第五节-酸碱指示剂..ppt
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第五节-酸碱指示剂..ppt
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第五节,酸碱指示剂,酸碱滴定过程中,酸碱本身不发生任何外观的变化,故常借助酸碱指示剂的颜色变化来指示滴定的计量点。
酸碱指示剂自身是弱的有机酸或有机碱,其共扼酸碱对具有不同的结构,且颜色不同。
当溶液的pH值改变时,共轭酸碱对相互发生转变、从而引起溶液的颜色发生变化。
一、指示剂的作用原理,酚酞指示剂是弱有机酸,它在水溶液中发生离解作用和颜色变化。
当溶液酸性减小,平衡向右移动,由无色变成红色;反之在酸性溶液中,由红色转变成无色。
酚酞的碱型是不稳定的,在浓碱溶液中它会转变成羧酸盐式的无色三价离子。
使用时,酚酞一般配成酒精溶液。
单色指示剂:
在酸式和碱式型体中仅有一种型体具有颜色的指示剂。
例如:
酚酞,例如:
甲基橙,甲基橙是一种双色指示剂,,它在溶液中发生如下的离解,在碱性溶液中,平衡向左移动,由红色转变成黄色;反之由黄色转变成红色。
使用时,甲基橙常配成0.1moLL-1的水溶液。
综上所述,指示剂颜色的改变,是由于在不同pH的溶液中,指示剂的分子结构发生了变化,因而显示出不同的颜色。
但是否溶液的pH值稍有改变我们就能看到它的颜色变化呢?
事实并不是这样,必须是溶液的pH值改变到一定的范围,我们才能看得出指示剂的颜色变化。
也就是说,指示剂的变色,其pH值是有一定范围的,只有超过这个范围我们才能明显地观察到指示剂的颜色变化。
下面我们就来讨论这个问题指示剂的变色范围。
二、指示剂变色的pH范围,指示剂的变色范围,可由指示剂在溶液中的离解平衡过程来解释。
现以弱酸型指示剂(HIn)为例来讨论。
HIn在溶液中的离解平衡为:
HInH+In-(酸式色)(碱式色)式中:
KHIn为指示剂的解离常数;In-和HIn分别为指示剂的碱式色和酸式色的浓度。
由上式可知,溶液的颜色是由In-/HIn的比值来决定的,而此比值又与H+和及KHIn有关。
在一定温度下,KHIn是一个常数,比值In-/HIn仅为H+的函数,当H+发生改变,In-/HIn比值随之发生改变,溶液的颜色也逐渐发生改变。
1.人眼对颜色的辨别,需要指出的是,不是In-/HIn比值任何微小的改变都能使人观察到溶液颜色的变化,因为人眼辨别颜色的能力是有限的。
一般来说,若指示剂的酸型色与碱型色浓度相差10倍后,就只能看到浓度大的那种型色。
(1)当In-/HIn1/10时,pHpKa-1,只能观察出酸式(HIn)颜色;
(2)当In-/HIn10时,pHpKa+1,观察到的是指示剂的碱式色;(3)10In-/HIn1/10时,pH=pKa1观察到的是混合色,人眼一般难以辨别。
当指示剂的In-=HIn时,则pHpKHIn,人们称此pH值为指示剂的理论变色点。
理想的情况是滴定的计量点与指示剂的变色点的pH值完全一致,实际上这是有困难的。
2.pH的理论变色点,3.指示剂的理论变色范围,pH=pKHIn1称为指示剂的理论变色范围。
pH=pKHIn的pH值称为指示剂的理论变色点。
从上面推算得出,指示剂的变色范围为2pH单位。
4.指示剂的实际变色范围,但是从p122页表5-3,列出的指示剂的实际的变色范围并不是这样。
例如:
pKHIn理论变色范围实际变色范围甲基橙3.42.44.43.14.41.3pH甲基红5.04.06.04.46.21.8pH这是因为实际变色范围是由人眼观察实际测得的。
由于人眼对各种颜色的敏感程度不同,观察的范围与理论变色范围略有差别,根据实际观察结果,多数指示剂变色范围为1.61.8pH单位。
例如:
甲基橙,甲基橙:
pKHIn=3.4理论变色范围:
2.44.4而实际变色范围:
3.14.4解释:
这是因为人眼对红色较对黄色敏感的缘故。
当pH=4.4时,相当于In-10HIn,即黄色10倍红色时,才看不到红色。
当pH=3.1时,相当于HIn2In-,即红色HIn是黄色In-的2倍时,就看不到黄色了,只能看到红色。
即使同一个人,对同一强度的颜色作多次观察判断时,也会稍有出入。
因此,指示剂的变色范围,不同文献的报告也稍有出入。
例如:
甲基橙的变色范围有pH3.14.4、pH3.24.5、pH2.94.3等不同的数据。
总结,
(1)指示剂的变色范围不是恰好位于pH=7的左右,而是随pKHIn的不同而不同。
(2)各种指示剂在变色范围内显示出逐渐变化的过渡颜色。
(3)各种指示剂的变色范围幅度各有不同,但一般不大于2个pH单位,不小于1个pH单位,多数为1.61.8pH单位。
