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在氨碱法纯碱分析工作中,测定氨含量、碱液浓度等都是运用酸碱滴定法,所用到的指示剂有酚酞、甲基橙、溴甲酚绿-甲基红。标准溶液的配制是根据GB/T601《化学试剂标准滴定溶液的制备》,其中硫酸(盐酸)标准溶液标定时所用指示剂为混合指示剂溴甲酚绿-甲基红,它的变色点为pH=5.1;而生产控制分析是根据《纯碱工学》及《纯碱生产分析》进行分析的,其中的含氨溶液、碱溶液的分析都是用硫酸(盐酸)标准溶液滴定分析的,用的指示剂是甲基橙,它的变色范围是pH为3.1~4.4,标准溶液配制与生产分析中所用指示剂不一致,会产生一定的系统误差,消除这个系统误差,须统一方法。
1酸碱指示剂及选用依据
指示剂是指示化学计量点到达而能改变颜色的一种辅助试剂。酸碱指示剂一般是结构复杂的有机弱酸或弱碱,它们的酸式和其共扼碱式具有不同的颜色。在滴定过程中,溶液pH改变时,指示剂或给出质子由酸式变为其共扼碱式,或接受质子由碱式变为其工扼酸式,引起结构的改变,这就是指示剂的变色原理。
当酸式色和碱式色各占一半时,pH=pKHIn(指示剂常数),称为指示剂的理论变色点。指示剂的变色范围是指示剂开始变色至变色终了时所对应的pH范围,为pH=pKHIn±1。由于人眼对各种颜色的敏感程度不同,加以指示剂的酸式色和碱式色有互相掩盖的作用,影响观察,实测的酸碱指示剂的变色范围会有所差异,在变色范围内指示剂颜色变化最为明显的那一点称为滴定终点。
酸碱滴定中最重要的是了解滴定过程中溶液的pH值的变化规律,再根据pH变化规律选择最为适宜的指示剂确定终点。滴定到化学计量点附近,溶液pH值发生的突跃现象是有重要的实际意义,它是选择指示剂的依据。变色范围全部或一部分在滴定突跃范围内的指示剂可选用来指示滴定终点。混合指示剂是利用彼此颜色之间的互补作用,使颜色的变化更加敏锐。在酸碱滴定中,有时需要将滴定终点限制在很窄的pH范围内,这时可采用混合指示剂。
2硫酸(盐酸)标准溶液的标定方法
GB/T601《化学试剂标准滴定溶液的制备》中硫酸(盐酸)标准溶液的标定方法及选用溴甲酚绿-甲基红混合指示剂的原因。按规定称取于270~300℃高温炉中灼烧至恒重的工作基准试剂无水碳酸钠,溶于50mL蒸馏水中,加10滴溴甲酚绿-甲基红指示剂,用提前配制好的硫酸(盐酸)溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色,煮沸2min,冷却后继续滴定至溶液再呈暗红色,同时做空白试验。然后根据公式计算硫酸(盐酸)溶液的准确浓度。
在标定硫酸(盐酸)时,用的基准物是无水碳酸钠,它是多元碱,滴定至化学计量点时溶液被滴定形成的CO2所饱和,pH约在4左右,可用甲基橙作指示剂,因为它的变色范围是pH为3.1~4.4,但是它的滴定终点限制在很窄的pH范围内,再加上CO2饱和使溶液酸度增大,终点提前,为此,在滴定近终点时应剧烈摇动,促使H2CO3分解,最好将溶液煮沸2min除去CO2,使突跃变大,冷却后继续滴定至终点,若使用甲基红-溴甲酚绿混合指示剂,颜色由绿色变暗红色终点较敏锐。另外标准溶液的配制的要求精度高,要尽可能的把滴定误差(终点误差)降至最低,终点误差是由于滴定终点与化学计量点不完全吻合而引起的误差。要降低终点误差,必须是让滴定终点尽可能接近化学计量点,酸碱滴定达到化学计量点时,溶液为中性,理想的滴定终点就是达到化学计量点后尽可能少量的硫酸(盐酸)而导致指示剂颜色突变,这时的溶液pH约为5左右,正好溴甲酚绿-甲基红指示剂变色敏锐,变色点pH为5.1,所以符合指示剂选用原则。
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