基础课时18　酸碱中和滴定

一、酸碱中和滴定

1．概念和原理

(1)概念：是利用中和反应，用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。

(2)原理：

在中和反应中，酸提供的H＋与碱提供的OH－之间的物质的量相等。即：c(H＋)·V酸＝c(OH－)·V碱，则c(H＋)＝或c(OH－)＝。

(3)实验关键

①准确测定参加反应酸、碱的体积。

②准确判断滴定终点。

2．主要仪器及使用

(1)仪器：滴定管，铁架台，滴定管夹，锥形瓶，烧杯。

a　　　　　b

仪器a是酸式滴定管， 仪器b是碱式滴定管。

(2)滴定管的使用方法

①查漏：使用前先检查滴定管活塞是否漏水。

②润洗：在加入反应液之前，洁净的滴定管要用所要盛装的溶液润洗2～3次。

③装液：分别将反应液加入到相应滴定管中，使液面位于滴定管“0”刻度线以上2～3 mL处。

④调液面记数据：在滴定管下放一烧杯，调节活塞，使滴定管尖嘴部分充满反应液，然后调节滴定管液面使其处于某一刻度，准确读取数值并记录。

3．主要试剂

(1)待测液；(2)标准液；(3)指示剂(一般用酚酞或甲基橙)。

4．实验操作

以标准盐酸滴定待测氢氧化钠溶液为例：

(1)洗涤：洗涤仪器并进行检漏、润洗。

(2)取液：向碱式滴定管中注入待测液氢氧化钠溶液，取一定体积注入锥形瓶中，并加入2～3滴酚酞指示剂；向酸式滴定管中注入标准液盐酸。

(3)滴定：在锥形瓶下垫一张白纸，左手控制滴定管的活塞，向锥形瓶中先快后慢地加入标准液(后面逐滴加入)，右手摇动锥形瓶，眼睛观察锥形瓶内溶液的颜色变化。

(4)读数：至指示剂发生明显的颜色变化(浅红色变为无色)且半分钟内不变时，停止滴定。平视滴定管中凹液面最低点，读取溶液体积。

(5)记录：记录滴定前和滴定终点时滴定管中标准液的刻度，重复滴定2～3次将数据记入表中。

(6)计算：以(V终－V始)为消耗的标准液的体积，取2～3次实验结果的平均值，依据c待＝计算待测液的物质的量浓度。

　(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)锥形瓶在水洗后，要用待测液润洗2～3次 (×)

(2)滴定实验中左手控制滴定管的活塞，右手摇动锥形瓶 (√)

(3)当观察到锥形瓶中颜色发生变化，立即停止滴定并记下滴定管液面读数 (×)

二、酸碱滴定过程中pH的突变和滴定曲线

1．pH的突变

在酸碱反应过程中，溶液的pH会发生变化，对于强酸强碱的反应，开始时由于被中和的酸(或碱)浓度较大，加入少量的碱(或酸)对其pH的影响不大。当反应接近终点(pH≈7)时，很少量的碱(或酸)就会引起溶液pH突变。

2．滴定曲线

酸碱滴定曲线是以酸碱混合过程中滴加酸(或碱)的量为横坐标，以溶液pH为纵坐标绘出一条溶液pH随酸(或碱)的滴加量而变化的曲线。

例如：以0.100 0 mol·L－1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L－1 HCl溶液为例，其滴定曲线如图所示。

滴定过程中溶液pH的突变

酸碱指示剂的变色范围

酸碱指示剂是一些有机弱酸或有机弱碱，它们在水溶液中存在电离平衡，其分子与电离出的离子呈现不同的颜色。因此，当pH改变时，由于分子、离子含量的变化，会引起溶液颜色的变化。例如，石蕊(以HIn表示)的电离平衡和颜色变化如下：

指示剂的颜色变化是在一定的pH范围内发生的。各种指示剂的变色范围是由实验测得的。几种常用指示剂的变色范围如图所示。

[问题1]　酸碱中和滴定原理

(1)进行酸碱中和滴定时，标准液和待测液哪一种放入锥形瓶中？

(2)在酸碱中和滴定实验中，标准液的浓度是越大越好还是越小越好？

(3)酸碱恰好完全反应的点与滴定终点是否相同？

[提示]　(1)都可以。因为酸碱中和滴定时求的是 H＋与 OH－的定量关系，只要二者的物质的量相等即可，故把哪种溶液放入锥形瓶都可以，但习惯上常把被滴定的溶液放入锥形瓶中。

