中和滴定误差分析酸碱中和滴定是中学化学实验中的重要定量实验,特别是其实验误差分析是学生学习和掌握本实验的重点和难点。
在教学中,学生遇到有关实验误差分析总会出现困惑,直接影响到学生对实验结果的准确判断和相关问题的解决。
那么酸碱中和滴定的误差如何分析?为突破这一教学难点,在教学中,首先引导学生从酸碱中和滴定原理入手,理解中和滴定原理,即:酸提供的H+的物质的量与碱提供的OH-的物质的量相等。
然后把原理公式化,即:C(待)=k·C(标)·V(标)/V(待)(k表示酸碱反应的物质的量之比)。
其次在误差分析中,明确公式中的K、V(待)和C(标)均为确定量,只有V(标)是变量,C(待)和V(标)成正,实验中引起的各种误差,只要造成V(标)偏大的所得C(待)都偏高,反之偏低。
把引起误差因素最终归到V(标)的变化上,再进行实验误差分析。
误差产生的方方面面归纳如下:一、中和滴定的误差来源 1.仪器误差的来源仪器检查不彻底,滴定管漏液;滴定管使用前没有润洗而锥形瓶误被润洗;注入液体后滴定管下端留有气泡;读数时滴定管等量器与水平面不垂直、液面不稳定、仰视(或俯视)刻度;液体温度与量器所规定的温度相差太远。
2.操作误差的来源 ①滴定中左手对酸式滴定管旋塞控制不当,旋塞松动导致旋塞处漏液;使用碱式滴定管时,左手拿住橡皮管中玻璃球用力挤压或按玻璃球以下部位,导致放手时空气进入出口管形成气泡。
②右手握持锥形瓶没有摇动,待测液反应不完全或摇动时前后振荡溅出液体。
③滴定时流速过快,锥形瓶中液体被溅出,也可能使标准溶液滴加过量。
④锥形瓶下没有垫白纸作参比物,对锥形瓶中溶液颜色变化反应不灵敏,使终点滞后。
⑤锥形瓶中溶液变色后立即停止滴定,待测液可能未完全反应。
⑥滴定停止后,立即读数产生误差,应等1min~2min到滴定管内壁附着液体自然流下再行读数。
⑦进行平行测定,两次滴定所用标准液体积相差超过0.02mL,仍取平均值计算,产生误差3.终点误差(或指示剂误差)的来源。
①指示剂用量为2~3滴为宜,指示剂用量过多或浓度过大,使其变色迟钝,同时指示剂本身也消耗过多滴定剂。
②强酸滴定强碱时,用酚酞作指示剂,也可选用甲基橙作指示剂。
③强酸滴定弱碱时因生成的盐水解,滴定终点时溶液显酸性(应选择甲基橙作指示剂)。
同理,强碱滴定弱酸在滴定终点时溶液呈碱性(应选择酚酞作指示剂)。
石蕊一般不单一作中和滴定的指示剂(它的变色范围覆盖了酸性、中性、碱性)。
若指示剂选用不当,滴定终点与滴定终点差距大,则产生误差。
4.标准溶液误差的来源 ①标准溶液浓度的大小造成的误差来源。
滴定所需标准溶液体积的大小,滴定管读数的相对误差较大。
一般使用的体积控制在20mL~24mL的范围内,使滴定管的读数误差不大于1‰,为此应使用适当浓度的标准溶液,从而控制标准溶液的体积。
②标准溶液的配制不规范造成的误差来源。
③标准液受到污染或变质。
二、中和滴定的误差分析(待测液放在锥形瓶中,标准液放在滴定管中的情况)一元酸碱恰好中和时,有关系式:c(标)·V(标)=c(待)·V(待),即:c(待) =c(标)·V(标)/V(待)。
因c(标) 、V(待)在计算时不变,故c(待)只受V(标)影响,V(标) 偏高c(待)偏高,反之相反。
根据产生误差的来源,可从以下几方面分析:1、仪器洗涤不当酸碱中和滴定实验中,滴定管、移液管和锥形瓶都要用蒸馏水洗净,且滴定管、移液管还要用待装液润洗2~次,锥形瓶不润洗。
若洗涤不当就会引起误差,如:(1).滴定管蒸馏水洗后未用标准液润洗,就直接装入标准液,造成标准液稀释,溶液浓度降低,滴定中消耗V(标)偏大,C(待)偏高。
