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用指示剂做酸碱滴定

用滴定管把 NaOH 滴入酸中,观察指示剂在化学计量点附近变色。

锥形瓶上方的三维滴定管:加入 NaOH 时瓶中溶液变色,角落显示 pH 和体积。

目标

求出化学计量点处 NaOH\ce{NaOH} 的体积,观察指示剂的反应,并比较强酸与弱酸。

仪器与试剂

锥形瓶中 25 mL 酸(0.10 mol/L);50 mL 滴定管中 0.10 mol/L 的 NaOH\ce{NaOH};几滴指示剂。

步骤

  1. 从强酸 HCl\ce{HCl} 和酚酞开始。把体积滑块从 0 mL 慢慢向右拉,观察颜色和 pH。
  2. 在 24–26 mL 之间放慢速度,记下颜色开始保持不褪的体积。
  3. 把酸换成弱酸 CHX3COOH\ce{CH3COOH},比较 25 mL 处的 pH。
  4. 保持弱酸,把指示剂换成甲基橙:它在多少体积时变色?

观察要点

  • 对 HCl\ce{HCl},pH 起始为 1.00,24.9 mL 时为 3.70,25.0 mL 时为 7.00,25.1 mL 时为 10.30:一滴 NaOH\ce{NaOH} 就使 pH 跳变约 6.6 个单位。
  • 对 CHX3COOH\ce{CH3COOH},pH 起始约 2.88,25.0 mL 时约为 8.72 而非 7,因为乙酸根是弱碱。
  • 酚酞对两种酸都在化学计量点附近变色;甲基橙用于弱酸时变色过早。

讲解

在化学计量点,n(HX+)=n(OHX−)n(\ce{H+}) = n(\ce{OH-}),所以 CaVa=CbVbC_aV_a = C_bV_b:浓度相同时化学计量点在 25.0 mL。指示剂的变色范围落在曲线陡峭部分、靠近化学计量点 pH 时才有用。滴定弱酸时,甲基橙(pH 3.1–4.4)约在 12 mL 就已变色,远早于 25 mL 的化学计量点,会得出严重偏差的结果。

实验史话

容量分析始于 1829 年盖-吕萨克用靛蓝滴定漂白剂;到世纪中叶,德克鲁瓦齐勒的滴定管和莫尔的移液管已使「滴定」成为常规工业工具。阿伦尼乌斯的电离理论(1887)和奥斯特瓦尔德的指示剂化学解释了为何颜色恰在 n(HX+)=n(OHX−)n(\ce{H+}) = n(\ce{OH-}) 时突变——正是本实验逐滴逼近的化学计量点。

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虚拟实验是帮助建立直觉的简化模型,不能替代真实实验和安全培训;没有指导请勿在家自行重复。