“酸碱中和滴定指示剂选择”误差分析案例

“酸碱中和滴定指示剂选择”误差分析案例

[引言]

2003年4月，教育部正式颁发了《普通高中化学课程标准（实验）》，从而拉开21世纪初我国高中化学课程改革的序幕。在千呼万唤中浙江省也将在今年下半年实施新课程标准。传统的高中教学还是把学生限定在教室和习题中，排斥学生自主探究和实践活动，学生分析、解决实际问题和合作交流的能力得不到应有的锻炼，学生学习化学的兴趣在“题海战”中普遍下降，化学的趣味性和实践性得不到很好体现。取而代之的新课程理念尊重学生个性发展的需要，以全面提高学生的科学素养为宗旨，强调把学生培养成不同领域的人才。新课标强调的就是“你需要什么，我给你什么”，而不是“我给你什么，你接受什么”。

[背景]

高中化学第二册第三章酸碱中和滴定是中学化学中一个重要的定量实验，而酸碱指示剂的选择和滴定终点的判断又是做好酸碱中和滴定实验的根本保证。因此使学生认识指示剂和滴定终点的关系显得尤为重要。为了能上好这堂组内公开课，我事先作了精心准备，考虑到面对的是一批学习成绩优秀的，思维敏捷而发言又很积极的学生，也考虑到中和滴定实验的难度，事先我也作了许多假设和可能出现的问题，期望按照我的思路上好这堂公开课。[问题提出]

师：在定量分析中，用已知物质的量浓度的酸和碱来测定未知浓度的碱和酸的方法叫酸碱中和滴定。滴定的目的是测定酸或碱的物质的量浓度。据中和反应的实质：

H++OH—=H2O

推出：K.c

标.V

标

=c

待

.V

待

即：c

待=K. c

标

.V

标

/V

待

师：酸碱中和滴定所需的仪器（一一展示并简单介绍它们的作用和使用要注意的问题）酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶、铁架台、滴定管夹等。

（学生认真的听着，不时对新看到的仪器表现出一种好奇心和新鲜感）

师：准确的做好酸碱中和滴定实验的关键是什么？

生：我想，根据上面的公式准确测出V

标

的体积很重要。

师：很好，那么我怎么知道V

待

的体积是多少呢？

生：我认为V

待

的体积事先也应该测好，可以把它放在锥形瓶中

（看来学生事先也作了预习）

师：酸碱中和滴定的关键有两点：

①准确测定参加反应的两溶液V标和V待的体积；

②准确判断中和反应是否恰好完全进行，可借助于酸碱指示剂来判断滴定终点；

师：其中强酸与强碱互滴时，可选用酚酞（变色范围8—10）或甲基橙（变色范围3.1—4.4）作指示剂。如果用已知浓度的盐酸去滴定未知浓度的氢氧化钠溶液，选用1—2滴酚酞作指示剂和氢氧化钠溶液一起放入锥形瓶中，可以观察到红色现象，在盐酸滴定过程中若刚由粉红色变为无色，恰30秒内不褪色为滴定终点。如果用已知浓度的盐酸去滴定未知浓度的氢氧化钠溶液，选用1—2滴甲基橙作指示剂和氢氧化钠溶液一起放入锥形瓶中，可以观察到

黄色现象，在盐酸滴定过程中若刚由黄色变为橙色，恰30秒内不褪色为滴定终点。（话音刚落，有一学生举手）

生：老师，那么用酚酞作指示剂，滴定终点时，溶液由粉红色变为无色，显然此时溶液的pH值只要小于8均为无色，也就是说pH值并不一定等于7，我感觉指示剂的挑选有问题？师：考虑的非常仔细，在挑选酚酞作指示剂的时候，的确存在着这个问题。但我们往往忽略不计。（学生感觉非常迷茫！而我为了能按照我的思路正常上课，有意回避了学生的这个问题。）

另一学生：老师，我想，如果做这个实验时选用甲基橙作指示剂，滴定终点溶液由黄色变为橙色，因为甲基橙的变色范围pH为3.1—4.4之间（其中处于3.1—4.4之间为橙色），显然当甲基橙变色时，pH肯定比7要小的多，是不是可以说明选甲基橙作指示剂比选酚酞作指示剂误差要大的多？

