项目3-工业氢氧化钠含量测定

项目3工业品氢氧化钠含量测定项目背景项目导学项目训练引导问题1【能力目标】能按照试样采样原则对工业氢氧化钠样品进行采集与制备；能正确的使用分析天平、容量瓶、移液管、滴定管等分析仪器；能熟练地进行递减法称取样品的操作；能解读国家标准并进行相关含量的测定；能根据标准的要求，进行实验数据的整理与计算、误差分析及结果的判断，并能规范书写实验报告；能独立地完成整个项目的测定工作，具有一定的解决问题的能力。2【知识目标】熟练掌握酸碱滴定的原理及应用范围；掌握酸滴定曲线的绘制及指示剂的选择方法；了解常用指示剂的变色范围；理解氯化钡法测定工业氢氧化钠含量的原理和方法；理解双指示剂法测定混合碱各组分的原理和方法。3氢氧化钠广泛应用于污水处理剂、基本分析试剂、配制分析用标准碱液、少量二氧化碳和水分的吸收剂、酸的中和钠盐制造。制造其它含氢氧根离子的试剂；在造纸、印染、废水处理、电镀、化工钻探方面均有重要用途。项目背景4本项目的质量检验标准采用《GB209-2006工业用氢氧化钠》和《GBT4348.1-2000工业用氢氧化钠中氢氧化钠和碳酸钠含量的测定》。工业用固体（包括片状、粒状、块状等）氢氧化钠主体为白色、有光泽，允许微带颜色。

表2-1工业用合成盐酸的质量指标项目背景5工业用固体氢氧化钠（包括片碱）应符合表3-1要求。表3-1

工业固体氢氧化钠的质量指标项目型号规格IS-ITIS-DTIS-CTⅠⅡⅠⅡⅠ优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品氢氧化钠（以NaOH计）的质量分数≥99.0≥98.5≥98.072.0±2.0≥96.0≥95.072.0±2.0≥97.0≥94.0碳酸钠（以Na2CO3计）的质量分数≤0.50.81.00.30.50.81.21.31.60.40.81.01.51.72.5氯化钠（以NaCl计）的质量分数≤0.030.050.080.020.00.082.52.73.02.02.52.81.11.23.5三氧化二铁（以Fe2O3计）的质量分数≤0.0050.0080.010.0050.0080.010.0080.010.020.0080.010.020.0080.010.016液体氢氧化钠为稠状液体，工业用液体氢氧化钠应符合表3-2要求。表3-2

工业液体氢氧化钠的质量指标项目型号规格IL-ITIL-DTIL-CTⅠⅡⅠⅡⅠ优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品一等品合格品优等品一等品合格品氢氧化钠（以NaOH计）的质量分数≥45.030.042.030.045.042.0碳酸钠（以Na2CO3计）的质量分数≤0.50.81.00.30.50.81.21.31.60.30.51.01.21.6氯化钠（以NaCl计）的质量分数≤0.030.050.080.020.00.082.52.73.04.65.00.70.81.0三氧化二铁（以Fe2O3计）的质量分数≤0.0050.0080.010.0050.0080.010.0080.010.020.0050.0080.010.020.037工业用氢氧化钠中氢氧化钠和碳酸钠含量的测定属于混合碱测定，可用氯化钡法和双指示剂法进行测定。氯化钡法。试样溶液中先加入氯化钡，则碳酸钠转化为碳酸钡沉淀，然后以酚酞为指示剂，用盐酸标准溶液滴定至终点，反应如下：8双指示剂法。

