分析化學(xué)-學(xué)習(xí)情境二項(xiàng)目3-混合堿的分析-雙指示劑法

學(xué)習(xí)情境二

項(xiàng)目三混合堿的分析——雙指示劑法

分析化學(xué)2024/12/51學(xué)習(xí)目標(biāo)工作任務(wù)知識(shí)準(zhǔn)備實(shí)踐操作1234應(yīng)知應(yīng)會(huì)5目錄2024/12/52一、學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解用基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定鹽酸濃度的原理及有關(guān)操作；2.熟悉用雙指示劑法測(cè)定混合堿中各種組分含量的原理和方法；3.了解緩沖溶液的緩沖原理；4.掌握緩沖溶液的配制和計(jì)算方法。能力目標(biāo)1.能配制和標(biāo)定鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液；2.能測(cè)定混合堿的含量；3.能根據(jù)雙指示劑的顏色變化判斷滴定終點(diǎn)；4.能正確表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2024/12/53二、工作任務(wù)編號(hào)任務(wù)名稱要

求實(shí)

驗(yàn)

用

品1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定

1.直接對(duì)項(xiàng)目一中配制的0.1mol·L-1HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)定；2.熟悉溴甲酚綠-甲基紅混合指示劑的配制和使用方法；3.基準(zhǔn)無水碳酸鈉需先270~300℃灼燒至恒重并保存在干燥器中；4.掌握混合指示劑終點(diǎn)的判斷；5.掌握空白實(shí)驗(yàn)的方法。儀器：分析天平、稱量瓶、臺(tái)秤、量筒(10mL)、燒杯、試劑瓶、酸式滴定管(50mL)。移液管、容量瓶（250mL）、洗耳球、洗瓶、、錐形瓶(250mL)、藥品：

0.1mol·L-1HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液、溴甲酚綠-甲基紅混合指示劑、基準(zhǔn)無水碳酸鈉、混合堿試樣、酚酞指示劑(0.2%乙醇溶液)、甲基橙指示劑(0.2%)、蒸餾水。

2混合堿中各組分含量的測(cè)定1.熟練掌握固體試劑的溶解，溶液的定容和轉(zhuǎn)移操作；2.強(qiáng)調(diào)近終點(diǎn)時(shí)逐滴加入，并用錐形瓶?jī)?nèi)壁將滴定劑靠下，盡量控制一滴、半滴滴或更小液滴加入；3.會(huì)判斷酚酞由紅色至無色時(shí)的終點(diǎn)變化及準(zhǔn)確讀數(shù)，終點(diǎn)指示劑的顏色一定是突變，4.根據(jù)消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積、準(zhǔn)確的判斷出混合堿的組成。3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與整理1.將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填寫在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中，給出結(jié)論并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)；2.寫出檢驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)記錄本、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2024/12/54三、知識(shí)準(zhǔn)備所謂雙指示劑法，就是利用兩種指示劑在不同化學(xué)計(jì)量點(diǎn)顏色的變化，得到兩個(gè)終點(diǎn)時(shí)所消耗的酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，從而計(jì)算各種堿的含量及總堿量。在混合堿試液中加入酚酞指示劑（變色pH范圍8.0～10.0），此時(shí)呈現(xiàn)紅色。用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定時(shí)，滴定溶液由紅色恰變?yōu)闊o色，則試液中所含NaOH完全被中和，所含Na2CO3則被中和一半，反應(yīng)式如下：酚酞酚酞NaOH＋HCl

NaCl＋H2O

NaCl＋NaHCO3Na2CO3＋HCl

2024/12/55三、知識(shí)準(zhǔn)備即到達(dá)第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)，此時(shí)消耗的HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為V1（mL）。再加入甲基橙指示劑（變色pH范圍為3.1～4.4），繼續(xù)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，使溶液由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)槌壬礊榈诙瘜W(xué)計(jì)量點(diǎn)。設(shè)此時(shí)所消耗鹽酸溶液的體積為V2（mL），反應(yīng)式為：NaHCO3＋HCl

NaCl＋CO2↑＋H2O甲基橙2024/12/56三、知識(shí)準(zhǔn)備根據(jù)V1、V2可分別計(jì)算混合堿中NaOH與Na2CO3或NaHCO3與Na2CO3的含量。（1）當(dāng)V1＞V2時(shí)，試樣為Na2CO3與NaOH的混合物。中和Na2CO3

