在化学实验中有关酸碱指示剂的选择--《辽宁教育学院学报》2001年10期
在化学实验中有关酸碱指示剂的选择
【摘要】：正 在现行高等职业技术学校的化学教材中有关酸碱指示剂的选择一直是一个重要的课题,也是学生无法将理论和实验结合的一个难题,如果不及时加以解决,对后读课程分析化学有关酸碱中和滴定就会产生更多迷惑。因此教师必须解决这一问题,下面就有关酸碱指示剂选择这一课题谈谈自己的见解。 在化学实验中我们经常使用的指示剂主要是酸
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在现行高等职业技术学校的化学教材中有关酸碱指示剂的选择一直是一个重要的课题,也是学生无法将理论和实验结合的一个难题,如果不及时加以解央,对后读课程分析化学有关酸碱中和滴定就会产生更多迷惑。因此教师必须解决这一问题,下面就有关骏碱指示剂选择这一课题谈谈自己的
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滴定终点与指示剂的选择
酸碱中和滴定的关键：一要准确测定出参加中和反应的酸、碱溶液的体积;二要准确判断中和反应是否恰好完全反应。
酸碱指示剂可在中和反应终点时出现颜色变化，因此终点判断须选择合适指示剂。
酸碱恰好完全中和的时刻叫滴定终点，为准确判断滴定终点，须选用变色明显，变色范围的pH与恰好中和时的pH吻合的酸碱指示剂。
指示剂的变色范围越窄越好，pH稍有变化，指示剂就能改变颜色。石蕊溶液由于变色范围较宽，且在滴定终点时颜色的变化不易观察，所以在中和滴定中不采用。
酚酞和甲基橙是中和滴定时常用的指示剂，其变色范围分别是：甲基橙的pH在3.1～4.4之间，酚酞的pH在8.2～10.0之间。如用0.1000 mol/L的NaOH溶液去滴定20.00 mL 0.1000 mol/L 的盐酸溶液，理论上应用去NaOH溶液20.00 mL，这时溶液的pH=7。但如果用酚酞作指示剂，在它所指示的滴定终点时，pH&7，而是在8.2～10.0之间。实际计算表明，当滴定到终点时，溶液的pH并不一定等于7，而是存在误差的。这是由指示剂的变色范围所导致的，所造成的误差是在许可范围之内，可以忽略不计。
溶液颜色的变化由浅到深容易观察，而由深变浅不易观察。强酸强碱之间的互滴，尽管甲基橙或酚酞都可以选用。但为了减小误差，应选择在滴定终点时使溶液颜色由浅变深的指示剂。如强酸滴定强碱时，甲基橙加在碱里，达到滴定终点时，溶液颜色由黄色变橙色，易于观察，故选择甲基橙。用强碱滴定强酸时，酚酞加在酸中，达到滴定终点时，溶液颜色由无色变浅红色，易于观察，故选择酚酞。
若酸与碱中有一方是弱的，则要根据中和后所得的盐溶液的pH来确定选择哪一种指示剂。一般说来：强酸中和弱碱时，选择甲基橙(变色范围pH在3.1～4.4之间，生成的强酸弱碱盐显酸性);强碱中和弱酸时，选择酚酞(变色范围pH在8.2～10.0之间，生成的强碱弱酸盐显碱性)。
一、选择指示剂
【例题1】已知常温、常压下，饱和CO2的水溶液的pH=3.9，则可推断用标准盐酸溶液滴定碳酸氢钠水溶液时，适宜选择的指示剂及滴定终点时颜色变化的情况是( )。
A. 石蕊，由蓝变红 B. 甲基橙，由橙变黄
C. 酚酞，红色褪去 D. 甲基橙，由黄变橙
解析：标准盐酸溶液滴定碳酸氢钠水溶液时，发生的反应是：NaHCO3 + HCl === NaCl + CO2&+ H2O，滴定终点时pH=3.9，因此滴定终点时溶液显酸性，指示剂选用甲基橙(3.1～4.4)，滴定终点时溶液pH降低到3.9，颜色由黄变橙。
【例题2】(08年全国理综Ⅱ)实验室现有3种酸碱指示剂，其pH变色范围如下：
甲基橙：3.1～4.4 石蕊：5.0～8.0 酚酞：8.2～10.0
用0.1000 mol/L NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液，反应恰好完全时，下列叙述中正确的是
A. 溶液呈中性，可选用甲基橙或酚酞作指示剂
B. 溶液呈中性，只能选用石蕊作指示剂
C. 溶液呈碱性，可选用甲基橙或酚酞作指示剂
