中和滴定指示剂选择
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中和滴定是利用中和反应原理来测定酸或碱溶液的浓度的方法,在反应过程中,由于溶液的pH发生突变而引起指示剂变色,由此来判断滴定终点。中和滴定通常使用的指示剂有酚酞和甲基橙,由于酸碱类型(强弱)不同,使用的指示剂具有选择性。下面通过有关计算来说明酸碱中和滴定中选择指示剂的依据。
一、强酸与强碱中和滴定指示剂的选择
强酸与强碱发生中和反应生成的强酸强碱盐不发生水解,因此恰好中和时,其溶液呈中性。当强酸或强碱过量时,溶液的pH由过量的酸或碱的量所决定。
【例1】在20.00mL0.100mol·L-1的氢氧化钠溶液中,当加入20.00mL0.100
mol·L-1盐酸时恰好中和。当少加一滴或多加一滴(设一滴溶液的体积为0.05 mL)盐酸时,溶液的pH分别为多少?
解析:当少加一滴盐酸即加入盐酸19.95mL时,碱过量,溶液呈碱性。
pH= -lgc(H+)= -lg8.0×10-11=10.1
当多加一滴盐酸即加入盐酸20.05mL时,酸过量,溶液呈酸性。
pH= -lgc(H+)= -lg1.25×10-4=3.9
以上计算说明,当少加一滴盐酸到多加一滴盐酸时,溶液的pH从10.1突变到3.9,而酚酞的pH变色范围为8.2-10.0,甲基橙的pH变色范围为3.1-4.4,溶液的pH突变均会引起指示剂的颜色变化,造成的误差很小。因此,酚酞和甲基橙都可以作为强酸与强碱中和滴定的指示剂。
二、强酸滴定弱碱指示剂的选择
强酸与弱碱发生中和反应,生成的强酸弱碱盐因发生水解而使溶液呈酸性,应选择酸性条件下变色的指示剂。
【例2】在20.00mL0.100mol·L-1的氨水中,当加入20.00mL0.100mol·L-1盐酸恰好中和时,溶液的pH为多少?当多加一滴(设体积为0.05 mL)盐酸时,溶液的pH为多少?(氨水的K b=1.8×10-5)。
解析:当氨水和盐酸恰好中和时,生成NH4Cl,根据NH4+的水解平衡计算溶液的pH。设溶液中H+浓度为x mol·L-1,则:
NH4++H2ONH3·H2O+H+
起始浓度: c 0 0
平衡浓度:c-x x x
水解平衡常数:
由于K h很小,故c(H+)很小,c(NH4+)- c(H+)=c-x≈c,则:
pH=-lgc(H+)=-lg5.3×10-6=5.3
上述氨水和盐酸恰好中和时,溶液的pH为5.3,此时,若多加一滴盐酸(设体积为0.05mL),溶液的pH将变小。在忽略NH4+水解的情况下,由例1计算结果可知:此时溶液的pH=-lgc(H+)=-lg1.25×10-4=3.9,再考虑水解因素,实际上溶液的pH小于3.9,用甲基橙作指示剂,溶液由黄色变为橙色。
如果用酚酞作指示剂,当溶液的pH降到8.2以下时,溶液颜色由浅红色变为无色。设在上述氨水中加入xmL0.100mol·L-1盐酸时,溶液的pH降到8.2。此时盐酸的量不足,氨水过量,溶液呈碱性。若忽略NH4+的水解,可根据氨水的电离平衡进行计算。
NH3·H2ONH4++ OH-
解得:x=18.4
再说NH4+的水解会使溶液的pH降低,因此加入的盐酸的体积应小于18.4 mL,计算结果与理论值(20 mL)相差甚远,误差很大。因此强酸滴定弱碱时,不能用酚酞作指示剂,一般用甲基橙作指示剂。
三、强碱滴定弱酸指示剂的选择
强碱与弱酸发生中和反应,生成的强碱弱酸盐发生水解,使溶液呈碱性,应选择碱性条件下变色的指示剂。
【例3】在20.00mL0.100mol·L-1的醋酸溶液中,当加入20.00mL0.100
mol·L-1的氢氧化钠溶液恰好中和时,溶液的pH为多少?当少加一滴(设体积为0.05 mL)氢氧化钠溶液时,溶液的pH为多少?(醋酸的K a=1.8×10-5)。
解析:当醋酸和氢氧化钠恰好中和时,生成NaAc,根据Ac-的水解平衡计算溶液的pH。设溶液中OH-浓度为x mol·L-1,则:
Ac-+H2OHAc+OH-
起始浓度: c 0 0
平衡浓度:c-x x x
水解平衡常数:
将c(HAc)=c(OH-)= x,c(Ac-)=c-x≈c(因K h很小)代入上式,
pH=-lgc(H+)=-lg1.9×10-9=8.7
此时,酚酞由无色变为浅红色。
若少加一滴氢氧化钠溶液,相当于过量了一滴醋酸,可根据醋酸的电离平衡计算由醋酸电离出的c(H+)(近似值)。
与Ac-水解产生的c(OH-)=5.3×10-6mol·L-1相比,由HAc电离产生的c(H+)
很小,可以忽略,溶液的pH仍大于8.2,酚酞显浅红色。
若以甲基橙作指示剂,情况会怎样?通过下列计算加以说明。
【例4】在20.00mL0.100mol·L-1HAc溶液中,当加入多少mL0.100mol·L-1 NaOH溶液时,溶液的pH=4.4(以甲基橙作指示剂,滴定终点的pH应大于4.4)。
解析:此时HAc过量,Ac-的水解受HAc抑制,程度较小,可以HAc的电离平衡进行计算。设加入xmL0.100mol·L-1NaOH溶液,则:
HAcH++Ac-
各种微粒的平衡浓度:
c(H+)=10-4.4mol·L-1
解得:x=6.2
计算结果与理论值(20mL)相差甚远,误差很大。因此强碱滴定弱酸时,不能用甲基橙作指示剂,而要用酚酞作指示剂