所需HCl是由兩次滴定加入的，兩次用量應(yīng)該相等，即用于中和Na2CO3的HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為2V2。而中和NaOH時(shí)所消耗的HCl量應(yīng)為（V1－V2），故計(jì)算NaOH和Na2CO3組份的含量應(yīng)為:2024/12/57三、知識(shí)準(zhǔn)備（2）當(dāng)V1＜V2時(shí)．試樣為Na2CO3與NaHCO3的混合物，此時(shí)V1為中和Na2CO3至NaHCO3時(shí)所消耗的HCI溶液體積，故Na2CO3所消耗HCl溶液體積為2V1，中和NaHCO3所用HCl的量應(yīng)為（V2－V1），計(jì)算式為：2024/12/58三、知識(shí)準(zhǔn)備【例2-3-1】稱取混合堿試樣2.5200g溶于水并轉(zhuǎn)至250mL容量瓶中加水稀釋至刻度，搖勻。從容量瓶中吸取25.00mL該堿液放入三角燒杯中，用0.1025mol·L-1標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至酚酞褪色，用去10.22mL，加入甲基橙，繼續(xù)用該HCl滴至終點(diǎn)，用去25.50mL，求試樣中混合堿各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。解：從雙指示劑法的原理可知V1＜V2，所以該混合堿由Na2CO3－NaHCO3組成。2024/12/59三、知識(shí)準(zhǔn)備雙指示劑法中，傳統(tǒng)的方法是先用酚酞，后用甲基橙指示劑，用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。這種方法簡(jiǎn)單快速，在生產(chǎn)中經(jīng)常使用。但由于酚酞從紅色褪為無色不很敏銳，人眼觀察這種顏色變化的靈敏性稍差些，即第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)不明顯，有較大誤差，只適用于準(zhǔn)確度要求不高的分析中。因此也常選用甲酚紅—百里酚藍(lán)混合指示劑。酸色為黃色，堿色為紫色，變色點(diǎn)pH為8.3。pH值為8.2時(shí)顯玫瑰色，pH值為8.4顯清晰的紫色，此混合指示劑變色敏銳。用鹽酸滴定劑滴定溶液由紫色變?yōu)榉奂t色，即為終點(diǎn)。2024/12/510四、實(shí)踐操作任務(wù)1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定操作步驟1.0.1mol·L-1HCl溶液的配制（見學(xué)習(xí)情境二之項(xiàng)目一）2.0.1mol·L-1HCl溶液的標(biāo)定（1）用稱量瓶按減稱量法稱取在270~300℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)無水碳酸鈉0.15~0.22g(稱準(zhǔn)至0.0002g)，放入250ml錐形瓶中，以25ml蒸餾水溶解，加甲基橙指示劑2滴；（2）用0.1mol/L鹽酸溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)槌壬礊橹甘窘K點(diǎn)。（近終點(diǎn)時(shí)劇烈搖動(dòng)，或加熱至沸，使CO2分解）記下消耗溶液的體積，計(jì)算HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確濃度(另做一份空白實(shí)驗(yàn))（3）平行測(cè)定3次。以上平行測(cè)定3次的算術(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果。2024/12/511四、實(shí)踐操作任務(wù)2混合堿中各組分含量的測(cè)定操作步驟（1）準(zhǔn)確稱取試樣2.0～2.5g，于100mL燒杯中，加水使之溶解后，定量轉(zhuǎn)入250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，充分搖勻；（2）平行移取試液25.00mL三份于250mL錐形瓶中，加酚酞（或混合指示劑）2～3滴；（3）用鹽酸溶液滴定溶液由紅色恰好變至無色（淡粉色），記下所消耗HCl標(biāo)液的體積V1，再加入甲基橙指示劑2～3滴，繼續(xù)用鹽酸溶液滴定溶液由黃色恰變?yōu)槌壬腍Cl的體積記為V2；（4）將數(shù)據(jù)記錄在表格中，然后按公式計(jì)算混合堿中各組分的含量。2024/12/512四、實(shí)踐操作任務(wù)3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與整理（1）HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定①計(jì)算公式式中

cHCl

HCl

標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol·L-1

mNa2CO3

Na2CO3

基準(zhǔn)試劑的質(zhì)量，g

MNa2CO3

Na2CO3基準(zhǔn)試劑的摩爾質(zhì)量，g·mol-1

V

HCl

HCl

溶液的用量，mL。

②數(shù)據(jù)記錄與處理（見表2-3-2）2024/12/513四、實(shí)踐操作表2-3-2HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度標(biāo)定記錄

