酸碱滴定分析中,确定滴定终点的方法有仪器法与指示剂法两类。指示剂法是借助加入的酸碱指示剂在化学计量点附近颜色的变化来确定滴定终点的。这种方法简单、方便,是确定滴定终点的基本方法。本节仅介绍酸碱指示剂法。
1.作用原理
酸碱指示剂一般是有机弱酸、弱碱或两性物质,在不同的酸度条件下具有不同的结构和颜色。例如,酚酞指示剂是有机弱酸,在水溶液中有以下解离平衡存在:
在酸性溶液中,平衡向左移动,酚酞主要以内酯式结构存在,溶液呈无色;在碱性溶液中,平衡向右移动,酚酞则主要以醌式结构存在,溶液呈红色。
再如另一种常用的酸碱指示剂甲基橙是一种有机弱碱,在溶液中有如下解离平衡存在:
显然,甲基橙与酚酞相似,在不同的酸度条件下具有不同的结构及颜色。增大溶液酸度,甲基橙主要以醌式结构存在,溶液呈红色。反之,甲基橙主要以偶氮式结构存在,溶液由红色变为黄色。
由此可见,当溶液的pH发生变化时,由于指示剂结构的变化,颜色也随之发生变化,因而可通过酸碱指示剂颜色的变化来确定酸碱滴定的终点。
2.酸碱指示剂的变色范围及其影响因素(www.xing528.com)
若以HIn表示一种弱酸型指示剂,In-为其共轭碱,在水溶液中存在以下平衡
相应的平衡常数为
或
称为指示剂常数。可见溶液的颜色取决于HIn与In-的浓度比,即[In-]/[HIn],而[In-]/[HIn]又随溶液中[H+]的改变而改变。
一般来说,若[In-] /[HIn] ≥10,人眼所看到的为碱式色;若[In-] /[HIn] ≤1/10,则人眼所看到的是酸式色;当1/10≤[In-] /[HIn] ≤10时,指示剂呈混合色,在此范围溶液对应的pH为至。pH=就是指示剂理论变色的pH范围,简称指示剂理论变色范围,将pH=称为指示剂的理论变色点。
由此可见,不同的酸碱指示剂,不同,它们的变色范围就不同。理论上说,指示剂的变色范围都是2个pH单位,但实验测得的指示剂变色范围并不都是2个pH单位,而是略有上下。这是由于实验测得的指示剂变色范围是人目视确定的,由于人的眼睛对不同颜色的敏感度不同,观察到的变化范围也不同。表2-2所示为一些常用的酸碱指示剂的变色范围。
表2-2 几种常用的酸碱指示剂
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