分析化学实验教程

用NaOH溶液滴定HCl溶液 指示剂
1
2
3
4
VHCl/ml
VNaOH/ml
VHCl/ VNaOH
极差R/ml
VNaOH平均值(x)
(5) 用HCl溶液滴定NaOH溶液：由碱式滴定管以每秒3-4滴的流速，放出约20 ml (读准至 ml) NaOH溶液至锥形瓶中，加1-2滴甲基橙指示剂，用HCl滴定到溶液恰好由黄色转变为橙色为止，记录所消耗HCl溶液的体积 (读准至 ml)。由碱式滴定管再放出约2 ml NaOH溶液，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄色变为橙色，记录终点读数。如此反复滴定练习数次，得到的体积读数即为累计体积。计算每次滴定的体积比(VHCl/VNaOH)，其相对极差小于%才算合格。
(2) 标定法
很多化学试剂不具备上述基准物质的条件，不能用直接法配制标准溶液。这时，可先配制成近似于所需浓度的溶液，然后用基准物质 (或者另一种物质的标准溶液) 来测定其准确浓度。这种利用基准物质或已知标准溶液来确定溶液的标准浓度的操作过程叫做标定。
本实验需要配制NaOH标准溶液。NaOH具有很强的吸湿性，易吸收CO2和水分，生成少量的Na2CO3，且含有少量的硅酸盐、硫酸盐和氯化物等，即NaOH不是基准物质。因此，不能用直接法配制，而只能先配制近似浓度的溶液，然后用邻苯二甲酸氢钾KHC8H4O4(简称KHP) 标定。邻苯二甲酸Hale Waihona Puke Baidu钾是有机弱酸，它与NaOH的反应如下：
在选择适当的指示剂的前提下，能否正确判断滴定终点，准确测量滴定过程中所消耗的标准溶液的体积，将直接影响滴定分析结果的准确度。
根据标准溶液和被测物质间反应 (滴定反应) 类型不同，滴定分析法可分为酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法。酸碱滴定所用的指示剂大多数是可逆的，这有利于练习判断滴定终点。
根据反应的1:1计量关系，可按下式求得NaOH标准溶液的浓度：
式中，mKHP为称取的邻苯二甲酸氢钾的质量 (g)；MKHP为邻苯二甲酸氢钾的摩尔质量 g/mol)；VNaOH为滴定邻苯二甲酸氢钾溶液至终点时所消耗NaOH溶液的体积 (ml)；cNaOH为NaOH标准溶液的浓度 (mol/L)。
由于反应产物邻苯二甲酸钾钠属弱酸强碱盐，在水溶液中显弱碱性，故可选用酚酞为指示剂。
试剂：NaOH (AR)、浓盐酸(相对密度、甲基橙指示剂%水溶液)、酚酞指示剂%乙醇溶液)
【实验内容】
1.酸碱溶液的配制
(1)mol/L HCl溶液的配制：用洁净量筒量取浓盐酸 ml倒入试剂瓶中，用水将其稀释至300 ml，盖上玻璃塞，摇匀。
(2) mol/LNaOH溶液的配制：称取NaOH g于烧杯中，加50 ml水使之全部溶解，移入试剂瓶中，再加入250 ml水，用橡皮塞塞好瓶口，摇匀。
为了严格训练学生的滴定分析基本操作，本实验选用甲基橙和酚酞指示剂，通过HCl与NaOH溶液相互滴定时体积比的测定，学会酸碱溶液的配制方法和判断滴定终点的方法。
【实验仪器和试剂】
仪器：酸式滴定管 (50 ml)、碱式滴定管 (50 ml)、移液管 (25 ml)、锥形瓶 (250 ml)、烧杯(100 ml)、量筒 (10 ml，100 ml)、台秤、试剂瓶 (500 ml)
本实验利用酸碱滴定原理，以NaOH标准溶液滴定有机酸试样溶液。由于滴定反应产物为弱酸强碱盐，终点时溶液显弱碱性，故选用酚酞作指示剂。溶液颜色由无色转变为微红色即为终点。根据NaOH标准溶液的浓度和滴定所消耗的体积以及滴定反应计量关系，可计算出试样中有机酸的含量。
【实验仪器和试剂】
仪器：台秤、光电分析天平、锥形瓶 (250 ml)、量筒 (100 ml)、碱式滴定管 (50 ml)、烧杯(100 ml)、容量瓶 (250 ml)、移液管 (25 ml)、试剂瓶 (500 ml)
酸碱标准溶液一般配成 mol/L。浓度过高时，误差较大；浓度太稀，滴定突跃范围减小，指示剂变色不甚明显，也将引起误差。
2. 样品的测定