編

號(hào)項(xiàng)

目123m(Na2CO3)/gHCl滴定讀數(shù)(ml)終點(diǎn)(ml)起點(diǎn)(ml)0.000.000.00VHClC(HCl)/mol·L－1C(HCl)平均值(mol·L－1)極差2024/12/514四、實(shí)踐操作（2）混合堿中各組分含量的測(cè)定①計(jì)算公式：

式中ms——混合試樣質(zhì)量，g；

V1——第一終點(diǎn)消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

V2——第二終點(diǎn)消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

MNaOH——NaOH的摩爾質(zhì)量，g/mol；MNa2CO3——Na2CO3的摩爾質(zhì)量，g/mol；

cHCl——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度，mol/L。②數(shù)據(jù)記錄與處理（見表2-3-3）2024/12/515表2-3-3混合堿中各組分含量的測(cè)定記錄

編

號(hào)項(xiàng)

目123堿樣質(zhì)量（g）V堿樣（ml）25．0025．0025．00VHCl（起點(diǎn)）（ml）0.000.000.00VHCl（終點(diǎn)）ml第一終點(diǎn)（ml）第二終點(diǎn)（ml）VHCl(實(shí)際)ml第一終點(diǎn)V1（ml）第二終點(diǎn)V2（ml）第一終點(diǎn)V1(平均)ml第二終點(diǎn)V2(平均)ml組分1含量ωNaOH%）極差組分2含量ωNa2CO3（%）極差2024/12/516五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)緩沖溶液酸堿緩沖溶液是一種能對(duì)溶液酸度起穩(wěn)定作用的溶液。在化學(xué)分析中，許多定量分析過程都要求在一定的酸度條件下進(jìn)行，因此酸堿緩沖溶液在滴定分析過程中起著非常重要的作用。1.緩沖溶液的組成及作用原理緩沖溶液一般分兩類：一類是普通緩沖溶液，主要由濃度較大的弱酸及其共扼堿、弱堿及其共扼酸組成，如HAc—NaAc、NH3·H2O—NH4Cl等，這類緩沖溶液主要用于控制溶液酸度；另一類是標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，由逐級(jí)解離常數(shù)相差較小的兩性化合物組成，如酒石酸氫鉀。也可由共扼酸堿對(duì)組成，如H2PO4－—HPO42－，主要用于測(cè)定pH值的參比溶液，即用來校準(zhǔn)pH計(jì)。此外，濃度較大的強(qiáng)酸(pH＜2)、強(qiáng)堿(pH＞12)也可作為緩沖溶液。2024/12/517五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)下面以HAc—NaAc組成的緩沖體系為例說明緩沖溶液的作用原理。HAc—NaAc在溶液中按下式解離：

NaAcNa＋＋Ac－

HAcH＋＋Ac－如果向此溶液中加入少量強(qiáng)酸時(shí)，加入的H＋與溶液中的Ac－結(jié)合成難解離的HAc，使HAc解離平衡向左移動(dòng)，溶液中[H＋]增加不多，pH值變化很小。如果向此溶液中加入少量強(qiáng)堿，則加入的OH－與H＋結(jié)合成水，HAc繼續(xù)解離，平衡向右移動(dòng)，溶液中[H＋]降低不多，pH值變化仍很小。當(dāng)溶液被加水稀釋時(shí)，HAc和NaAc的濃度都相應(yīng)降低，但HAc的解離度會(huì)相應(yīng)增大，也使[H＋]變化不大。因此緩沖溶液具有控制溶液酸度的能力。

2024/12/518五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)2.緩沖溶液pH值的計(jì)算以弱酸和弱酸鹽組成的緩沖溶液HAc—NaAc為例。設(shè)HAc的分析濃度為c酸，NaAc的分析濃度為c鹽。HAc和NaAc在溶液中按下式解離：NaAcNa＋＋Ac－HAcH＋＋Ac－由于同離子效應(yīng)，近似認(rèn)為[HAc]=c酸，另NaAc的水解作用受到抑制，[Ac－]＝c鹽，所以

2024/12/519五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)同理，對(duì)于弱堿和弱堿鹽組成的緩沖溶液，其[OH－]及pH值計(jì)算公式如下

