浅谈酸碱滴定中指示剂的选择对滴定终点的影响

吴慕童

摘 要：化工分析是技工院校工业分析与检测专业必修的一门学科，而酸碱滴定是滴定分析中最重要的方法之一。酸碱滴定的关键是滴定终点（即化学计量点）的确定，由于酸碱反应通常不发生外观的变化，需要借助指示剂的颜色变化来指示终点的到达，所以如何选择合适的指示剂？指示剂的选择对实验结果有何要求等问题对很多老师来说具有研究的意义。本文主要通过滴定过程中溶液pH值的变化过程、突跃范围小结和通过分别用酚酞、甲基橙、甲基红为指示剂进行酸碱滴定反应，多次反复实验得到的结果证明指示剂的选择对滴定结果有何影响，浅谈本人在化工分析实验教学中的一些实践思路和体会。

关键词：指示剂 终点 酸碱滴定

中图分类号：O65 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0134-02

酸、碱滴定法是分析化学的基础内容之一。一般酸、碱以及与酸、碱直接或间接发生质子反应的物质，几乎都可以用酸、碱滴定法测定。此方法关键问题是指示剂的选择和滴定终点的确定。因为酸、碱反应通常不发生外观的变化，反应过程不能直接体现酸、碱两反应物量的变化。故在滴定中需选用适当的指示剂，利用它的变色作为到达计量点的标志。而不同指示剂的变色有其不同的pH值，为了准确地确定滴定终点，就需选择一个刚好能在滴定终点变色（或附近变色）的指示剂。

要解决这个问题，必须了解指示剂的选择对滴定终点的影响，以及滴定过程中溶液pH值的变化规律。

现以NaOH（0.1000mol/L）滴定20.00mL HCl（0.1000mol/L）为例，分别用酚酞、甲基橙、甲基红为指示剂进行滴定，通过消耗NaOH的体积进行对比讨论。滴定反应为：HCl+NaOH=NaCl+H2O。

1 通过计算，体会滴定过程中溶液pH值变化过程

1.1 滴定前

0.1mol/L HCl溶液中：

[H+]=C（HCl）=1.000mol/L

pH=-lg[H+]=-lg0.1000=1.0

（1）滴定开始至计量点前。

随着NaOH的滴入，HCl溶液中的[H+]不断与[OH-]反应而使[H+]的浓度降低，这时溶液的组成为HCl+NaCl的混合溶液，溶液的[H+]取决于剩余的HCl的浓度。其pH可按下式求得：

pH=-lg[H+]

故，当加入NaOH 10.00mL时，剩余10.00mL HCl。

由上式算得：

pH=-lg[H+]=-lg（3.33）×10-2=1.48

当加入NaOH 19.98mL时，剩余0.02mL HCl。

=5.00×10-5（mol/L）

pH=-lg[H+]=-lg（5.00）×10-5=4.30

（2）量变过程小结。此滴定过程中，随着终点的接近，此时的溶液中不断有NaCl生成，因Na+与Cl-结合，生成NaCl，使HCl的解离度变小，而[H+]迅速降低，pH值很快增大（但此时溶液仍保持酸性）。

当继续加入NaOH，由于不断生成NaCl，在溶液中构成缓冲体系，使溶液pH变化缓慢，最后达到滴定终点。此时溶液的组成为NaCl+H2O，溶液中[H+]由水的离解决定。

即滴定终点时，加入了20.00mLNaOH，原20.00mLHCl全部被中和为[H+]=[OH-]=1.00mol/L×10-7（mol/L），pH=7.0。

（3）溶液酸、碱性突跃小结。

接近滴定终点时（加NaOH 19.98mL），溶液中HCl已很少，缓冲作用减弱，这时再加半滴（约0.02mL）NaOH，到达计量点（共加入NaOH 20.00mL），此时NaOH与HCl完全反应，HCl浓度急剧减小，使溶液pH值发生突变（明显转为碱性）。

1.2 滴定终点后

由于NaOH过量，抑制了Cl-离解，此时溶液pH由过量NaOH决定，如滴入至NaOH 20.02mL时：

pOH=4.30，pH=9.70。

结论：由于滴入的碱量变化（19.98～20.02mL），致使溶液中HCl浓度急剧变小，即滴入最后约一滴碱溶液使溶液的pH值从4.30～9.70为急剧飞跃。酸碱指示剂的选择主要是根据滴定的突跃范围来决定。最理想的指示剂应该是恰好在滴定终点时變色。指示剂选择的原则是：只要指示剂的变色范围全部或部分包含在滴定突跃范围之内，都可以作为这一滴定的指示剂。

2 通过表格罗列说明，加深对突跃范围的理解

滴加氢氧化钠溶液的体积与突跃范围有着相当敏感的关系。现将室温下NaOH（0.1000 mol/L）滴定20.00mLHCl（0.1000 mol/L）时滴定过程突跃范围归纳如下（见表1）。

酸性计量点碱性

‖突跃范围‖

3 通过试验训练，确定合适的指示剂

下面用NaOH（0.1000mol/L）滴定20.00mL HCl（0.1000mol/L）分别用酚酞、甲基橙、甲基红为指示剂进行滴定得到的一组数据（见表2）。

由表2中的数据表明，如果从理论的角度来看酚酞、甲基橙、甲基红，这3种指示剂都正好落在滴定突跃的pH值范围4.30～9.70内，都能选择使用。但通过实验表明，当用浓度为0.1083mol/L的NaOH溶液滴定浓度约为0.1000mol/L的HCl溶液，分别用酚酞、甲基橙、甲基红为指示剂，滴定终点时消耗NaOH的体积分别为20.90mL、17.50mL、18.29mL。这三组数据与NaOH的理论体积20.00mL对比，它们的实际与理论的体积绝对值为0.9mL、2.5mL和1.71mL。绝对值最小是用酚酞为指示剂的这组数据，用甲基橙和甲基红为指示剂时，消耗的NaOH体积与理论体积相差大，误差较大。滴定突跃范围还与溶液的浓度有关，当溶液溶度增大10倍，即用1mol/L NaOH滴定1mol/L HCl，滴定突跃pH值增大两个单位（pH3.3～10.7），这时以甲基橙和甲基红作为指示剂，终点颜色（pH约4）处于滴定突跃之内，误差就小于0.1%。如果酸碱浓度降低10倍，即用0.01mol/L NaOH滴定0.01mol/L HCl，突跃减小2个pH单位（pH5.3～8.7），滴定突跃减小，甲基橙和甲基红就不合适用作指示剂了。

总而言之，通过用酚酞、甲基橙、甲基红为指示剂进行滴定得到的这组数据以及根据酸碱滴定过程中溶液pH值的变化规律说明，用酚酞作为指示剂最合适。再说这个滴定突跃的pH值范围是4.30～9.70，用强碱滴定强酸时，酚酞加在强酸中，当达到化学计量点时，溶液由无色变红色，属碱性范围内变色，比较直观、易于观察，故选择酚酞作为指示剂。

参考文献

[1] 郭小蓉.化工分析[M].化学工业出版社，1999.

[2] 刘世纯.实用分析化验工读本[M].化学工业出版社，1999.

[3] 刘斌，靳丹虹.无机及分析化学[M].高等教育出版社，2013.endprint