在用滴定分析法测定样品之前，首先要判断能否直接准确滴定。各类滴定分析方法，各有其不同的判断标准。例如，在cKa≥10-8作为强碱直接准确滴定弱酸的判断依据。其中，c为弱酸的物质的量浓度，Ka为弱酸的离解常数。此时，分析结果的相对误差小于%。
一定浓度的NaOH和HCl溶液互相滴定时，其滴定反应为
NaOH + HCl = NaCl + H2O
反应达到计量点时：
cNaOH·VNaOH= cHCl·VHCl
由此，当NaOH和HCl溶液的浓度一定时，所消耗的溶液体积比(VHCl/VNaOH)或(VNaOH/VHCl)应是一定的。在指示剂不变的情况下，改变被滴定溶液的体积，滴定至终点时此体积之比也应基本不变。借此，可以检验滴定操作技术和判断终点的能力。
1. 标准溶液的配制
根据试剂的性质不同，可选用直接法或间接法 (又叫标定法) 配制标准溶液。
(1) 直接法
准确称取一定质量的试剂，溶解后用容量瓶定容。根据试剂的质量和溶液的体积计算该标准溶液的准确浓度。
只有具备以下条件的试剂 (叫基准试剂或基准物质)，才能用直接法配制：(a) 在空气中很稳定；(b) 纯度足够高 ( >99%)，而杂质含量少到可以忽略；(c) 实际组成 (包括结晶水的含量) 与化学式相符；(d) 最好具有较高摩尔质量。
(2) 用25 ml移液管移取试样溶液于锥形瓶中，加酚酞指示剂1-2滴，用NaOH标准溶液滴定至溶液呈微红色，30 s内不褪色即为终点，记下体积读数。平行测定2-3次，体积极差应小于 ml。
(3) 按下式计算有机酸HnA的含量，并以其平均值报告结果。
式中，cNaOH为NaOH标准溶液的浓度 (mol/L)；VNaOH为滴定所消耗NaOH标准溶液的体积 (ml)；MHnA为HnA的摩尔质量 (g/mol)；mHnA为称取的有机酸试样的质量 (g)。
【知识介绍】
容量分析，又称滴定分析。容量分析法是将已知准确浓度的试剂溶液 (标准溶液) 滴加到被测的试样溶液中，直到所加的试剂与被测物质定量反应完全时为止，然后根据标准溶液的浓度、体积以及化学反应计量关系求得试样中被测物质含量的一种方法。
用容量分析法进行定量分析时，通常将被测物质的溶液置于锥形瓶中，再把标准溶液通过滴定管逐滴加到锥形瓶里，这样的操作过程叫滴定。当滴入的标准溶液与被测物质按两者的化学反应计量关系定量反应完全时，称反应到达了化学计量点 (简称计量点)。由于很多反应在到达计量点时并无外观的变化(如NaOH与HCl的反应)，计量点一般依据指示剂的变色来确定，因此，滴定实际上是进行到加入的指示剂正好发生颜色转变时为止 (称滴定终点，简称终点)。终点与计量点不一定恰好符合，由此而造成的分析误差叫做终点误差。
【思考题】
1.滴定管和移液管应如何洗涤使用前应如何处理锥形瓶使用前是否要干燥
2. 移液管排空后遗留在流液口内的少量溶液是否应吹出
3. 每次滴定前，为何将滴定管读数的起点均要调到刻度处
实验二有机酸含量的测定
【实验目的】
1.掌握有机酸含量的测定原理和方法，学会用标准法配制标准溶液的方法；
2.学习容量瓶的正确使用方法，进一步熟练称量和滴定操作技术。
2. 酸碱溶液的互相滴定
(1) 洗涤酸式、碱式滴定管及移液管。将酸式滴定管涂凡士林油，并检查是否漏水。碱式滴定管的乳胶管如已老化，则更换新的，并检查玻璃珠大小是否合适，是否漏水。
(2) 用NaOH溶液润洗碱式滴定管2-3次，每次用5-10 ml，然后将NaOH溶液直接装入碱式滴定管中，调好零刻度。
(3)用HCl溶液润洗酸式滴定管2-3次，每次用5-10 ml，然后将HCl溶液直接装入酸式滴定管中，调好零刻度。
(4)用NaOH溶液滴定HCl溶液：用25 ml移液管量取HCl溶液置于锥形瓶中，加2-3滴酚酞指示剂，然后用NaOH溶液滴定至溶液刚刚呈现微红色，30 s内不褪色即为终点，记录读数。如此平行测定4次，要求所消耗NaOH溶液的体积最大值与最小值之差 (极差R) 小于 ml。求出NaOH溶液体积的平均值，并计算(VHCl/VNaOH)。
