题：
(1) 工业混合碱主要是由什么物质组成的？用什么滴定法测定混合碱的组分及其含量？
(2)用什么试剂作指示剂？各指示剂的变色点和变色范围是多少？
(3)测定Na2CO3与NaOH或Na2CO3与NaHCO3的混合碱时，第一和第二化学计量点的pH值各是多少？
[归纳]引导学生归纳总结出混合碱测定的基本原理
工业碱是Na 2CO 3与NaOH 或Na 2CO 3与NaHCO 3的混合物，采用双指示剂法酸碱滴定进行分析，测定其组分及各组分的含量。

在混合碱的试液中加入酚酞指示剂（变色范围8.0～10.0），用HCl 标准溶液滴定至溶液呈微红色（近无色）。

此时溶液的pH 值为8.31，试液中所含NaOH 完全被中和，Na 2CO 3也被滴定成NaHCO 3，反应如下：
NaOH + HCl = NaCl + H 2O
Na 2CO 3 + HCl = NaCl + NaHCO 3
设滴定体积为V 1ml 。

再加入甲基橙指示剂（变色范围3.1～4.4），继续用HCl 标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色即为终点。

此时溶液的pH 值为3.9，试液中所含NaHCO 3被中和成H 2CO 3，反应为：
NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2O + CO 2↑
设此时消耗HCl 标准溶液的体积为V 2ml 。

根据V 1和V 2可以判断出混合碱的组成。

设试液的体积为Vml 。

当V 1>V 2时，试液为NaOH 和Na 2CO 3的混合物，NaOH 和Na 2CO 3的含量（以质量浓度g •L -1表示）可由下式计算：
V
M C V V NaOH HCl OH N a )(21-=ρ V M C V CO Na HCl CO N a 223
3222=ρ
当V 1<V 2时，试液为Na 2CO 3和NaHCO 3的混合物，NaOH 和Na 2CO 3的含量（以质量浓度g •L -1表示）可由下式计算：
V M C V CO Na HCl CO N a 2233221=ρ
V M C V V NaHCO HCl HCO N a 33)(12-=ρ
[学生回答]
(1) 工业混合碱主要是由什么物质成的？用什么滴定法测定混合碱的组分和含
量？
工业碱通常是Na 2CO 3与NaOH 或Na 2CO 3与NaHCO 3的混合物，采用双指示剂法酸碱滴定进行分析，测定其组分及各组分的含量。

(2) 用什么试剂作指示剂？各指示剂的变色点和变色范围是多少？
[讲解]用酚酞和甲基橙作指示剂。

酚酞的变色点的pH 值为9.1，变色范围是pH 值为8.0～10.0，甲基橙的变色点的pH 值为4.0，变色范围是pH 值为3.1～4.4
(3) 测定Na 2CO 3与NaOH 或Na 2CO 3与NaHCO 3的混合碱时，第一和第二化学计量点的pH 值各是多少？
[讲解] 测定混合碱时，溶液中有Na 2CO 3与NaOH 或Na 2CO 3与NaHCO 3的存在，当滴定达到第一化学计量点时，溶液为NaHCO 3和NaCl 的混合液，溶液的pH 值主要由NaHCO 3控制，可根据酸式盐溶液计算第一化学计量点的pH 值，其值为8.31；当滴定达到第二化学计量点时，溶液为饱和H 2CO 3和NaCl 的混合液，溶液的pH 值主要由饱和H 2CO 3控制，饱和H 2CO 3溶液的浓度一般为0.04mol ·L -1，可根据多元酸溶液计算第二化学计量点的pH 值，其值为4.0。

2、碱度常用的表示方法有哪些?
[讲解] 碱度常用的表示方法有Na2O 、NaOH 、Na2CO3、NaHCO3等物质含量或浓度来表示物质的碱度。

3、氢氧化钠与碳酸钠混合碱的测定操作方法。

[阅读] 指导学生阅读实验报告中的实验步骤。

[讨论] 四个学生一组，归纳测定操作要点。

[提问] 学生代表小组发言：氢氧化钠与碳酸钠混合碱的测定步骤
(1) 0.1mol/L HCl 标准溶液的配制及标定
准确称取Na 2B 4O 7·10H 2O 三份，每份0.4g ～0.6g ，置于250mL 锥形瓶中，各加蒸馏水60mL ，使之溶解，加甲基红2滴，用欲标定的HCl 溶液滴定，近终点时，应逐滴或半滴加入，直至被滴定的溶液由黄色恰变成浅红色为终点。

记录消耗的HCl 溶液体积，重复上述操作，滴定其余两份基准物质。

根据Na 2B 4O 7·10H 2O 的质量m 和消耗HCl 溶液的体积V HCl ，按下式计算HCl 标准溶液的浓度C HCl ， HCl
HCl V O H O B Na M O H O B Na m C ⨯∙⨯∙=)10(1000
)10(227422742
式中M Na2B4O7·10H2O -------硼砂的摩尔质量(381.4)。