(2)标准液的浓度一般为0.100 0 mol·L－1为宜。浓度太大，易引起较大误差；浓度太小，所需标准液体积太大，不易操作。

(3)不相同。酸碱恰好完全反应是指酸与碱按照化学计量数恰好完全反应，酸和碱都不剩余，此时溶液可能为中性，也可能为酸性或碱性；而滴定终点是指指示剂颜色恰好变化的点，二者不相同。酸碱恰好完全反应与滴定终点特别接近，在一般科学研究中不会造成大的误差。

[问题2]　滴定管的使用

滴定管分为酸式和碱式两种类型，应根据溶液的性质进行选择使用，但二者的使用方法基本相同。

(1)为什么酸式滴定管不能用来盛装碱液，碱式滴定管不能盛放酸性溶液？

(2)滴定管和量筒读数时有什么区别？

(3)用量程为25.00 mL的酸式滴定管取盐酸，开始凹液面在“0”刻度处，全部放出后所取溶液是25.00 mL吗？

(4)如何排出酸、碱式滴定管尖嘴处的气泡？

[提示]　(1)酸式滴定管有磨砂的玻璃活塞，容易被碱液腐蚀。碱式滴定管有橡胶管，容易被酸性溶液腐蚀。

(2)滴定管的“0”刻度在上面，越往下刻度值越大，而量筒无“0”刻度，并且越往上刻度越大；记录数据时滴定管一般精确到0.01 mL，而量筒仅为0.1 mL。

(3)不是。滴定管的刻度是“0”刻度在上，最大容量刻度在下，但最下端有一段无刻度，如果全部放出，则体积大于25． 00 mL。

(4)酸式滴定管：打开酸式滴定管活塞，快速放出液体，将尖嘴处的气泡快速冲出。碱式滴定管：将碱式滴定管的玻璃尖嘴倾斜向上弯曲，用手挤捏玻璃球一侧的乳胶管，使液体流出同时带出气泡。

[问题3]　指示剂的选择

(1)在滴定操作时，锥形瓶下面放一张白纸的目的是什么？

(2)用盐酸滴定氨水，选什么作指示剂？怎样描述滴定终点？

(3)能否选用石蕊试液作为酸碱中和滴定的指示剂？

[提示]　(1)白纸只是起衬托作用，是为了使滴定终点的颜色变化更加明显，便于滴定终点的判断。

(2)可选择甲基橙作指示剂；滴定终点时溶液由黄色变为橙色且半分钟内不再变化。

(3)不能。因石蕊试液在滴定终点时的颜色变化对比不明显，且变色范围较大。

1．酸碱中和滴定时指示剂的选择

变色要灵敏，变色范围要小，使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。

(1)不能用石蕊作指示剂。

(2)滴定终点为碱性时，用酚酞作指示剂，如用 NaOH溶液滴定醋酸。

(3)滴定终点为酸性时，用甲基橙作指示剂，如用盐酸滴定氨水。

(4)强酸滴定强碱一般用甲基橙，但用酚酞也可以。

(5)并不是所有的滴定都须使用指示剂，如用标准的 Na2SO3溶液滴定 KMnO4溶液时，KMnO4溶液颜色恰好褪去时即为滴定终点。

2．滴定终点的判断答题模板

当滴入最后半滴××××××标准溶液后，溶液变成××××××色，且半分钟内不恢复原来的颜色。

解答此类题目注意三个关键点：

(1)最后半滴：必须说明是滴入“最后半滴”溶液。

(2)颜色变化：必须说明滴入“最后半滴”溶液后溶液的颜色变化。

(3)半分钟：必须说明溶液颜色变化后“半分钟内不恢复原来的颜色”。

1．滴定实验时，必须要按以下要求做的是(　　)

A．锥形瓶用蒸馏水洗净后要烘干

B．酸式或碱式滴定管用水洗净后用相应溶液润洗

C．待测液一定要放在锥形瓶中，标准液一定要放在滴定管中

D．滴定前读数要求精确，凹液面的最低点在平视时必须在“0”刻度或“0”刻度以上的某一刻度上

B　[滴定前锥形瓶用蒸馏水洗净后无须干燥，其中的蒸馏水不计入加入试剂的体积，也就不影响滴定结果，故A项不符合题意；酸式或碱式滴定管用水洗净后一定要用相应待装溶液润洗，否则会稀释溶液，故B项符合题意；待测液和标准液都可以放在锥形瓶中，盛放在锥形瓶中的溶液其体积为已知量，故C项不符合题意；滴定前，滴定管中液体的凹液面在“0”刻度或“0”刻度以下的某一刻度，“0”刻度以上没有刻度，故D项不符合题意。]

2．用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度，根据下表及图示选出正确选项(　　)

