酸碱中和滴定测定酸溶液的浓度

课题15 酸碱中和滴定测定酸溶液的浓度课题概述：酸碱中和滴定是常用的测定未知酸碱浓度的一类方法。常规的酸碱中和滴定是利用指示剂的变色来判断中和滴定的终点（即等当点），这要求操作者对于指示剂颜色变化十分敏感。本实验通过pH传感器，监测盐酸与氢氧化钠溶液中和反应过程中pH值变化，从而使得滴定终点的判断更加简单、清晰。pH传感器通过测量pH电极和参比电极、被测溶液所组成的电池的电动势，间接测量pH电极的电位，从而得到溶液中的氢离子浓度。教学目标：1.研究酸碱中和反应过程中pH值变化情况，理解中和反应的实质。2.学会寻找中和反应的等当点，并计算未知酸溶液的浓度。器材准备：实验药品：氢氧化钠固体、未知浓度盐酸溶液（浓度为0.1mol/L左右）、pH标准缓冲溶液（pH=6.865、pH=9.180）。实验仪器：TI—83Plus图形计算器及CBL系统、pH传感器、电磁搅拌器、100mL锥形瓶、酸式滴定管、碱式滴定管、小烧杯、250mL容量瓶、玻璃棒、胶头滴管、蒸馏水洗瓶。实验装置：如下图所示。©no©□□□□□□□□non©no©□□□□□□□□non□□□实验步骤：实验准备1.配制标准缓冲溶液。将购得的pH标准缓冲物质一小包溶于水，转移至250mL容量瓶中，加水稀释至刻度线，即为pH标准缓冲溶液。（对应的pH值及注意事项请参见标准物质包装袋）。2.配制0.1000mol/L标准氢氧化钠溶液。用电子天平称取4.000g氢氧化钠固体，溶于适量水中，静置冷却至室温后转移至1000mL容量瓶中，加水稀释至刻度线。3.将滴定管清洗干净，分别用标准氢氧化钠溶液和盐酸溶液润洗后，加入标准氢

氧化钠溶液和待测盐酸溶液至零刻度线。设置传感器将TI—83Plus图形计算器、CBL系统按图示连接。将pH传感器与CBL系统CH1通道相连。3.打开TI—83Plus图形计算器、CBL系统，按ApPsI，选择“CHEMBIO”程序，按Enter。（见图1、2）inance...2：CBLxCBRffiCheriBioinance...2：CBLxCBRffiCheriBio34567ATTAAHDDPAERTUETRARU-CGDUEECILwwRTLEETTI-—-III---JCVUFRQENTERNUMBEROFPROBES：1EHROOOOMIPPCU.CMsts^4:5:6:7:预热30秒后，按ENTER。ENTERNUMBEROFPROBES：1EHROOOOMIPPCU.CMsts^4:5:6:7:预热30秒后，按ENTER。（见图5、6）EAASMU-HUAC-OWEST-ABLE^PERFORMNEW3=P1RNURLENTRY在“MAINMENU”菜单中选择“1：SETUPPROBES”；输入传感器数量“1”,按Enter。（见图3）在“SELECTPROBE”菜单中选择“2：pH”。（见图4）海LIRE_ORIMETER_TAGEqDUCTIUITy?EPROBES6.输入通道序号“1”；在“CALIBRATION”菜单中选择“2：PERFORMNEW”。ENTERCHANNELNUMBER：1将装有pH值为6.865的标准缓冲溶液的烧杯放在电磁搅拌器上，并将电磁搅拌器的加热温度调至25°C。将干净的pH电极浸入烧杯中，当CBL系统显示屏示数稳定后，按CBL上的TRIGGER按CBL上的TRIGGER键，并在图形计算器上输入pH值“6.865”。（见图7、8）CRLIBRATIONPT.1MONITORVOLTAGEONCBL.WHENSTABLEPUSH[TRIGGER]CRLIBRATIONPT.1MONITORVOLTAGEONCBL.WHENSTABLEPUSH[TRIGGER]・ENTERREFERENCE：ICALIBRATIONPT.1MONITORVOLTAGEONCBL.WHENSTABLEPUSH[TRIGGER]・ENTERREFERENCE：6.8651取出pH电极，用水冲洗干净，用滤纸小心吸干电极外表。将装有pH值为9.180的标准缓冲溶液的烧杯放在电磁搅拌器上，并将电磁搅拌器的加热温度调至25°C。将干净的pH电极浸入烧杯中，当CBL系统显示屏示数稳定后，按TriggerI键，并在图形计算器上输入pH值“9.180”。