(2) 氢氧化钠与碳酸钠混合碱的测定
(3) 数据记录与处理及结论
a 、HCl 标准溶液的标定
序号 Na 2B 4O 7·10H 2O 质量/g V （HCl ）/ml C （HCl ）/（mol ·L -1
） 平均值 RSD 1
2
3 结论：HCl 标准溶液的浓度c=
95%置信度下平均值的置信区间c=s x 5.2±
b 、酸碱混合物的测定
酸碱混合物中碱1的含量
序号 混合碱体积/ml V 1/ml ρ1/ g •L -1
ρ1平均值 RSD 1
2
3 注：当分析试液为NaOH 和Na 2CO 3的混合溶液时，V 1=V 1-V 2
当分析试液为Na 2CO 3和NaHCO 3的混合溶液时，V 1=V 1
结论：混合碱中碱1的浓度ρ=
95%置信度下平均值的置信区间ρ=s x 5.2±
酸碱混合物中碱2的含量
序号 混合碱体积/ml V 2/ml ρ1/ g •L -1
ρ1平均值 RSD 1
2
3 用移液管移取 10.00mL 试液 250mL 锥形
瓶
1d 酚酞 HCl 标液滴至恰好红色消失 记下V 1 再加入1d 甲基橙 滴定 HCl 黄色变
橙色 准确记录HCl 体积V 2平行三次
注：当分析试液为NaOH和Na2CO3的混合溶液时，V2=V2
当分析试液为Na2CO3和NaHCO3的混合溶液时，V2=V2 - V1
结论：混合碱中碱2的浓度ρ=
95%置信度下平均值的置信区间ρ=s
x5.2
[小结] 采用双指示剂法用HCl标准溶液滴定测定混合碱的组分及各组分的含量是国际国内广泛应用的快速、简捷的分析方法。

在混合碱溶液中，先以酚酞为指示剂，用HCl标准溶液滴定混合碱溶液由红色变呈微红色（近无色）为终点，记录HCl标准溶液消耗体积V1，再以甲基橙为指示剂，用HCl标准溶液滴定混合碱溶液由黄色变呈橙色为终点，记录此时HCl标准溶液消耗体积V2，根据V1和V2的大小，判定混合碱的组成并计算各组分的含量。

[演示] 学生代表上讲台演示测定操作过程，其余学生观察其操作。

[讲解、示范] 教师点评学生演示操作过程的正误之处并讲解示范操作要点:
(1) 取样的方法：取样量25.00mL，取样仪器:移液管
(2) 移液管的操作：吸液、调整液面的方法、放液
(3) 酸式滴定管的操作：左手的用法，防止管尖和两侧漏液
(4) 终点判断：以酚酞为指示剂时，待滴定至溶液红色消失又即可返红时即接近终点，要注意每加一滴HCl标准溶液都需充分摇匀，最好每滴间隔2-3s，滴到微红色刚好消失即为终点；以甲基橙为指示剂时，待滴定至溶液橙色出现又即可返黄时即接近终点，要注意每加一滴HCl标准溶液都需充分摇匀，最好每滴间隔2-3s，滴到橙红色刚好出现即为终点
[讲解注意事项]
1、HCl标准溶液使用前必须再次摇匀；
2、实验前检查活塞是否灵活或漏水，必要时重新涂油。

注意手握活塞的正确姿势，手心不可顶活塞；
3、混合碱系NaOH和Na2CO3组成时，酚酞指示剂可适当多加几滴，否则常因滴定不完全使NaOH的测定结果偏低，Na2CO3的测定结果偏高。

4、最好用NaHCO3的酚酞溶液（浓度相当）作对照。

在达到第一终点前，不要因为滴定速度过快，造成溶液中HCl局部过浓，引起CO2的损失，带来较大的误差，滴定速度也不能太慢，摇动要均匀。

5、近终点时，一定要充分摇动，以防形成CO2的过饱和溶液而使终点提前到达。

6、酚酞从红色变为无色，但肉眼观察这种变化不灵敏，因此滴到微带浅红色时为终点。

每次滴定条件尽量掌握一致。

[学生分组] 以每个同学一组分为24～30个小组
[学生实训] 测定混合碱的组成及其含量并完成实验报告。

教师巡回指导
[交流讨论] 引导学生说出自己完成任务的情况(成功或失误之处)
[试验小结] 教师小结本课题实验完成情况。

1、电子分析天平的正确使用，药勺的正确握法，加固体样品的正确加入方式；
2、酸式滴定管的规范操作：克服漏液的现象；
3、近终点时颜色判断和操作：近终点，慢滴多摇，控制半滴操作；
4、分析误差产生原因：滴定速度控制不当；终点判断不准确；读数误差；酸式滴定管管尖和两侧漏液等因素。

[布置作业]：根据你的测定，我们本地区的烧碱或纯碱指标属于那个等级？(写出测定实验操作步骤、实验数据和测定结果)。