甲　乙

A．①②　　　B．②③　　　C．③④　　　D．②④

C　[酸碱中和滴定中一般不选用石蕊溶液作指示剂，①错误；酸式滴定管中不能盛放碱液，②错误。]

误差分析是指对误差在完成系统功能时，对所要求的目标的偏离产生的原因、后果及发生在系统的哪一个阶段进行分析，把误差减小到最低限度。在实验中，如果出现误差较大的数据，则需要重新进行实验，在几次实验结果相近的情况下，可计算它们的平均值。研究误差的目的，不是要消除它，因为这是不可能的，也不是使它小到不能再小，这不一定必要，因为这要花费大量的人力和物力；而是在一定的条件下得到更接近于真实值的最佳测量结果。

[问题1]　酸碱中和滴定时，用待测液润洗锥形瓶，会产生什么结果？

[提示]　锥形瓶一定不要用待测液润洗，否则会使待测液的量偏大，消耗标准液的体积偏大，从而使所测浓度偏大。

[问题2]　酸碱中和滴定时，用冲洗干净的滴定管直接盛装标准溶液，会产生什么结果？

[提示]　冲洗干净的滴定管无论是盛装标准溶液，还是待测溶液，都必须用待装溶液润洗2～3次，否则会使标准溶液或待测溶液的浓度变小，影响结果。

[问题3]　用NaOH标准溶液测定未知浓度的盐酸时，选用酚酞作指示剂，实验时不小心多加了几滴，会产生什么结果？

[提示]　在滴定过程中，指示剂多加了几滴，一般不影响实验结果，因为指示剂不会改变反应过程中酸和碱的物质的量。

[问题4]　用标准盐酸测定未知浓度的NaOH溶液，实验结束时，酸式滴定管尖嘴部分有气泡，开始实验时无气泡，会产生什么结果？

[提示]　实验开始时酸式滴定管中无气泡，实验结束时有气泡，会导致所读取的V(HCl)偏小，依据V(HCl)·c(HCl)＝V(NaOH)·c(NaOH)，所测得的c(NaOH)偏小。

[问题5]　酸式滴定管或碱式滴定管滴至终点后，俯视或仰视读数，对滴定结果有影响吗？

[提示]　滴定管滴至终点后，俯视或仰视读数，会使测得的待测液的浓度偏低或偏高。

1．选取适当指示剂，准确判断滴定终点

(1)指示剂的选择：

强酸与强碱相互滴定时，选甲基橙或酚酞都可以，但不能选石蕊试液(遇酸、碱颜色变化不明显)。一般原则是：酸滴定碱，选甲基橙；碱滴定酸，选酚酞。

(2)滴定终点的判断(以NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸为例)：

若用酚酞作指示剂，当滴入最后半滴NaOH溶液时，溶液的颜色由无色突变为粉红色，且半分钟内不褪色，说明达到滴定终点。

若用甲基橙作指示剂，当滴入最后半滴NaOH溶液时，溶液的颜色由红色变为橙色，且半分钟内不变为原色，说明达到滴定终点。

2．中和滴定的误差分析

(1)误差分析依据

分析误差要根据计算式：c待测＝，当用标准液滴定待测液时，c标准、V待测均为定值，c待测的大小由V标准的大小决定。

(2)常见误差分析

方法指导：读数误差可以用画图的形式来理解和记忆。如开始读数仰视，滴定完毕读数俯视，如图Ⅰ；开始读数俯视，滴定完毕读数仰视，如图Ⅱ。

1．当用酸滴定碱时，下列操作中会使测定结果(碱的浓度)偏低的是(　　)

A．酸式滴定管滴至终点后，俯视读数

B．碱液移入锥形瓶后，加了10 mL蒸馏水再滴定

C．酸式滴定管用蒸馏水润洗后，未用标准液润洗

D．酸式滴定管注入酸液后，尖嘴留有气泡即开始滴定，滴定终点时气泡消失

A　[A项，俯视读数，则读数偏小，结果偏低，正确；B项，加水不会影响测定结果，错误；C项，相当于稀释盐酸使标准液的浓度变小，消耗盐酸的体积偏大，结果偏高，错误；D项，酸式滴定管注入酸液后，尖嘴留有气泡即开始滴定，滴定终点时气泡消失相当于消耗盐酸的体积偏大，结果偏高，错误。]

2．用NaOH标准溶液滴定未知浓度的盐酸，用酚酞为指示剂，造成测定结果偏高的原因可能是(　　)

