中和反應(yīng)時(shí)除了要知道指示劑的實(shí)質(zhì)外,還必須了解中和滴定時(shí)pH值的變化情況,即被測(cè)物濃度的變化,特別是在等當(dāng)點(diǎn)附近由于加入一滴酸或堿所引起的pH值變化。酸堿溶液的強(qiáng)弱不同,所引起pH值的變化也不同。各類(lèi)型的pH值的的變化,通常用曲線(xiàn)較形象地表示,這種曲線(xiàn)就叫滴定曲線(xiàn)。下面分別作一介紹:
例如用0.1NV的氫氧化鈉溶液滴定20.00毫升0.1NV的鹽酸時(shí),pH值變化情況可分四個(gè)階段來(lái)考慮。其計(jì)算根據(jù)據(jù)是:N1V1=N2V2
(1)未滴定前溶液的pH值
因氫氧化鈉未加入,故溶液的pH值決定于鹽酸溶液的濃度。即
[H+] = 0.1000克離子/升
PH = 1..0
(2)滴定開(kāi)始至等當(dāng)點(diǎn)前溶液的pH值
隨著氫氧化鈉的加入,溶液中氫離子濃度亦隨之改變。這時(shí)溶液的pH值取決于剩余鹽酸量,但應(yīng)考慮加入堿量所引起的溶液體積的改變。
a.當(dāng)90%的鹽酸被中和,只剩下2毫升0.1N鹽酸,滴入0.1N氫氧化鈉體積恰為18.00毫升,這時(shí)溶液的總體積為20.00+18.00=38.00毫升,氫離子濃度和pH值決定于中和后鹽酸的濃度。
38.00×N=0.1×2.00
0.1×2.00
N=—————— = 0.005
38.00
[H+]=0.005克離子/升
故 pH = 2.3
b.當(dāng)99%的鹽酸被中和,剩余0.20毫升鹽酸,滴入0.1N氫氧化鈉為19.80毫升,此時(shí)溶液中氫離子濃度和pH值分別為:
0.2
[H+]= ———————— ×0.1=5×10 -4次方
20.00+19.80
pH = 3.3
同理可算出,當(dāng)99.9%的鹽酸被中和,加入堿量19.98毫升,溶液的phH為4.3。此時(shí)只差0.02毫開(kāi)氫氧化鈉就到達(dá)等當(dāng)點(diǎn)。
(3)等當(dāng)點(diǎn)時(shí)溶液的pH值
等當(dāng)點(diǎn)時(shí),已滴入20.00毫升氫氧化鈉,鹽鹽酸全部被中和,溶液呈中性。此時(shí)pH值決定于水的電離。即
[H+]=[OH-]=根號(hào)10 -14次方=10 -7次方
故pH=7
(4)等當(dāng)點(diǎn)后溶液的pH值
此時(shí),溶液是由氫氧化鈉和氯化鈉組成,其pH值僅由過(guò)量的氫氧化鈉濃度來(lái)決定,即
過(guò)量NaOH體積
[OH-]=0.1×————————
溶液總體積
pH = 14-pOH
如:當(dāng)?shù)稳霘溲趸c溶液20.02毫升(即過(guò)量0.02毫升)時(shí):
0.02
[OH-]= 0.1×——————— = 5×10 -5次方
20.00+20.02
同理可計(jì)算:
加入NaOH20.20毫升時(shí),溶液pH=10.7
加入NaOH22.00毫升時(shí),溶液pH=11.7
加入NaOH40.00毫升時(shí),溶液pH=12.5
將以上數(shù)據(jù)整理列于表16中
根據(jù)上表數(shù)據(jù)繪出滴定曲線(xiàn),見(jiàn)圖39
從滴定曲線(xiàn)可看出:
(1)等當(dāng)點(diǎn)時(shí)pH=7
(2)等當(dāng)點(diǎn)前后,從剩余0.02毫升鹽酸到過(guò)量0.02毫升氫氧化鈉,即氫氧化鈉從不足到過(guò)量,僅差0,04毫升(約1滴),而溶液中pH值從4.30增加到9.70,變化5.4個(gè)單位,形成滴定曲線(xiàn)部份。
(3)選擇滴定時(shí)所用的指示劑,主要是以滴定曲線(xiàn)的pH值突躍范圍為依據(jù)的。最理想的指示劑應(yīng)恰好在等當(dāng)點(diǎn)時(shí)變色。但實(shí)際上,凡是變色點(diǎn)在突躍范圍(pH4.3~9.7)以?xún)?nèi)的指示劑都可以指示終點(diǎn),都能達(dá)到精度要求。若在pH為9.7時(shí)結(jié)束滴定,即氫氧化鈉過(guò)量0.02毫升(半滴),所帶來(lái)的滴定誤差僅為:
±0.02
———— ×100 = +0.1%
20.00
如果在pH小于9.7而大于4.3時(shí)結(jié)束滴定,誤差將小于0,1%。因此,甲基紅、酚酞、甲基橙(酸滴堿)、溴百里酚藍(lán)、中性紅、苯酚紅、石蕊等指示劑均適用。
必須指出:滴定曲線(xiàn)突躍范圍的大小與酸堿的濃度有關(guān),見(jiàn)見(jiàn)圖40。
從曲線(xiàn)中看出:鹽酸和氫氧化鈉溶液均為1.000NV時(shí),突躍范圍為pH=3.3~10.7;其濃度為0.01W時(shí),突躍范圍則變?yōu)閜H=5.3~8.7。這是因?yàn)闅溲趸c和鹽酸的濃度愈大則最后滴溶液所含溶質(zhì)的量就愈多,所引起pH值改變也越大,相應(yīng)滴定誤差也較大。反之pH值的突躍范圍就大大縮小。酸堿溶液濃度相差10倍時(shí),pH值突躍范圍就相差2個(gè)單位。在選擇指示劑時(shí)必須注意這個(gè)問(wèn)題。溶液濃度太小時(shí),pH值突躍范圍不明顯,引起滴定誤差亦大,并且無(wú)適合的指示劑。故在定量分析中,常用標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為0.05~0.5N.