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无机及分析化学第八章 酸碱滴定
pKa(HIn)
1.7 3.3 3.4 4.1 4.9
常用溶液 0.1%的20%乙醇溶液 0.1%的90%乙醇溶液 0.05%的水溶液 0.1%的20%乙醇溶液或其它钠盐水溶液 0.1%的20%乙醇溶液或其它钠盐水溶液
10ml 试液用量 1~2 1 1 1 1~3
百里酚蓝(第一步离解)1.2 ~ 2.8 甲基黄 甲基橙 溴酚蓝 溴甲酚绿 2.9 ~ 4.0 3.1 ~ 4.4 3.0 ~4.6 4.0 ~ 5.6
3.25
4.1 4.3
蓝紫
紫 橙
绿
黄绿 蓝绿
pH3.2,蓝紫色; pH 3.4,绿色
PH4.1灰色
5.1
6.1
pH3.5色;4.05,绿色;4.3,浅 绿 PH5.1灰色 酒红(紫红)绿(蓝绿) 颜色变化极显著 pH5.4蓝绿色; pH 5.8,蓝色; 蓝绿 蓝紫 pH 6.0蓝微带紫; pH 6.2蓝紫
甲基红
溴百里酚蓝 中性红 苯酚红 酚酞 百里酚酞
4.4 ~ 6.2
6.2 ~ 7.6 6.8 ~8.0 6.8 ~ 8.4 8.0 ~10.0 9.4 ~10.6
红~黄
黄~蓝 红~黄橙 黄~红 黄~蓝 无~红 无~蓝
5.2
7.3 7.4 8.0 8.9 9.1 10.0
0.1%的60%乙醇溶液或其它钠盐水溶液
K a ( HIn ) C ( In ) a = C ( H ) C ( HIn ) c a
式中 Ka 和 a都是定值,如果 c值增大了,要维持平衡就只有
增大 C(H+) ,就是说,指示剂要在较低的 pH 值时显粉红色。
4. 滴定顺序也会影响酸碱指示剂变色的敏锐程度。如指示剂
由无色变到红色变化明显,易于辨别,反之则不明显。
> 1/10 ,
pH =pKa(HIn)±1 不同的酸碱指示剂,pKa(HIn)不同,变色范围就不同,所以不同的酸 碱指示剂一般就能指示不同的酸度变化。另外,在酸碱指示剂的变色 范围内,指示剂所呈现的颜色是酸色和碱色的混合色。
一些常用酸碱指示剂的变色范围
指示剂 变色范围PH 颜色变化 红~黄 红~黄 红~黄 黄~紫 黄~蓝
另一种常用的酸碱指示剂甲基橙则是一种弱的有机碱,在溶液中有如下
平衡存在:
N (CH3)2
+
H N N SO 3-
(CH3)2 OHN + H pKa = 3.4 N N SO 3-
红色离子(醌式)
黄色分子(偶氮式)
pH≤ 3.1,酸式色,红色
pH≥4.4碱式色,黄色
pH :3.1~4.4,混合色,橙色
0.1%的20%乙醇溶液或其它钠盐水溶液 0.1%的60%乙醇溶液 0.1%的60%乙醇溶液或其它钠盐水溶液 0.1%的20%乙醇溶液 0.5%的90%乙醇溶液 0.1%的90%乙醇溶液
1
1 1 1 1~4 1~3 1~2
百里酚蓝(第二步离解)8.0 ~ 9.6
许多酸碱指示剂的变色范围不是pH =pKa(HIn)±1,而是
二、 酸碱指示剂的变色范围及其影响因素
1. 酸碱指示剂的变色范围 当C(In-)=C(HIn)时为酸碱指示剂的理论变色点,即pH =p Ka(HIn) 。 人眼辨色能力有限,要觉察出理论变色点是较为困难的。 一般而言,
因此,酸碱指示剂的变色范围是 10> 可得:
C ( In ) C ( HIn )
色的敏感程度不同,以及酸碱指示剂两种颜色之间的相 互掩盖作用,会导致变色范围的不同。例如,甲基橙的 变色范围理应是 pH=2.4 ~ 4.4 ,可表中所列的变色范围 pH=3.1~4.4,这是由于人眼对红色比对黄色敏感,使得 酸式一边的变色范围相对变窄。
2. 温度、溶剂以及一些强电解质的存在也会改变酸碱指示
1份0.1%甲基黄乙醇溶液 1份0.1%次甲基蓝乙醇溶液 1份0.1%甲基橙水溶液 1份0.25%靛蓝二磺酸水溶液 1份0.1%溴甲酚绿钠盐水溶液 1份0.2%甲基橙水溶液 3份0.1%溴甲酚绿钠盐乙醇溶液 1份0.2%甲基红乙醇溶液
1份0.1%溴甲酚绿钠盐水溶液 1份0.1%氯酚红钠盐水溶液 1份0.1%中性红乙醇溶液 1份0.1%次甲基蓝乙醇溶液 1份0.1%甲酚红钠盐水溶液 3份0.1%百里酚蓝钠盐水溶液 1份0.1%酚酞乙醇溶液 2份0.1%甲基绿乙醇溶液 1份0.1%百里酚蓝50%乙醇溶液 3份0.1%酚酞50%乙醇溶液 1份0.1%酚酞乙醇溶液 1份0.1%百里酚酞乙醇溶液 2份0.1%百里酚酞乙醇溶液 1份0.1%茜素黄R乙醇溶液
8.2 酸碱滴定法
能否采用酸碱滴定法测定酸、碱物质的含量最主要的问题
包括两个方面:
一是被测物质在选定的条件下能否被准确滴定; 二是怎样选择最合适的指示剂来确定滴定终点。