虽然指示剂变色范围的实验结果与理论推算之间存在着差别,但理论推算对粗略估计指示剂的变色范围,仍有一定的指导意义。
指示剂的变色范围越窄越好,因为pH值稍有改变,指示剂就可立即由一种颜色变成另一种颜色,即指示剂变色敏锐,有利于提高测定结果的准确度。
人们观察指示剂颜色的变化约为0.2-0.5pH单位的误差。
常用的酸碱指示剂列于表53中。
注意,表5-3常用酸碱指示剂的变色范围,三、影响指示剂变色范围的因素,
(一)指示剂的用量,指示剂用量的影响也可分为两个方面:
一是指示剂用量过多(或浓度过大)会使终点颜色变化不明显,且指示剂本身也会多消耗一些滴定剂,从而带来误差。
这种影响无论是对单色指示剂还是对双色指示剂都是共同的。
因此在不影响指示剂变色灵敏度的条件下,一般以用量少一点为佳。
二是指示剂用量的改变,会引起单色指示剂变色范围的移动。
下面以酚酞为例来说明。
酚酞在溶液中存在如下离解平衡:
HInIn-+H+无色红色,在一定体积的溶液中,人眼感觉到酚酞的In-颜色的最低浓度为一定值。
设酚酞浓度为c,In-的最低值为In-min,则如果使酚酞的浓度增加为cIn(cIncIn),由上式可知,由于In-min不变,c增大,则In就得减小,KHIn是个常数,In减小,即意味着H+浓度要增大,指示剂将在pH较低时变色。
也就是说,单色指示剂用量过多时,其变色范围向pH低的方向发生移动。
例如在50l00mL酸溶液中加入2-3滴0.1moLL-1酚酞,pH=9时出现红色,而在相同条件下加入1015滴酚酞,则在pH8时出现红色。
温度的变化会引起指示剂解离常数的变化,因此指示剂的变色范围也随之变动。
例如,18时,甲基橙的变色范因为3.14.4;而100时,则为2.53.7。
(二)温度,(三)中性电解质,盐类的存在对指示剂的影响有两个方面:
一是影响指示剂颜色的深度,这是由于盐类具有吸收不同波长光波的性质所引起的,指示剂颜色深度的改变,势必影响指示剂变色的敏锐性;二是影响指示剂的解离常数,从而使指示剂的变色范围发生移动。
(四)溶剂,指示剂在不同的溶剂中,其pKHIn值是不同的。
例如:
甲基橙在水溶液中pKHIn3.4。
在甲醇中pKHIn3.8。
因此指示剂在不同的溶剂中具不同的变色范围。
表53所列指示剂都是单一指示剂,它们的变色范围一般都较宽,其中有些指示剂。
例如:
甲基橙,变色过程中还有过渡颜色、不易于辨别颜色的变化。
在某些酸碱滴定中,为了达到一定的准确度,需要将滴定终点限制在较小的pH范围(例如对弱酸或弱碱的滴定),这样,一般的指示剂就难以满足需要。
混合指示剂则具有变色范围窄,变色明显等优点。
混合指示剂是由人工配制而成的。
配制方法有二:
混合指示剂变色敏锐的原理可用下面的例子来说明。
四、混合指示剂,配制方法一,一是用一种不随H+浓度变化而改变颜色的染料(称为惰性染料)和一种指示剂混合而成;,甲基橙(0.1%)和靛蓝二磺酸钠(0.25%)(染料)组成的混合指示剂(1:
1),靛蓝(蓝色)在滴定过程中不变色,只作为甲基橙变色的背景,它和甲基橙的酸式色(红色)加合为紫色,和甲基橙的碱式色(黄色)加合为绿色。
在滴定过程中该混合指示剂随H+的浓度变化而发生如下的颜色变化:
例如:
甲基橙和靛蓝(染料)组成的混合指示剂,溶液的酸度甲基橙的颜色甲基橙+靛蓝的颜色pH4.4黄色绿色pH4.1橙色浅灰色pH3.1红色紫色,可见,单一的甲基橙由黄(或红)变到红(或黄),中间有一过渡的橙色,不于辨别;而混合指示剂由绿(或紫)变化到紫(或绿),不仅中间是几乎无色的浅灰色,而且绿色与紫色明显不同,所以变色非常敏锐,容易辨别。
配制方法二,二是由两种不同的指示剂混合而成。
溴甲酚绿和甲基红两种指示剂所组成的混合指示剂,其配制方法是:
溴甲酚绿(0.1%乙醇溶液)和甲基红(0.2%乙醇溶液),把二者按3:
1混合即得混合指示剂。
滴定过程中随溶液H+浓度变化而发生如下的颜色变化:
例如:
溴甲酚绿和甲基红两种指示剂所组成的混合指示剂,溶液的强度溴甲酚绿甲基红溴甲酚绿+甲基红pH4.0黄色红色酒红pH=5.1绿色橙色灰色pH6.2蓝色黄色绿色,pH=5.1时,由于绿色和橙色相互迭合,溶液呈灰色,颜色变化十分明显,使变色范围缩小为变色点,显然该混合指示剂较两种单一指示剂具有变色敏锐的优点。
pH溴甲酚绿甲基红混合后,甲基红4.46.2与溴甲酚绿4.05.6红黄黄绿,混合指示剂颜色变化明显与否,还与二者的混合比例有关,这是在配制混合指示剂时要加以注意的。
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- 五节 酸碱 指示剂