D. 溶液呈碱性，只能选用酚酞作指示剂
解析：0.1000 mol/L NaOH溶液滴定未知浓度的CH3COOH溶液，反应恰好完全时，生成CH3COONa是强碱弱酸盐，因发生水解而使溶液显碱性，故选择酚酞作指示剂误差最小。若选用甲基橙，在甲基橙的变色范围内，NaOH的量不足，导致测定出的CH3COOH浓度偏小。石蕊变色范围太宽，误差大，且颜色变化不明显，不能作酸碱中和反应的指示剂。因此，应选用酚酞作指示剂。
点拨：酸中中和滴定的要点是准确判断滴定终点，关键是根据滴定过程中的pH变化及酸碱指示剂在酸性或碱性溶液中的颜色变化，选择合适的指示剂。在实验室里一般选用酚酞或甲基橙作指示剂，石蕊由于颜色变化不明显，因此滴定时不宜使用。指示剂的变色范围与酸碱中和后的溶液的pH越接近越好，且变色要明显，通常情况下，酸滴定碱，选择甲基橙;碱滴定酸选择酚酞。如果酸碱有一方是弱的，酸碱恰好中和时，所得溶液不一定显中性，则应根据中和所得盐溶液的pH来确定选用上述哪种指示剂，若恰好中和时溶液显酸性，应选择在酸性范围内变色的指示剂&&甲基橙，若恰好中和时溶液显碱性，应选择在碱性范围内变色的指示剂&&酚酞。
二、描述滴定终点
【例题3】下列各项错误的酸碱中和滴定实验中，属于终点现象判断不正确的是
滴定管类型
滴定终点标志
红色变成无色，半分钟内溶液颜色无变化
红色变成橙色，半分钟内溶液颜色无变化
红色变成橙色，半分钟内溶液颜色无变化
蓝色变成紫色色，半分钟内溶液颜色无变化
解析：A项，滴定终点的标志是红色刚好变成无色，且半分钟内溶液颜色无变化。因为如果滴加盐酸过量，溶液仍然是无色，因此A项属于终点现象描述错误;B项、C项应用碱式滴定管，属于仪器选择错误;D项，指示剂、滴定管选择度错误。
三、选择指示剂测定样品中一种成分
【例题4】用酸碱中和滴定法测定氢氧化钠的混合液中氢氧化钠的含量时，可先在混合液中加入过量的氯化钡，使CO32-全部转变成碳酸钡沉淀，然后，用标准盐酸滴定。
(1)用酚酞作指示剂，向混有碳酸钡的氢氧化钠混合物中滴加盐酸，不会使碳酸钡沉淀溶解而能测定氢氧化钠的含量，理由是______________。
(2)若改用甲基橙作指示剂，则对测定结果的影响是________(填&偏高&、&偏低&或&无影响&)。
解析：在碳酸钡和氢氧化钠的混合物中，滴加盐酸，氢氧化钠与先盐酸反应。用酚酞指示滴加盐酸到弱碱性，而碳酸钡无法与盐酸反应，用甲基橙指示滴加盐酸到酸性，碳酸钡将与盐酸反应。
答案：(1)酚酞在弱碱性条件下变色(pH：8.2～10.0)，所以用酚酞作指示剂，滴加盐酸到弱碱性，盐酸只与氢氧化钠反应，不与碳酸钡反应。 (2)偏高
【例题5】用中和滴定的方法测定NaOH和Na2CO3混合溶液中NaOH的含量时，可先在混合液中滴加过量的BaCl2溶液，使Na2CO3完全变成BaCO3沉淀，然后用标准盐酸滴定(用酚酞作指示剂)。
(1)向混有BaCO3沉淀的NaOH溶液中滴入盐酸，______(填&会&或&不会&)使BaCO3溶解而影响测定NaOH的海量，理由是_________。
(2)滴定终点时溶液的颜色由_______变为_______。
(3)滴定时，若滴定管中的滴定液一直下降到活塞处才达到滴定终点，______(填&能&或&不能&)由此得出准确的滴定结果。
(4)______(填&能&或&不能&)改用甲基橙作指示剂。若使用甲基橙作指示剂，则测定结果______(填&偏高&、&偏低&或&正确&)。
答案：(1)不会 当酚酞刚变色时，盐酸只与氢氧化钠作用，不与碳酸钡反应 (2)浅红色 无色(3)不能 (4)不能 偏高
【例题3】取体积均为25 mL浓度均为0.10 mol/L的两份 NaOH溶液，把其中一份放在空气中，一段时间后溶液的pH_____(填&增大&、&减小&或&不变&)，其原因是_____。
用已知浓度的硫酸溶液中和上述两份溶液，若中和第一份(在空气中放置一段时间)所消耗硫酸溶液的体积为VA，另一份消耗硫酸溶液的体积为VB，则：
(1)以甲基橙为指示剂时，VA与VB的关系是________________。
