酸碱标准溶液浓度的标定

实验3　酸碱标准溶液浓度的标定

实验目的

(1)学习酸碱标准溶液浓度的标定方法;

(2)进一步熟悉称量技术和巩固滴定操作。

实验原理

酸碱标准溶液是采用间接法配制的，其准确浓度必须依靠基准物进行标定。只要标定出酸碱溶液中任何一种的浓度，即可根据体积比V_HCl/V_NaOH计算出另一种溶液的浓度。

1．酸标准溶液浓度的标定

无水碳酸钠和硼砂等常用作标定酸的基准物质。用无水碳酸钠标定时，先于180℃干燥2～3h，然后置于干燥器内冷却备用。标定反应如下:

当反应达到化学计量点时，溶液的pH值为3.9，可用甲基橙作指示剂。用硼砂(Na₂B₄O₇·H₂O)标定酸时，其反应如下:

化学计量点时反应产物为H₃BO₃(K_a1=5.8×10^－10)和NaCl，溶液的pH值为5.1，可用甲基红作指示剂。

硼砂的制作方法为:在水中重结晶(结晶析出温度在50℃以下)，析出的晶体于室温下曝露在60%～70%相对湿度的空气中，干燥24h，即可获得符合要求的硼砂。干燥的硼砂结晶须保存在密闭的瓶中，以防失水。

2．碱标准溶液浓度的标定

标定碱溶液时，常用邻苯二甲酸氢钾和草酸作基准物质进行标定。

邻苯二甲酸氢钾(KHC₈H₄O₄)易得到纯品，在空气中不吸水，容易保存;它与NaOH起反应时物质的量之比为1∶1，其摩尔质量较大，因此是标定碱标准溶液较好的基准物质。标定反应如下:

若NaOH的浓度为0.1mol·L^－1，化学计量点时溶液呈微碱性(pH值约为9.1)，可用酚酞作指示剂。

邻苯二甲酸氢钾通常于100～125℃温度下干燥2h后备用。干燥温度不宜过高，否则会引起脱水而成为邻苯二甲酸酐。

草酸(H₂C₂O₄·2H₂O)相当稳定，相对湿度在5%～95%时不会风化失水。标定反应为:

化学计量点时溶液略偏碱性(pH值约为8.4)，pH值突跃范围为7.7～10.0，可选用酚酞作指示剂。

配制H₂C₂O₄溶液时，水中不应含有CO₂。光和催化作用(尤其是二价锰)能加速空气对溶液中H₂C₂O₄的氧化作用。草酸也会自动分解为CO₂和CO。因此应该妥善保存H₂C₂O₄溶液(放置暗处)。

仪器与药品

仪器:分析天平、酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶、量筒。

药品:0.1mol·L^－1HCl标准溶液、0.1mol·L^－1NaOH标准溶液、无水Na₂CO₃(基准物质)、邻苯二甲酸氢钾(基准物质)、0.1%甲基橙指示剂、0.1%酚酞指示剂。

实验步骤

以下标定实验，可根据后面要分析的试样，选择其中的一种。

1．HCl标准溶液的标定

在分析天平上用差减法准确称取0.11～0.17g无水Na₂CO₃3份(其质量按消耗20～30mL0.1mol·L^－1HCl计)，分别置于已标好号的3只250mL锥形瓶中，各加水50mL，溶解后各加入一滴甲基橙，分别用欲标定的HCl溶液滴定。边滴边摇，近终点时应逐滴或半滴加入，直至滴加半滴或一滴HCl，恰使溶液由黄色转变为橙色即为终点^①。记下滴定管读数。用同样方法滴定另外两份Na₂CO₃。

根据Na₂CO₃的质量和所消耗的HCl溶液的体积计算出HCl标准溶液的浓度，求出3份标定结果的相对平均偏差应小于0.3%。

数据记录

2．NaOH标准溶液的标定

在分析天平上用差减法准确称取0.4～0.6g邻苯二甲酸氢钾3份(其质量按消耗20～30mL0.1mol·L^－1NaOH计)，分别置于已标好号的3只250mL锥形瓶中，各加50mL水，温热使之溶解。冷却后在其中一只锥形瓶中加两滴酚酞指示剂，用欲标定的NaOH溶液滴定，边滴定边摇动锥形瓶，直到溶液由无色变为微红色，并在30s内不褪色即为终点^②，记下滴定管读数。用同样的方法滴定另外两份。

根据邻苯二甲酸氢钾的质量和所消耗NaOH的体积计算NaOH的浓度。要求各次标定的结果与平均值的相对偏差不得大于0.3%，否则应重做。数据记录格式参阅HCl溶液的标定过程自己设计。

注释

①用无水Na₂CO₃标定HCl时，反应本身由于产生H₂CO₃，会使滴定突跃不明显，致使指示剂颜色变化不够敏锐，因此，在接近滴定终点之前，最好把溶液加热至沸，并摇动以赶走CO₂，冷却后再滴定。

②标定NaOH溶液时，以酚酞为指示剂，终点为粉红色，半分钟不褪。如果经较长时间，粉红色慢慢褪去，是溶液吸收了空气中的CO₂生成H₂CO₃所致。

思考题

(1)如何计算称取基准物Na₂CO₃或邻苯二甲酸氢钾的质量范围?称得太多或太少对标定有何影响?

(2)作为标定的基准物质应该具备哪些条件?

(3)溶解样品时所加水的体积是否需要准确量取?为什么?

(4)用Na₂CO₃作基准物标定HCl时，为什么用甲基橙作指示剂?能用酚酞吗?为什么?

(5)用邻苯二甲酸氢钾标定NaOH时，为什么用酚酞而不用甲基橙作指示剂?

(6)无水Na₂CO₃如果保存不当会吸有少量水分，对标定HCl溶液的浓度有何影响?写出HCl标准溶液浓度的计算公式。