通过研究滴定过程中溶液pH的变化规律,特别是化学计
量点附近pH值的改变与滴定完成程度(即滴定分数,用T 表示)的关系,得到清楚的答案。
溶液的pH
<4.0 5.1 >6.2
溴甲酚绿
黄 绿 蓝
甲基红
红 橙红 黄
混合色
酒红 灰 绿
常用的pH试纸就是将多种酸碱指示剂按一定比例混合浸
制而成,能在不同的pH值时显示不同的颜色,从而较为 准确地确定溶液的酸度。pH试纸可以分为广泛pH试纸和 精密pH试纸两类,其中的精密pH试纸就是利用混合指示 剂的原理使酸度的确定能控制在较窄的范围内。
(2) 由某酸碱指示剂与一种惰性染料按一定比例配成。 在指示溶液酸度的过程中,惰性染料本身并不发生颜色的
改变,只起衬托作用,通过颜色的互补来提高变色敏锐性。
溶液的pH ≤3.1 4.1 ≥4.4
靛蓝 蓝 蓝 蓝
甲基橙 红 橙 黄
混合色 紫 浅灰 绿
若干常见混合指示剂
指示剂溶液的组成 变色时pH 颜色 值 酸色 碱色 备注
+
º ì É « À ë × Ó £ ¨õ « Ê ½ £ ©
¨¼ Å î +H
+
Î Þ É « À ë × Ó
转变过程是可逆的,当溶液pH值降低时,平衡向
反方向移动,酚酞又变成无色分子。因此酚酞在 酸性溶液中呈无色,当pH值升高到一定数值时变 成红色,浓的强碱溶液中又呈无色。
甲基橙指示剂 Merhyl Orange(MO)—双色
5. 盐类的影响:一方面可影响 K(HIn) ,另一方面可影响指示
剂颜色的深度(由于盐类具有吸收不同波长的性质),势 必影响其变色的敏锐性。
三、 混合指示剂
对于需要将酸度控制在较窄区间的反应体系,可以采用混合指示剂来
指示酸度的变化。混合指示剂利用颜色的互补来提高变色的敏锐性, (1) 由两种或两种以上的酸碱指示剂按一定的比例混合而成。 例如,溴甲酚绿(pKaθ=4.9)和甲基红(pKaθ=5.2)两种指示剂,前 者酸色为黄色,碱色为蓝色;后者酸色为红色,碱色为黄色。当它们 按照一定比例混合后,由于共同作用的结果,使溶液在酸性条件下显 橙红色,碱性条件下显绿色。在pH=5.1时,溴甲酚绿的碱性成分较多, 显绿色,而甲基红的酸性成分较多,显橙红色,两种颜色互补得到灰 色,变色很敏锐。
剂的变色范围,主要在于这些因素会影响指示剂的离解 常数Ka(HIn)的大小。
例如,甲基橙指示剂在 18℃时的变色范围为 pH=3.1~4.4,
而100℃时为pH=2.5~3.7。
3. 指示剂用量:指示剂用量过多,可降低变色的敏锐性,且
指示剂本身也会多消耗一些滴定剂,从而带来误差。 对于单色指示剂,例如酚酞,指示剂用量的不同也会影响 变色范围,用量过多将会使变色范围朝pH值低的一方移动。 如在 50mL ~ 100mL 溶液中加入 2 ~ 3 滴 0.1 %酚酞指示剂, pH≈9 时出现红色,若在 50mL ~ 100mL 溶液中加入 10 ~ 15 滴0.1%酚酞指示剂,pH≈8时出现红色。 设单色指示剂酚酞的总浓度为c,人眼观察到红色(碱色) 的最低浓度为a(一个固定值),代入平衡式:
7.0
8.3 8.9 9.0 9.9 10.2
紫蓝
黄 绿 黄 无 黄
绿
紫 紫 紫 紫 紫
pH7.0,紫蓝
pH8.2,玫瑰红; pH 8.4,清晰的紫色 PH8.8浅蓝 PH9.0紫 从黄到绿,再到紫 pH9.6,玫瑰红; pH 10,紫色
无论那种混合指示剂都是使酸色和碱色之间成为互补色或
接近互补色,这样当指示剂颜色由酸色变化到碱色(或反 过来)时在变色点附近均使溶液呈无色或接近无色,由此 可明显地分辨出颜色的变化。 为了得到较好效果的混合指示剂,应当注意混合物的比例 要恰当,否则将适得其反。
C ( In ) K a ( HIn ) C ( HIn ) C(H )
由上式可见,只要酸碱指示剂一定, Ka(HIn) 在一定条件就只取决于溶液中C(H+)的大小,当溶液中的C(H+)发生改变时,C(In-)
和C(HIn)的比值也发生改变,溶液的颜色也逐渐改变。所以酸碱指示 剂能指示溶液酸度。
1. 强碱滴定强酸或强酸滴定强碱
为了能选择合适的指示剂,首先有必要了解在滴定过程中
H+离子浓度随滴定剂加入量的变化关系。
(1) 滴定曲线与滴定突跃
滴定曲线可以借助酸度计或其他分析仪器测得,也可以
酚酞指示剂 Phenolthalein(PP)
HO C OH OHOH COOH+ pKa = 9.1 O C COOO-
pH ≤ 8.0,酸式色,无色
pH ≥ 9.6,碱式色,红色
pH :8.0~9.6,混合色,微红色
酚酞结构变化的过程也可简单表示为:
Î Þ É « · Ö × Ó £ +OH +H+ Î Þ É « À ë × Ó +OH +H