(2)以酚酞为指示剂时，VA与VB的关系是___________________。
解析：NaOH溶液置于空气中，因NaOH与空气中的CO2反应，使NaOH的浓度减小，因此溶液的pH减小。用硫酸滴定Na2CO3溶液，反应分两个阶段进行：①H+ + CO32- = HCO3-(此时溶液显弱碱性);②H+ + HCO3- = H2O + CO2&(此时溶液显弱酸性)。滴定过程按哪种反应进行，取决于选择的指示剂。因此(1)以甲基橙为指示剂时，因其变色范围pH在3.1～4.4之间，由2NaOH & Na2CO3 & CO2 & H2SO4可知，消耗的H2SO4的量不变，因此有VA=VB;(2)以酚酞为指示剂时，酚酞的变色范围pH在8.2～10.0之间，滴定按①进行，消耗的硫酸的量减少，因此有VA<vb。 </vb。
答案：pH减小 原因见解析 (1)VA=VB (2)VA<vb </vb
【例题4】双指示剂法可用来测定由NaOH、NaHCO3、Na2CO3中的一种或几种物质组成的混合物的含量，具体做法是：向待测液中加入酚酞，用盐酸标准溶液滴定，当红色退去时，NaOH完全被中和，且Na2CO3完全转化为NaHCO3，这时消耗V1 mL盐酸，然后再向待液中加入甲基橙，再继续滴加盐酸标准溶液，当溶液由黄变橙时，NaHCO3被转化为NaCl，这时消耗V2 mL盐酸。
(1) 判断物质的组成，用NaOH、NaHCO3、Na2CO3填写下表的空格：
(2)若盐酸浓度为0.5 mol/L，含惰性杂质的混合物重1.20 g，V1为30.00 mL ，V2为5.00 mL，求各成分的质量分数。
解析：(1)用酚酞作指示剂时，发生下面两个反应：
Na2CO3 +HCl = NaHCO3 + NaCl;NaOH + HCl = NaCl + H2O
用甲基橙作指示剂时反应为：NaHCO3 +HCl = NaCl + H2O + CO2&
此外溶液中NaOH和NaHCO3不能共存，因为还要发生如下反应：
NaOH + NaHCO3 = Na2CO3 + H2O，原混合物可分为以下五种情况来讨论：
①若只含NaOH，则V1&0，V2=0;
②若只含NaHCO3，则V1=0，V2&0;
③若只含Na2CO3，则V1=V2&0;
④若含NaOH和Na2CO3，则V1&V2&0;
⑤若含Na2CO3和NaHCO3，则V2&V1&0。
由此可知，题中各情况下式样的成分为：①NaOH;②NaHCO3;③Na2CO3;④含NaOH和Na2CO3;
⑤含Na2CO3和NaHCO3。
(2)由于V1&V2&0，故该试样是由NaOH和Na2CO3以及惰性杂质组成。
设NaOH含量为x
Na2CO3 & HCl & NaHCO3 & HCl
NaOH & HCl
x (30-5)&10-3&0.5 mol
解得x = 0.0125 mol，故m(NaOH) = 0.0125&40 g = 0.5 g
n(Na2CO3) = n(HCl) = 5&10-3&0.5 mol = 0.0025 mol
m(Na2CO3) = 0.0025 mol&106 g/mol = 0.265 g
w(NaOH) = &100% = 41.67%
w(Na2CO3) = &100% = 22.1%
其它杂质的质量分数为：
1-41.67%-22.1% = 36.23%
答案：见解析。
点拨：为了测定某混合物的组成，可根据混合物中各成分的性质，依据反应中特定的定量关系，以及反应过程中溶液的 变化，采用两种不同的指示剂来进行滴定。求解时要注意各阶段反应中的定量关系。
说明：(1)酸碱恰好中和时溶液不一定呈中性，最终溶液的酸碱性还是取决于生成盐的水解情况。
(2)滴定终点与完全中和是有差距的，滴定终点是指示剂变色点，完全中和点是酸碱恰好反应点。
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酸碱滴定分析中指示剂的选择
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