（我一阵茫然，学生思维非常敏捷，想到的问题也非常深刻，那我怎么作出回答，如果正面回答，肯定打乱了我上课的计划，如果不作出回答，那么学生的这种开放性的、创造性的思维可能会被我抹杀……。我作出了大胆的决定。）

师：两位同学非常聪明，有多少同学有他们的看法呀？为了能进一步坚定我的决定，我问了一句。（很多同学举手示意）

[解决问题]

师：关于刚才两位同学指示剂的选择所产生的误差问题，果真是这样的吗？我们作如下分析：首先我举例：如果用0.1mol/L的盐酸溶液滴定已知浓度为0.1mol/L体积为20mL的氢氧化钠溶液，假如滴定时所用盐酸体积为VmL。我把整个滴定过程分为四个阶段，请大家共同讨论：

第一阶段：为滴定时，溶液的pH值为多少？

生：因为c（OH—）=10—1mol/L 所以c（H+）=10—13mol/L

pH= -lg c（H+）= -lg10—13 =13

师：

第二阶段：滴定开始至滴定终点前，随着盐酸的加入，溶液中c（OH—）不断减小。

[例题]设滴入盐酸的体积为19.98mL（误差0.001），这时溶液的c（OH—）及pH

值为多少？

生：因为c（OH—）=（20.00mL—19.98mL）×0.1mol/L÷39.98 mL =5.00×10—5mol/L 所以pOH=4.30 pH=9.7

师：很好！

第三阶段；滴定终点时（即恰好完全反应时），此时由于盐酸和氢氧化钠恰好完全反应，V酸=V碱=20mL 溶液为中性pH=7

第四阶段：滴定终点后

[例题]设滴入盐酸的体积为20.02mL时（误差为0.001），这时溶液的c（H+）及

pH值为多少？

生：因为c（H+）=（20.02mL—20.00mL）×0.1mol/L÷40.02 mL =5.00×10—5mol/L 所以pH=4.3

师：非常好！

指导学生多取了一些值，画出以下曲线：

师：从以上这些数据和曲线图中，同学们如何看待刚才两位同学的问题？

生：老师，我知道了，从这个结果来看，酚酞和甲基橙指示剂的选择虽然有一定的误差，但是这个误差是非常小的，小到可以忽略不计。

师：很好，由曲线A可知，从滴定开始到加入19.98mLHCl溶液，即99.9%的NaOH被滴定，溶液的pH值变化较慢，共只有3.3个单位。但从19.98mL到20.02mL即滴定终点前后，体积仅差±0.1%，pH却从9.7变化到4.3，共5.4个单位。说明加入量虽有很小变化，但溶液立刻由碱性变为酸性。

滴定终点前后±0.1%相对误差的溶液pH的变化，在分析化学中称为滴定的pH值突跃范围。指示剂的选择以此为依据。对于0.1mol/L盐酸滴定0.1mol/LnaOH溶液来说，凡在突跃范围内（4.3—9.7）变色的指示剂均可作滴定的指示剂，如酚酞（pH为8—10）、甲基橙（pH为3.1—4.4）。所以在突跃范围内停止滴定结果有足够的准确度。

反之，用氢氧化钠溶液滴定盐酸时也有同样的分析。

（台下传来了窃窃细语声，看得出，学生很兴奋，是为搞懂了一个高难度的问题而兴奋；是为了对酸碱中和滴定有了更深的理解而兴奋；更是为了成功的喜悦而兴奋；托尔斯泰曾说：“成功的教学，所需的不是强制，而是激发学生学习的兴趣”。）

……

师总结：这节课，我们对酸碱中和滴定的指示剂的选择展开了讨论，我们的同学非常聪明，充分展示了自己的敏捷思维，大家通过讨论，对中和滴定和指示剂的选择有了更深的理解，希望同学们课后去思考一下，如果中和滴定的物质是强碱和弱酸之间的相互滴定，那么指示剂的选择会对滴定结果有何影响。