Na2CO3相当于二元弱碱，用酸滴定时其滴定曲线上有两个pH突跃，因此可利用“双指示剂”法分别指示第一、第二化学计量点的到达，根据到达两个化学计量点时消耗的HCl标准溶液的体积，便可判别试样的组成及计算各组份含量。9在混合碱试样中加入酚酞指示剂，此时溶液呈红色，用HCl标准溶液滴定到溶液由红色恰好变为无色时，则试液中所含NaOH完全被中和，Na2CO3则被中和到NaHCO3，设滴定用去的HCl标准溶液的体积为V1(mL)，反应如下：再加入甲基橙指示剂，继续用HCl标准溶液滴定到溶液由黄色变为橙色（也可用溴甲酚绿-甲基红混合指示剂，由绿色滴至暗红色为终点）。此时试液中的NaHCO3（第一步被中和生成）被中和成CO2和H2O。此时，又消耗的HCl标准溶液的体积为V2(mL)。10当试样为Na2CO3与NaOH的混合物时，V1>V2，中和Na2CO3所需HCl是分两批加入的，两次用量应该相等。即滴定Na2CO3所消耗的HCl的体积为2V2，而中和NaOH所消耗的HCl的体积为(V1–V2)，故计算NaOH和Na2CO3的含量公式应为：11分析：12引导问题（1）采用氯化钡法和双指示剂法测定工业氢氧化钠中氢氧化钠和碳酸钠含量的最终结果是否会有区别？从原理来说哪个更加精确？（2）什么是指示剂？指示剂有哪几种类型？原理分别是什么？（3）什么是滴定曲线?如何根据酸碱滴定曲线选择合适的指示剂?（4）酸碱滴定反应的终点是如何判断的？在近终点时应如何操作滴定管？（5）如何计算酸碱水溶液中的[H+]的浓度？13项目导学3.1酸碱指示剂3.2滴定曲线与指示剂的选择143.1.1指示剂变色原理3.1.2常用酸碱指示剂的变色范围返回3.1酸碱指示剂153.1.1指示剂变色原理

酸碱指示剂：一类有颜色的有机物（弱酸或弱碱），随溶液pH的不同结构发生变化，而呈现不同颜色，颜色与结构相互关联。

HInH++In-

酸式色碱式色如：有机弱酸：酚酞、石蕊等；有机弱碱：甲基橙、甲基红等。163.1.2常用酸碱指示剂的变色范围根据人眼对颜色的灵敏度：当[In-]/[HIn]≥10即pH≥pKHIn+1,呈现

色当[In-]/[HIn]≤1/10即pH≤pKHIn-1,呈现

色当1/10<[In-]/[HIn]

<10,呈现

色HIn+H2OH3O++In-KHIn=[H3O+][In-][HIn]整理为[H3O+]=KHIn[In-][HIn]pH=pKHIn+lg[In-][HIn]浓度比决定溶液的颜色碱式酸式混合17指示剂的变色范围：人的视觉能明显看出指示剂由一种颜色转变成另一种颜色的pH范围。指示剂的理论变色范围：pKHIn

1指示剂的实际变色范围：实验测得的变色范围。一般小于2个pH单位。指示剂的理论变色点：当[In-]=[HIn]，pH=pKHIn

时的pH值。3.1.2常用酸碱指示剂的变色范围18

指示剂的变色区间越窄越好,有利于提高测定准确度。·变色点(橙)3.7(红)

(黄)pH=3.1－4.4例：甲基橙的理论变色点pKHIn=3.7

理论变色范围：pH=2.7-4.7实际变色范围:3.1.2常用酸碱指示剂的变色范围19表2-2常用酸碱指示剂3.1.2常用酸碱指示剂的变色范围20几点说明：指示剂加入量多少影响变色敏锐程度；指示剂消耗滴定剂；指示剂应适当少用；不同酸碱指示剂其变色范围和理论变色点不同；各种指示剂变色范围的幅度各不相同，但一般不大于2个pH单位，大多数为1.6-1.8个pH单位。213.2酸碱滴定曲线和指示剂的选择滴定曲线：酸碱滴定过程中溶液的pH值随滴定剂加入量的变化而变化的曲线。滴定曲线的作用：确定滴定终点时，消耗的滴定剂体积；判断滴定突跃大小；确定滴定终点与化学计量点(理论终点）之差；选择指示剂。22实验现象：HCl+酚酞为什么最后一滴NaOH的加入，可以使溶液颜色马上改变？而先前的加入的却不会？最后一滴NaOH以0.1000mol/LNaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol/LHCl溶液为例。⒈滴定前⒉滴定开始到化学计量点前⒊化学计量点时⒋化学计量点后。