(2).盛待测液滴定管或移液管水洗后,未用待测液润洗就取液加入锥形瓶,造成待测液被稀释,V(标)偏小,C(待)偏低。
(3).锥形瓶水洗后,又用待测液润洗,再取待测液,造成V(标)偏大,C(待)偏高。
(4).滴定前,锥形瓶用水洗涤后,或锥形瓶中残留水未干燥,或取完待测液后再向锥形瓶中加点水便于观察,虽然V(待)增大,但C(待)变小,其物质的量不变, 无影响。
2、读数不当在读数时,应将滴定管直立在水平面上,两眼平视,视线与液面凹面最低处水平相切。
滴定管刻度“0”点在上,且由上到下刻度由小到大,若读数不当就会引起误差:“仰视”滴定管内液面,视线下移,导致V标偏大,测C测偏高;“俯视”读数,视线上移,导致V标偏小,则C测偏低。
即:(1).盛标准液的滴定管,滴定前仰视滴定管读数,滴定后平视滴定管读数, 造成V(标)减小,C(待)偏低。
(2).盛标准液的滴定管,滴定前平视滴定管刻度线,滴定终了仰视刻度线,读数偏大,造成V(标)偏大,C(待)偏高。
(3).盛标准液的滴定管,滴定前平视滴定管刻度线,滴定终了俯视刻度线,读数偏小,造成V(标)减小,C(待)偏低。
(4).盛标准液的滴定管,滴定前仰视滴定管刻度线,读数偏大,滴定后俯视刻度线,读数偏小。
造成V(标)减小,C(待)偏低。
3、操作不当在实验的过程中,要按照酸碱中和滴定实验规定的具体要求,进行规范的操作,常见的由于操作不当引起的误差主要有:(1).用滴定管取待测液时,滴定管尖嘴处有气泡未排出就取液加入锥形瓶,由于气泡填充了部分待测液, 使得待测液体积减小,造成滴定时V(标)偏小,则C(待)偏低。
(2).滴定前,液面在“0”刻度线之上,未调整液面,造成V(标)偏小,C(待)偏低。
(3).移液管悬空给锥形瓶放待测液, 使待测液飞溅到锥形瓶外,或在瓶壁内上方附着,未被标准液中和,造成滴定时V(标)偏小, C(待)偏低。
(4).移液管下端的残留液吹入锥形瓶内, 使待测液体积偏大,消耗的V(标)偏大, C(待)偏高。
(5).滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失,部分标准液用来填充气泡所占体积,造成V(标)偏大,C(待)偏高。
(6).滴定前滴定管尖嘴部分无气泡,滴定后产生气泡,消耗液体的体积被气泡占据,V(标)偏小,则C(待)偏低。
(7).滴定过程中,标准液滴到锥形瓶外或盛标准液滴定管漏液,造成V(标)偏大,C(待)偏高。
(8).滴定达终点后,滴定管尖嘴处悬一滴标准液,造成实际进入锥形瓶的标准液减小,使V(标)偏大,C(待)偏高。
(9).溶液变色未保持30秒,即停止滴定,结果溶液又恢复原来的颜色,造成V(标)减小,C(待)偏低。
(10).滴定过快成细流,立即读数,造V(标)偏大,C(待)偏高4、指示剂选择不当(1)用强酸滴定弱碱,指示剂选用酚酞。
由于酚酞的变色范围在8.2~10之间,造成消耗强酸V(标)偏小,C(待)偏低。
(2)用强碱滴定弱酸,指示剂选用甲基橙。
由于甲基橙的变色范围在3.1~4.4之间,造成消耗强碱V(标)偏小,C(待)偏低。
5、来自配制标准液产生的误差例如,配制0.1mol/L的NaOH标准溶液500mL,需要NaOH质量 2.0g (1)NaOH已部分潮解(偏高) (2) 砝码有油污(偏低)(3)NaOH中含有杂质: ①杂质不与盐酸反应(偏高) ②所含杂质消耗1mol盐酸需质量大于40g(偏高 例如:Na2CO3、NaHCO3等) ③所需杂质消耗1mol盐酸需质量小于40g(偏低 例如:Na2O等)6、变色误差或终点判断不准酸碱中和滴定终点在实际操作中,通常是用酸碱指示剂的颜色变化来表示的,酸碱指示剂颜色变化半分钟不褪色的时刻,即为滴定终点。