由兩性物質(zhì)組成的緩沖溶液，如Na2HPO4與NaH2PO4，按兩性物質(zhì)pH最簡(jiǎn)式進(jìn)行計(jì)算：2024/12/520五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)【例2-3-2】配制pH=4.0濃度為1.0mol·L－1的Hac和NaAc緩沖溶液1.0L，需多少克HAc和NaAc，已知Ka=1.8×10－5，pKa=4.74。解：c(HAc)＋c(NaAc)=1.0mol·L－1,pH=4.0設(shè)c(HAc)=xmol·L－1，則c(NaAc)=(1－x)mol·L－1c(NaAc)=（1－x）=0.15mol·L－1需HAc:0.85×60=51g,NaAc:0.15×82.03=12g

2024/12/521五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)【例2-3-3】計(jì)算由0.1mol·L－1

HAc溶液和0.1mol·L－1

NaAc溶液所組成緩沖體系的pH值是多少？若往其中加入0.01molHCl溶液（不考慮體積變化），pH值將變?yōu)槎嗌?解：已知c酸＝c鹽＝0.1moI/L，查書后附表得Ka＝1.75×10－5

根據(jù)式pH＝4.76加入HCl溶液時(shí)，其中的H＋與Ac－結(jié)合成HAc，即H＋＋Ac－HAc于是，c酸增加0.01mol，c鹽減少0.01mol。此時(shí)pH值為

=4.75可見，加入0.01molHCl溶液前后pH值變化很小。

2024/12/522五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)由緩沖溶液pH值的計(jì)算可見，當(dāng)把緩沖溶液稍加稀釋時(shí)，由于c酸/c鹽或c堿/c鹽的比值不變，所以溶液的pH值亦基本不變。但如果稀釋倍數(shù)太大，上述結(jié)論就不正確了，因?yàn)檫@時(shí)不能忽略水自身解離的影響。酸堿緩沖溶液的pH值，主要取決于緩沖體系中弱酸或弱堿的解離常數(shù)pKa和pKb。對(duì)于同一種緩沖溶液，pKa或pKb是常數(shù)，溶液的pH值隨溶液的濃度比稍有改變。適當(dāng)改變濃度比c鹽／c鹽或c堿／c鹽，可在一定范圍內(nèi)配制不同pH值的緩沖溶液。

2024/12/523五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)當(dāng)濃度比為1時(shí)，緩沖溶液具有最大緩沖能力，且pH＝pKa或pOH=pKb；當(dāng)濃度比小于等于1／10或大于等于10時(shí)，緩沖能力就很小了，因此，pH＝pKa±1或pOH＝pKb±1是緩沖溶液的有效作用范圍，簡(jiǎn)稱緩沖范圍。例如，緩沖溶液HAc—NaAc的pKa＝4.76，其緩沖范圍為3.76～5.76。緩沖溶液NH3·H2O－NH4Cl，pKb＝9.26，因此，該緩沖溶液可在8.26～10.26范圍內(nèi)起到緩沖作用。每一種緩沖溶液只具有一定的緩沖能力，通常用緩沖容量來衡量緩沖溶液緩沖能力的大小。緩沖容量是使1L緩沖溶液的pH值增加或減少一個(gè)單位時(shí)所需要加入強(qiáng)堿或強(qiáng)酸的物質(zhì)的量。緩沖容量越大，其緩沖能力越強(qiáng)。2024/12/524五、應(yīng)知應(yīng)會(huì)3.緩沖溶液的選擇和配制常用的緩沖溶液種類很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用不同的緩沖溶液。選擇緩沖溶液體系時(shí)，要遵循的原則是：(1)緩沖溶液不能與控制pH值的溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，(2)所需控制的pH值應(yīng)在緩沖溶液的緩沖范圍內(nèi)。如果緩沖溶液是由弱酸及其弱酸鹽組成的，則pKa值應(yīng)盡量與所需控制的pH值一致，即pH≈pKa；如果由弱堿及其弱堿鹽的，則pOH≈pKb。(3)緩沖組分的濃度應(yīng)較大，且c鹽／c鹽或c堿／c鹽的比值最好等于或接近于1。如若需要控制溶液的酸度在pH＝5左右，可以選擇HAc—NaAc作緩沖溶液；若需要控制溶液的酸度在pH＝9左右，可選擇NH3－NH4Cl作緩沖溶液。幾種常用的緩沖溶液及配制方法見表2-3-4。2024/12/525表2-3-4常用緩沖溶液及配制方法pH值緩沖溶液配制方法0強(qiáng)酸1

mol·L－1

HCl1強(qiáng)酸0.1

mol·L－1

HCl