孫文利 王 春 劉 洋 趙曉冉

工業(yè)混合堿常見的2種組成形式為燒堿中混有少量純堿、純堿中含有少量小蘇打。目前測定混合堿樣中各組分含量的方法有很多種，如沉淀法、電化學(xué)分析法等。目前廣泛使用雙指示劑法。

所謂雙指示劑法，是指利用2種指示劑在不同pH時顏色的變化得到2個滴定終點，分別根據(jù)各終點時所消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積計算所測各組分含量的方法[1]。

以酚酞和甲基橙為指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定混合堿樣，作為酸堿滴定法應(yīng)用的代表性實驗，在分析化學(xué)實驗中經(jīng)常開展，但是不能直觀地得到滴定過程中pH隨時間的變化曲線。而本實驗探究將現(xiàn)代手持技術(shù)與傳統(tǒng)的滴定分析法結(jié)合，既能測得混合堿中各組分的含量，又能得出滴定過程中pH隨時間的變化曲線。

一、實驗原理[2,3]

實驗中所用的混合堿是Na2CO3與NaOH，Na2CO3與NaHCO3的混合液。

在混合堿的試液中加入酚酞指示劑用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈微紅色。此時試液中所含NaOH完全被中和，Na2CO3也轉(zhuǎn)化為NaHCO3。此時是第一個化學(xué)計量點，理論上pH=8.31，反應(yīng)方程式如下：

記錄滴定終點時消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為V1，再加入甲基橙指示劑，繼續(xù)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液顏色由黃色變?yōu)槌燃t色，即為終點，NaHCO3轉(zhuǎn)化為H2CO3，此時是第二個化學(xué)計量點，理論上pH=3.88，反應(yīng)方程式如下：

記錄滴定終點時消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為V2。

根據(jù)：c(樣) =

若試液為Na2CO3與NaOH的混合液，則V1＞V2。

c(NaOH) =、c(Na2CO3) =

若試液為Na2CO3與NaHCO3的混合液，則V2＞V1。

在整個滴定實驗過程中，通過pH傳感器測定混合液pH隨時間的變化，并通過計算機繪制滴定過程中pH隨時間的變化曲線。

二、實驗過程[4]

1.實驗儀器及試劑

(1)實驗儀器

朗威DISLab8.0數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器、稀釋池、50 mL酸式滴定管、50 mL堿式滴定管、鐵架臺、滴定管夾、磁力攪拌器。

(2)實驗試劑

0.10 mol/L鹽酸、未知濃度的氫氧化鈉溶液、未知濃度的碳酸鈉溶液、未知濃度的碳酸氫鈉溶液、酚酞溶液(1%酚酞的酒精溶液，溶解1 g酚酞于90 mL乙醇及10 mL水中)、甲基橙溶液(0.1%甲基橙的水溶液，溶解1 g甲基橙于1 000 mL熱水中)、蒸餾水。

2.實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

圖1 用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定混合堿實驗裝置圖

3.實驗操作步驟

(1)按照圖1組建好實驗裝置。

(2)連接計算機、數(shù)據(jù)采集器和pH傳感器；打開計算機，進入V8.0 “通用軟件”。

(3)打開“組合圖線”，添加“pH-時間”曲線。

(4)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定20 mL Na2CO3與NaOH的混合液，讀取2次滴定終點時消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，并繪制滴定曲線。

用堿式滴定管分別取10.00 mL未知濃度的氫氧化鈉溶液和10.00 mL未知濃度的碳酸鈉溶液放于稀釋池中，滴加3滴酚酞溶液，用0.10 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈微紅色，迅速讀取并記錄酸式滴定管讀數(shù)為19.80 mL。再加入3滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液顏色由黃色變?yōu)槌燃t色，迅速讀取并記錄酸式滴定管讀數(shù)為30.10 mL。

(5)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定20 mL Na2CO3與NaHCO3的混合液，讀取2次滴定終點時消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，并繪制滴定曲線。

用堿式滴定管分別取10.00 mL未知濃度的碳酸鈉溶液和10.00 mL未知濃度的碳酸氫鈉溶液放于稀釋池中，滴加3滴酚酞溶液，用0.10 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈微紅色，迅速讀取并記錄酸式滴定管讀數(shù)為9.80 mL。再加入3滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液顏色由黃色變?yōu)槌燃t色，迅速讀取并記錄酸式滴定管讀數(shù)為30.50 mL。

4.實驗數(shù)據(jù)記錄

實驗數(shù)據(jù)記錄如圖2、圖3所示。

圖3 鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Na2CO3與NaHCO3的混合液滴定曲線

三、實驗結(jié)論與思考

(1)從鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Na2CO3與NaOH混合液的滴定曲線（如圖2所示）可以明顯看出，滴定過程中發(fā)生了3次pH突躍。這是因為滴定過程中發(fā)生了如下3個不同的化學(xué)反應(yīng)：

(2)從鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Na2CO3與NaHCO3混合液的滴定曲線(如圖3所示)可以明顯看出，滴定過程中發(fā)生了2次pH突躍。這是因為滴定過程中發(fā)生了如下2個不同的化學(xué)反應(yīng)：

根據(jù)c(Na2CO3) =、c(NaHCO3) =進行計算，實驗數(shù)據(jù)、計算結(jié)果、相對誤差如表2。

表1 用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Na2CO3與NaOH的混合液

表2 用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Na2CO3與NaHCO3的混合液

(4)實驗過程中的注意事項：①pH傳感器的探頭容易損壞，攪拌時注意與磁子保持適當(dāng)距離。②由于pH傳感器需要插入溶液液面以下適當(dāng)?shù)纳疃?，故此滴定時沒有用錐形瓶盛放待測液(因為待測液較少，液體的高度太低，不足以沒過pH傳感器的探頭部分)，而是用稀釋池(上口大，下口小，所盛裝液體的高度較大)代替了錐形瓶。③實驗中要勻速滴加標(biāo)準(zhǔn)鹽酸，建議每秒滴加3滴。④在臨近第二次滴定終點時，一定要充分搖動或加熱煮沸除去二氧化碳，以防止局部形成二氧化碳的過飽和溶液，從而使終點提前到達(dá)。本實驗采用的是增加磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速的方法。