若溶液变色未保持30秒而停止滴定就会引起误差,如:(1)强酸滴定弱碱时,甲基橙由黄色变为红色立即读数。
使测出的V(标)偏大,C(待)偏高。
(2)强碱滴定弱酸时,酚酞由无色变为粉红色时立即读数。
使测出的V(标)偏小,C(待)偏低。
7、杂质样品中含杂质引起的误差:视具体问题具体分析。
8、常见误差小结:(1).测定结果偏高的情况有[V(标)偏高]:①滴定管用水润洗后未用标准液润洗就直接注入标准液;②滴定前盛标准液的滴定管尖嘴内有气泡,滴定完毕后气泡消失;③滴定过程中不慎将标准液滴出锥形瓶外或滴定管漏液;④滴定前俯视读数或读数准确,而滴定后仰视读数;⑤锥形瓶用蒸馏水洗净后再用待测液润洗;⑥滴后滴定管尖嘴处悬有液滴;⑦终点判断滞后;⑧移液时将尖嘴残存液滴吹入瓶内等。
(2).测定结果偏低的情况有[V(标)偏低]:①移液管未润洗直接吸取待测液;②滴定过快、成细流,使待测液溅到锥形瓶壁而又未摇匀洗下;③记录起始体积时仰视读数,终点时俯视;④若用含Na2O杂质的NaOH配制标准溶液来测定盐酸浓度等;⑤滴定时待测液液溅出;⑥滴定前标准液滴定管无气泡,滴后有气泡;⑦终点判断超前等。
三、减小误差的几点做法:减小误差除正确操作以外,还要注意以下三点:1、半分钟:振荡半分钟内颜色不褪去,即为滴定终点;2、 1~2分钟:滴定停止后,必须等待1~2分钟,让附着在滴定管内壁的溶液流下后,再进行读数;3、重复实验1~2次:同一实验要做两次,两次滴定所用标准溶液的体积相差不能超过0.02ml,再取平均值。
四、典例解析【例1】若待测液放在锥形瓶中,标准液放在滴定管中,试说明下列情况会使测定结果偏高、偏低还是无影响?(1)、滴定管水洗后,未用标准液润洗(2)、滴定管水洗后,未用待测液润洗(3)、盛标准液的滴定管滴定前有气泡,滴定后气泡消失(4)、盛待测液的滴定管滴定前有气泡(5)、锥形瓶用蒸馏水水洗后又用待测液润洗(6)、锥形瓶未洗净,残留有与待测液反应的少量物质(7)、锥形瓶水洗后未干燥就加入待测液或滴定过程中向锥形瓶内加水(8)、用滴定管量取待测液时 :A、先俯视后仰视 B、先仰视后俯视(9)、用滴定管量取标准液时: A、先俯视后平视 B、先仰视后平视(10)、A.强酸滴定弱碱,指示剂选酚酞 B .强碱滴定弱酸,指示剂选甲基橙(11)、A.强酸滴定弱碱,甲基橙由黄色变为红色后停止滴定 B.强碱滴定弱酸,酚酞由无色变为粉红色,半分钟后又变为无色(12)、滴定终点时,盛标准液的滴定管尖嘴外挂有一滴标准液的液珠未滴落(13)、滴定终点时, 一滴标准溶液附在锥形瓶壁上未冲下 (14)、 滴定时,将标准液溅出锥形瓶外或滴定管漏液(15)、 待测液溅到锥形瓶液面上方的内壁上或摇出(16)、 临近终点时,用洗瓶中的蒸馏水洗下滴定管尖嘴口的半滴标准液于锥形瓶中(17) 用标准酸液来滴定未知浓度的碱液(含杂质) ,若 配制碱液时所用碱含有中和酸能力更强的杂质。
(18) 用标准碱液来滴定未知浓度的酸液,若配标准碱液时所用碱中含有中和酸的能力更强的杂质。
解析:(1)因标准液被附在滴定管内壁的水珠稀释了,故消耗的标准液体积多了,所以结果偏高。
(2)、因待测液被附在滴定管内壁的水珠稀释了,故消耗的标准液体积少了,所以结果偏低。