分四个阶段3.2.1强碱（酸）或强酸（碱）的滴定23

(1)滴定前，加入滴定剂NaOH体积为0.00ml

0.1mol/L盐酸

溶液的pH=1(2)加入滴定剂体积为19.98mL时(即滴定误差为-0.1%):

[H+]=0.1×(20.00-19.98)/(20.00+19.98)=5.0×10-5mol/L

溶液pH=4.324(3)化学计量点，加入滴定剂体积为20.00mL，

反应完全,溶液中[H+]=10-7mol/L,

溶液的pH=7

(4)化学计量点后，加入滴定剂体积为20.02，过量0.02mL(即滴定误差为+0.1%)：

[OH-]=nNaOH

/V

=(0.1000×0.02)/(20.00+20.02)=5.0×10-5mol/L

pOH=4.3

溶液的pH=14-4.3=9.725滴定曲线：加入碱的体积19.98mLpH=4.30加入碱的体积20.02mLpH=9.70计量点pH=7.0酚酞变色范围pH=8.0-9.6突跃范围pH7.01.0V(NaOH)/mL突跃范围是指计量点前后±0.1%误差范围内溶液pH值的变化范围。26滴定曲线的讨论（指示剂的选择）：滴定过程中，溶液总体积不断增加，计算时应注意：滴定前19.98mL，pH变化慢：4.3-1=3.3；化学计量点前后0.04mL(约1滴)，pH发生突跃变化：9.7-4.3=5.4；滴定终点与化学计量点并不一定相同，但相差不超过±0.02mL，滴定误差不超过±0.1%；符合滴定分析要求。指示剂选择原则：指示剂的变色范围全部或一部分在滴定突跃范围内。27※指示剂的选择

保证测定结果有足够准确度(相对误差±0.1%内)凡变色范围全部或部分落在滴定突跃范围内的指示剂(如左图)●选择原则

●选择依据----滴定突跃范围还应考虑人视觉对颜色变化的敏感性。（a）0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定0.1000mol·L-1HCl溶液20.00mL（b）0.1000mol·L-1HCl溶液滴定0.1000mol·L-1NaOH溶液20.00mL28突跃范围与浓度的关系(1)：pH3.3～10.7(2)：pH4.3～9.7(3)：pH5.3～8.7浓度愈大,突跃范围愈大.合适的浓度:0.1～0.5mol·L-1

用（1）1.000mol·L-1（2）0.1000mol·L-1（3）0.01000mol·L-1NaOH溶液滴定相应浓度的

HCl溶液※突跃范围与酸碱浓度的关系293.2.2弱酸或弱碱的滴定

现以0.1000mol/LNaOH滴定20mL0.1000mol/LHAc为例：①滴定前HAc

按一元弱酸溶液组成pH值计算②滴定开始至③化学计量点时NaAc

按一元弱碱化学计量点前④化学计量点后NaOH+NaAc

按过量NaOH浓度HAc-NaAcNaOHHAc

（1）强碱滴定一元弱酸30●滴定曲线见左图，与强酸曲线比较的特点有:①曲线起点pH值高。②滴定过程中pH值变化速率不同于滴定强酸。④滴定突跃范围小pH=7.8~9.7（碱性区）③计量点pH=8.73选碱性区变色的指示剂酚酞、百里酚酞甲基橙、甲基红

×31●影响滴定突跃范围大小的因素:①被滴定弱酸的强度②弱酸浓度:酸浓度越大,突跃范围越大

用强碱直接准确滴定弱酸的判定依据:

Ka愈大,突跃范围愈大；

Ka愈小,突跃范围愈小。当Ka<10-7，已无明显突跃。32各点值的计算方法与强碱滴定弱酸相似。

突跃范围：pH=6.3~4.3（酸性区）计量点pH=5.28选酸性区变色的指示剂：甲基橙、甲基红、溴甲酚绿（2）强酸滴定一元弱碱以0.100