第16节的组织结构.doc

第16 節 溶液的濃度和容量分析 教學備忘 16.6 酸鹼滴定終點的確定 當量點 滴定的當量點是指各反應物剛剛完全反應的點。進行實驗時量度的是滴定的終點，即指示劑剛剛轉色的點。因此，嚴格來說，滴定的當量點與終點是有分別的（雖然兩者的差異很小）。 選擇合適的指示劑以確定滴定的終點 要選擇哪種指示劑進行滴定，取決於酸和鹼的強度。一般而言，指示劑的顏色變化範圍必須與在當量點上pH值迅速轉變的範圍一致。下表列出在學校實驗室內常用的兩種重要指示劑的顏色變化和pH範圍。 指示劑 顏色變化 變色的pH範圍 甲基橙 由紅色轉為黃色 3.1－4.4 酚酞 由無色轉為紅色 8.3－10.0 強酸—強鹼 酞參照氫氯酸（一種強酸）與氫氧化鈉溶液（一種強鹼）之間的反應。所用的指示劑必須有顏色轉變，使終點與當量點（pH值是7）一致。下圖展示滴定時反應混合物的pH值和加入的酸的體積的關係，甲基橙和酚 變色的pH範圍和圖上當量點附近出現的pH值驟變部分重叠，所以兩者都是合適的指示劑。 酞 強酸—弱鹼 下圖展示在0.10M的強酸溶液（氫氯酸）與一弱鹼（氨水）之間的中和作用中，反應混合物的pH值的變化。 HCl(aq) + NH3(aq) NH4Cl(aq) 在當量點上，反應混合物是氯化銨溶液。銨離子在水中水解，生成一酸性溶液。 NH4＋(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O＋(aq) 當量點大約在pH 5上，所以這滴定需要使用在pH 7以下轉變顏色的指示劑。甲基橙是合適的指示劑，而酚酞則不是。 弱酸—強鹼 下圖展示在0.10M的弱酸溶液（乙酸）與一強鹼（氫氧化鈉溶液）之間的中和作用中，反應混合物的pH值的變化。 CH3COOH(aq) + NaOH(aq) CH3COONa(aq) + H2O(l) 在乙酸與氫氧化鈉溶液滴定的當量點上，反應混合物是乙酸鈉溶液。乙酸根離子與水有輕微反應，生成氫氧離子。 CH3COO－(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH－(aq)  當量點大約在pH 9上，所以這滴定需要使用在pH 7以上轉變顏色的指示劑。酚酞是合適的指示劑，而甲基橙則不是。 弱酸—弱鹼 在這種情況下，反應混合物的pH值會逐漸轉變（在pH曲線上沒有很大彎曲的部分出現），因此指示劑不適合用來測定準確的當量點。此時需要使用其他的方法，例如用pH計監察pH值的變化。 利用pH計測定滴定終點 到達酸鹼滴定的終點時，反應混合物的pH值常有顯著的變化。可利用曲線圖展示pH值與加入的酸的體積的關係，確定滴定的終點。 例如，把0.1M氫氯酸慢慢滴入一盛有25.0cm3的0.1M氫氧化鈉溶液的燒杯中。可以繪出燒杯內溶液的pH值與加入的酸的體積的曲線圖，然後根據此圖來確定滴定的終點。 利用熱量滴定法測定滴定終點 酸與鹼的反應會產生熱能。到達滴定終點時，溶液的溫度會達到最高點。 例如，把2M氫氯酸加入一盛有25.0cm3的2M氫氧化鈉溶液的聚苯乙烯杯中，每次加入5cm3的2M氫氯酸，並記錄溶液的溫度，最後繪出溫度與加入的酸的體積的關係圖。 量度溶液的導電性能以測定滴定終點 進行某些反應時，反應混合物的導電性能會有顯著的變化。我們可利用附有浸液電極的電導池來監察這些變化。 量度溶液的導電性能是測定酸鹼滴定的終點的另一種方法。 例如，把1.0M氫氧化鈉溶液加入一盛有50.0cm3的0.10M氫氯酸的燒杯中，每次加入1cm3的1.0M氫氧化鈉溶液，並量度反應混合物的電阻值。為了減少因稀釋對導電性能造成的影響，實驗採用的酸的濃度遠低於鹼溶液的濃度。由於量度的電阻值的倒數與導電性能成正比，我們無須每次計算導電性能。 下圖展示了反應混合物的導電性能在滴定過程中的變化。 加入鹼溶液時，移動性高的氫離子的數目因反應生成水分子而減少，取而代之的鈉離子的移動性較低，於是混合物的導電性能便沿着XY線下降。到達終點後，由於有新的鈉離子和氫氧離子加入，導電性能便沿着YZ線上升。在這個範圍內，導電性能顯著上升，主要是因為移動性高的氫氧離子存在。但是因為氫氧離子的移動性較氫離子的低，所以YZ線的斜率比XY線的小。