（见图9、10）CRLIBRATIONPT.2MONITORVOLTAGEONCBL.CALIBRATIONPT.2MONITORVOLTAGEONCBL.WHENSTABLEPUSH[TRIGGER].ENTERREFERENCECRLIBRATIONPT.2MONITORVOLTAGEONCBL.CALIBRATIONPT.2MONITORVOLTAGEONCBL.WHENSTABLEPUSH[TRIGGER].ENTERREFERENCE：WHENSTABLEPUSH[TRIGGER].ENTERREFERENCE：9.1801图1010.在“CALIBRATIONDONE”屏幕中显示了校正曲线的斜率INTERCEPT（K0，B）与截距SLOPE（K1，A）。记录这些数据。以后测定时，如果仍使用同一pH传感器并且环境情况相类似时，可以不用标准溶液校正，而在“CALIBRATION”菜单中选择“3：MANUALENTRY”，手工输入校正曲线的斜率INTERCEPT与截距SLOPE，即可实现pH电极的校正。（见图11）CRLIBRATIONDONE-INTERCEPTS⑻17.405SLOFE<Kl?fi>-4.468[ENTER]图[ENTER]图11pH值数据采集用酸式滴定管向100mL锥形瓶中注入10.00mL待测盐酸溶液，将锥形瓶置于电磁搅拌器上并放入搅拌子。将干净的pH电极浸入锥形瓶内溶液中。在“MAINMENU”菜单中选择“2：COLLECTDATA”。（见图12）在“COLLECTDATA”菜单中选择“3：TRIGGER/PROMPT”，预热30秒后，按Enter。（见图13）ATTAAHDDPAERTUETRARU-CGDUEECILwwRTLEETTI-—-III---JCVUFRQ2：TIMEGRAPHffiTRIGGERxRROHPT4?TRIGGER5：SINGLEPOINT6：RETURN5.当CBL系统显示屏示数稳定后，氢氧化钠溶液的总体积“0”。（见图14、图ATTAAHDDPAERTUETRARU-CGDUEECILwwRTLEETTI-—-III---JCVUFRQ2：TIMEGRAPHffiTRIGGERxRROHPT4?TRIGGER5：SINGLEPOINT6：RETURN5.当CBL系统显示屏示数稳定后，氢氧化钠溶液的总体积“0”。（见图14、图12按Trigger键，图13并在图形计算器上输入加入15）MONITORCBL.PRESS[TRIGGER]ONCBLTOSTOREDATA-1ENTERVALUE?■MONITORCEL.PRESS[TRIGGER]ONCBLTOSTOREDATR-1ENTERVALUE?0i图14图156.在“DATACOLLECTION”菜单中选择“1：MOREDATA”。（见图16）图167.用碱式滴定管向锥形瓶中注入1.00mL0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当cbl系统显示屏示数稳定后，按Trigger键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积“1.00”mL。（见图17、18）ENTERVALUE2ENTERVALUE?1.00图17图188.重复6、7的操作步骤。每次按TRIGGER钠的总体积，直至加入氢氧化钠溶液的总体积达到9.00mL。（见图19）ENTERVALUE?9.0010ENTERVALUE?9.0010 图19在“DATACOLLECTION”菜单中选择“1：MOREDATA”。（见图20）用碱式滴定管向锥形瓶中注入0.50mL0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当cbl系统显示屏示数稳定后，按Trigger键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠ENTERVALUE11图21ENTERVALUE11图21在“DATACOLLECTION”菜单中选择“1：MOREDATA”。用碱式滴定管向锥形瓶中注入0.10mL0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当cbl系统显示屏示数稳定后，按Trigger键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积“9.60”mL。