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中和滴定原理与操作的问题讨论

来源:未知作者:王笃年 点击:所属专题: 中和滴定

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问题1、“完全中和”的含义是什么?酸与碱完全中和时,溶液的pH=7吗? “完全中和”是一个概念,指酸与碱恰好反应生成盐,与此时溶液是否恰好呈中性(pH=7)无关。如果HCl与NaOH完全反应,生成NaCl,pH=7;如果HCl与NH 3 ·H 2 O完全反应,生成NH 4 Cl,pH<7;如果CH 3 COO

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问题1、“完全中和”的含义是什么?酸与碱完全中和时,溶液的pH=7吗?

“完全中和”是一个概念,指酸与碱恰好反应生成盐,与此时溶液是否恰好呈中性(pH=7)无关。如果HCl与NaOH完全反应,生成NaCl,pH=7;如果HCl与NH3·H2O完全反应,生成NH4Cl,pH<7;如果CH3COOH与NaOH完全反应,生成CH3COONa,pH>7。

问题2、中和滴定实验中需解决的核心问题是什么?

对于已知的酸和碱来说,它们之间反应关系是定量的:c(酸)V(酸)=K c(碱)V(碱)(K与酸和碱的元数有关)。如果已知其中一种物质的浓度,则可通过滴定实验测得另一种物质的浓度。

此实验既要测定准确的V(酸)、V(碱),还要确定酸碱恰好反应的终点,为准确测定酸和碱溶液的体积,人们设计了精密的量器移液管、滴定管。一般使用移液管取一定量(如20.00mL)被滴定的溶液置于锥形瓶内,把滴定管内的滴定液逐滴加到锥形瓶中,待达到终点时,读取滴定管液面数据,计算滴定液的体积。显然,标准液和待测液哪一种作为被滴液,哪一种作为滴定液,理论上并无严格要求。

因锥形瓶内所加被滴液是已经通过移液管准确定量的,所以锥形瓶不可使用被滴液润洗,滴定过程中可根据需要用水冲洗内壁。为保证移液管、滴定管内所取溶液与原始溶液一致,这两种仪器则必须先用相应溶液润洗。

恰好中和的终点判断,则是通过酸碱指示剂变色确认的,至于为什么可以用指示剂变色指示终点,请参考下一个问题。

问题3、NaOH与盐酸恰好完全反应时,混合溶液的pH应为7,用酚酞或甲基橙作指示剂,变色时的pH并不是7,为什么还可以作为滴定终点呢?

酚酞的变色范围是8.2~10.0,如果用烧碱溶液滴定盐酸,当“盐酸+酚酞”混合液的颜色变粉红色时,说明pH>8.2,NaOH确实已经过量了。NaOH溶液过量了多少呢?最多1滴,因为在滴定终点附近, pH会发生突跃性的变化。

让我们以0.1000mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00mL 0.1mol·L-1的盐酸为例计算,如表1所示.

表1

所加NaOH溶液体积/mL

混合液pH

备注

19.00

2.6

距终点1mL

19.95

3.9

距终点1滴

19.98

4.3

距终点半滴

20.00

7

终点

20.02

9.7

超过半滴

20.05

10.1

超过1滴

21.00

11.4

超过1mL

可见,滴定液从19.98mL 到20.02mL 这一滴之差,就使混合液的pH从4.3(酚酞无色)骤然升高到9.7(酚酞红色)。

那么,这最多1滴之差,会不会造成误差,造成多大误差呢?假设使用浓度相近的酸、碱反应,每次被滴液取20.00mL,每毫升水溶液以20滴计,则1滴所形成的最大误差是0.25%,如果我们很好地掌握半滴(让1滴溶液悬于滴定管尖嘴,用锥形瓶内壁将其碰下)技术,则可以将误差控制到更小,常规分析中,该误差是可以忽略不计的。

问题4、滴定管为什么要分酸式、碱式?

可以猜想,最初人们制得的滴定管一定是酸式的,它的控制活塞是玻璃磨口塞,后来用它装碱溶液时发现了问题(也许是因碱腐蚀玻璃活塞导致容易漏液,也许是活塞容易粘连扭动费劲,甚至打不开)才改进得到碱式滴定管。

那么,为什么不都用碱式滴定管呢?显然是因为碱式滴定管的橡胶管“怕酸”。我们知道,实用性的弹性橡胶材料都是部分硫化(不可能彻底硫化,彻底硫化的橡胶将失去弹性)的,内部含有大量碳碳双键,这些碳碳双键容易与酸发生加成反应而被破坏,所以酸容易使橡胶管迅速老化而变硬变脆。

于是,滴定管就这么被分为酸式、碱式两种,一直沿用百年之久,直到聚四氟乙烯材料出现。

聚四氟乙烯,号称塑料之王,它耐酸、耐碱、耐油、耐热,化学性质稳定且质地坚硬,是一种性能良好的工程塑料。于是人们用它做成滴定管的活塞,就“酸碱通吃”了,这种酸碱通用的滴定管目前已经在很多实验室普及使用。

问题5、滴定实验终点为什么要以指示剂变色后半分钟内不变回去为准?有变回去的吗?

最后1滴溶液滴下,发现指示剂大面积变色时,并不可以认为滴定结束了,因为你没有充分摇动锥形瓶使整个瓶内的液体充分混合,可能还有一些残留在瓶内壁的被滴液没有被中和。很多时候,在充分摇匀后,指示剂颜色会变回,说明还没有真正到达终点,需要再加1滴。

强调30s(也有说15s、20s不等的)内指示剂颜色不变回,是因为可能存在空气中成分的干扰。比如用碱滴定酸,指示剂酚酞变粉红色之后,若放置较长时间,会有因为吸收空气中CO2而褪色的情况发生。

(责任编辑:化学自习室)
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