酸碱指示剂一般是弱的有机酸或有机碱，其共轭酸碱具有不同的结构和颜色。当溶液的pH在一定范围内改变时，共轭酸碱相互发生转变，从而引起溶液颜色的变化。例如，酚酞指示剂是二元弱酸，当溶液的pH在范围内增大时，酚酞则由其酸式结构转化为碱式结构，随之颜色由其酸式色 (无色) 转化为碱式色 (红色)。因此，酚酞是在弱碱性范围内变色的指示剂。又如，甲基橙是在弱酸性范围内变色的指示剂，其变色的pH范围 (简称变色范围)为，其酸式色为红色，碱式色为黄色。
实验一容量分析基本操作
【实验目的】
1.学习掌握容量分析常用仪器的洗涤和使用方法，了解常用玻璃量器的基本知识；
2.学习滴定分析基本操作，掌握正确判断终点的能力；
3. 初步掌握酸碱指示剂的选择方法，熟悉酚酞、甲基橙指示剂的使用和终点的颜色变化。
【预习要点】
预习“常用玻璃仪器及其洗涤与干燥”、“试剂的取用方法和溶液的配制”、“基本度量仪器的使用”以及“误差与分析数据的处理”等内容，明确其操作要点。
HCl和NaOH溶液的相互滴定是强酸强碱的滴定，达到计量点时溶液的pH = 。当以 mol/L NaOH溶液滴定同浓度的HCl溶液时，计量点前后±%相对误差范围内溶液pH的变化范围 (称滴定突跃范围)为。为使终点误差小于±%，以指示剂的变色范围全部或部分落在滴定突跃范围内作为选择酸碱指示剂的依据。换句话说，应选择可以在滴定突跃范围内变色的酸碱指示剂，如酚酞、甲基橙和甲基红(变色范围pH =等。若以甲基橙为指示剂，用NaOH溶液滴定HCl溶液时，终点颜色变化由橙色(pH =变黄色；而用HCl溶液滴定NaOH溶液时，则应以由黄色变橙色时为终点，若滴至红色(pH = ，将产生±%以上的误差。如果用酚酞作指示剂，常用NaOH滴定HCl，这样终点时酚酞由无色变为微红色，易于观察，便于判断滴定终点。
(2) 标定
用差减法准确称取 g邻苯二甲酸氢钾3份，分别置于250 ml锥形瓶中，加25 ml水溶解后，加入1-2滴酚酞指示剂，用NaOH溶液滴定至溶液呈微红色，30 s内不褪色即为终点。记下消耗的NaOH溶液体积，计算NaOH溶液的浓度 (保留四位有效数字)。
2. 有机酸含量的测定
(1)准确称取有机酸试样1份 (如草酸H2C2O4·2H2O约 g)，置于小烧杯中，加适量水溶解后，定量转入250 ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。
试剂：NaOH (AR)、酚酞 %乙醇溶液)、有机酸试样 (草酸或酒石酸、柠檬酸等)、邻苯二甲酸氢钾基准物 (在100-125oC干燥1 h，稍冷后放入干燥器内冷却至室温，备用)
【实验内容】
1. 0.1mol/L NaOH标准溶液的配制与标定
(1) 配制
在台秤上称取约 gNaOH放入烧杯中，加入50 ml新鲜蒸馏水溶解后，转入带有橡皮塞的试剂瓶中，加水稀释至300 ml，摇匀。
用HCl溶液滴定NaOH溶液 指示剂
1
2
3
4
VNaOH/ml
VHCl/ml
VHCl/ VNaOH(xi)
VHCl/ VNaOH(x)
相对极差(%) =[(xmax-xmin)/x]*100%
(6) 参照上表的格式记录及整理实验数据。
【说明】
本实验所配置的NaOH溶液并非标准溶液，仅限于在滴定操作练习中使用。
有机酸大多系固体弱酸，如果它易溶于水，且符合上述滴定条件，则可在水溶液中用标准碱溶液直接准确滴定，测得其含量。例如，草酸为二元弱酸，在水溶液中分两步离解，其Ka1= × 10-2，Ka2= × 10-5。假如草酸的浓度c为 mol/L，则cKa1﹥10-8，cKa2﹥10-8，因此两步离解的H+均可被准确滴定。但是，由于其Ka1和Ka2相差不够大，不满足分步滴定的条件{(Ka1/Ka2)≥105}，只能一步被滴定到草酸盐。酒石酸、柠檬酸等有机酸均与草酸类似。
【预习要点】
复习滴定分析仪器的使用方法和滴定操作要点，理解酸碱滴定法测定实际样品的基本原理和步骤。
【知识介绍】
滴定分析法作为定量分析中的重要方法之一，通常用于常量组分的测定，即被测定组分的含量一般在1%以上，有时也可以测定微量组分 (含量%)。该法准确度较高，一般情况下，其测定的相对误差在%左右。
用滴定分析法测定被测物质的含量，通常包括两大步骤：配制标准溶液和测定样品。