重复11、12的操作步骤。每次按TriggerI键后在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积，直至加入硫酸溶液的总体积达到10.50mL。（见图22、23）ENTERVALUE?9.60i12ENTERVALUE?10.50i21图22在“DATACOLLECTION”菜单中选择“1：MOREDATA”。用碱式滴定管向锥形瓶中注入0.50mL0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当cbl系统显示屏示数稳定后，按Trigger键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积“11.00”mL。重复6、7的操作步骤。每次按TriggerI键后在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积，直至加入氢氧化钠溶液的总体积达到15.00mL。在“DATACOLLECTION"菜单中选择“2：STOP”，即完成了数据的采集。（见

图24)图图24)图24实验结果及数据处理:1.在“MAINMENU”菜单中选择“3：VIEWGRAPH”，所显示的就是中和反应过程中随着氢氧化钠加入量pH值的变化曲线。（例：见图25）图25图25按EnteR，在“mainmenu”菜单中选择“7：quit”。按End+[STATPLOTS],在“STATPLOTS”菜单中选择“1：Plot1・・・On”。(见图26）4.按口移动至“Type：”，将其改为xy直线图，按2nd+[QUIT]退出。（见图27）融2：3：4-1■■■■•Li L2 DFlot2...0ffk±L1 L3 ■Plots.-OffL、L1 LHPlotsOff图26JE0PlotsPlot?aSrorrType：LliSBJhhKb-iOJ-i|kXlistFLi-?list：LsMar-k：B+5.在主屏幕中按GRAPH，所显示的就是反应过程中随着硫酸加入量pH值的变化曲线。（例：见图28）6.按iZOOMl，在“ZOOM”菜单中选择“1：ZBox”（Zbox允许在当前窗口中，用矩形框选择一部分图形放大研究）。按0J3J3、曰，将十字光标移至“X=9.989,Y=7.195”左右，按ENTER。即确定了放大框的左上角。（例：见图29、30）MEMOR?ox:ZoomIn3MEMOR?ox:ZoomIn3：ZoomOut4：ZDecinal5：ZS^uar-eZStandar-d7-IZTrig图29V=7.19EOOZ9图307.按成、曰、曰、曰，将十字光标移至“X=10.372，Y=6.794”左右，按Enter。即确定了放大框的右下角。（例：见图31、32）图32图32按或、曰，将十字光标移至尽量靠近按或、曰，将十字光标移至尽量靠近8.此时显示的是局部放大了的滴定曲线。Y=7”的地方；按巨I、9,将十字光标移至滴定曲线上，读出X的数值为10.12mL。（例：见图33、34）K=iO.19OB?lV=7.0009fi?H图33K=10.1^BUV=7.00C9fi?H图349.若十字光标不能距离“Y=7”足够近则可以重复6、7、8步骤以放大滴定曲线至足够大小。10.计算稀盐酸的浓度：c（碱）V（碱）=c（酸）V（酸）0.1000X10.12=c（酸）X10.00c（酸）=0.1012mol/L实验说明：为得到更准确的数据，pH电极在测量前，必须进行标定。标准缓冲溶液的pH值随温度的变化会有所改变，因此在标定时必须恒定溶液温度为25°C。在接近滴定等当点时，pH值的变化变得更为明显，此时每次注入氢氧化钠溶液的体积应尽量减小（实验中减为0.10mL）,以精确记录滴定突跃的情况。本实验的数据处理，也可以由等当点前后的两点进行线性回归，根据回归方程以求得pH值等于7时加入氢氧化钠的体积（详见“酸碱中和滴定研究”）。具体操作过程中可以根据实际情况挑选更为简便的方法。思考与拓展：1.用指示剂和用pH传感器监测中和滴定的终点，各有什么优点和缺点？重复以上实验，用稀盐酸滴定氢氧化钠溶液，并计算未知盐酸溶液的浓度。实验结果与用氢氧化钠滴定盐酸所得结果