A．配制标准溶液的NaOH中混有Na2CO3杂质

B．盛装待测液的锥形瓶用蒸馏水洗过，没有用待测液洗

C．滴定到终点读数时，俯视刻度线

D．滴定到终点读数时，滴定管尖嘴处有气泡

A　[配制标准溶液的NaOH中混有Na2CO3杂质，则消耗标准溶液的体积偏大，测定结果偏高，故A正确；盛装待测液的锥形瓶用蒸馏水洗过，没有用待测液洗，对实验无影响，故B不正确；滴定到终点读数时，俯视刻度线，导致V(NaOH)偏小，则测定结果偏低，故C不正确；滴定到终点读数时，滴定管尖嘴处有气泡，导致V(NaOH)偏小，则测定结果偏低，故D不正确。]

酸碱中和滴定

1．准确移取20.00 mL某待测HCl溶液于锥形瓶中，用0.100 0 mol·L－1NaOH溶液滴定，下列说法正确的是(　　)

A．滴定管用蒸馏水洗涤后，装入NaOH溶液进行滴定

B．随着NaOH溶液滴入，锥形瓶中溶液pH由小变大

C．用酚酞作指示剂，当锥形瓶中溶液由红色变无色时停止滴定

D．滴定达终点时，发现滴定管尖嘴部分有悬滴，则测定结果偏小

B　[A项，滴定管用水洗涤后，还要用待装溶液润洗，否则将会引起误差，错误；B项，在用NaOH溶液滴定盐酸的过程中，锥形瓶内溶液由酸性逐渐变为中性，溶液的pH由小变大，正确；C项，用酚酞作指示剂，锥形瓶中溶液应由无色变为粉红色，且半分钟内不恢复原色时才能停止滴定，错误；D项，滴定达终点时，发现滴定管尖嘴部分有悬滴，则消耗碱液的体积偏大，测定结果偏大，错误。]

2．实验室用标准KMnO4溶液滴定未知浓度的FeSO4溶液，下列说法或操作正确的是(　　)

A．盛FeSO4溶液的锥形瓶滴定前用FeSO4溶液润洗2～3次

B．选碱式滴定管量取标准KMnO4溶液，并用碘化钾淀粉溶液作指示剂

C．滴定前仰视读数，滴定后俯视读数会导致滴定结果偏低

D．锥形瓶内溶液颜色变化由浅绿色变为紫红色，立即记下滴定管液面所在刻度

C　[滴定操作时锥形瓶只需水洗干净即可，不能用待测液润洗，A项错误；标准KMnO4溶液应用酸式滴定管量取，不用添加任何指示剂，B项错误；实验时，读数前仰后俯，导致读数体积小于实际消耗的标准溶液体积，所测溶液浓度将偏低，C项正确；确定滴定终点时，需溶液由浅绿色变为紫红色，且30 s内溶液颜色不再发生变化，才可以确定滴定终点，D项错误。]

3．以下是几种酸碱指示剂变色的pH范围：①甲基橙3.1～4.4　②甲基红4.4～6.2　③酚酞8.2～10.0，现用0.100 0 mol·L－1的NaOH溶液滴定浓度相近的乙酸时，上述指示剂(　　)

A．都可以用　　　　 B．只能用③

C．可以用①或②   D．可以用②或③

B　[氢氧化钠溶液与乙酸等物质的量反应时，生成的乙酸钠溶液呈碱性，选用在碱性条件下变色的指示剂酚酞为宜。]

4．以酚酞溶液作指示剂，对某新制NaOH溶液进行中和滴定实验，数据记录如下表：

则该新制的NaOH溶液的浓度c(mol·L－1)计算合理的是(　　)

A．c＝0.01×(V1＋V2＋V3)/(3×20)

B．c＝0.01×(V1＋V2)/(2×20)

C．c＝0.01×(V1＋V3)/(2×20)

D．c＝0.01×V1/20

B　[②20 mL NaOH溶液中加入10 mL H2O，其溶质的物质的量不变，仍用20 mL来进行计算，也可得正确值；③敞口隔夜放置的NaOH溶液已发生反应生成部分Na2CO3溶液，用酚酞作指示剂，消耗盐酸的量将发生改变。]

5．在25 ℃时，用0.125 mol·L－1的标准盐酸滴定25.00 mL未知浓度的NaOH溶液所得滴定曲线如图所示。图中K点代表的pH为(　　)

A．13　　　B．12　　　C．10　　　D．11

A　[由图示可知，在V(HCl)＝20.00 mL时，pH＝7，HCl与NaOH恰好完全反应，由c(HCl)·V(HCl)＝c(NaOH)·V(NaOH)知c(NaOH)＝＝＝0.1 mol·L－1。由Kw＝c(H＋)·c(OH－)知，0.1 mol·L－1的NaOH溶液的c(H＋)＝10－13 mol·L－1，即其pH＝13。]