酸堿中和滴定(英文名:Acid-base neutralization titration)又叫做中和法,它是用已知濃度的酸(或堿)來測定未知濃度的堿(或酸)的的容量分析法。酸堿中和滴定常用phenolphthalein、甲基橙等作為指示劑,依據指示劑的顏色變化或借助電位計等儀器判斷滴定終點;強酸滴定強堿時,甲基橙由黃色到橙色而酚酞由紅色到無色;強堿滴定強酸時,甲基橙由紅色到橙色酚酞由無色到粉紅色。凡能直接或間接與酸或堿起反應的物質都可以用這種方法來測定它們的含量。
發展歷史
酸堿中和滴定是一種滴定分析法,滴定分析法是在18世紀中葉從法國誕生和發展起來的。它最初只是一種對化工原料及產品的純度進行簡易、快速測定的方法。1729年法國化學家約瑟·日夫魯瓦(Geoffroy,ClaudeJoseph)首次將酸堿中和反應應用于分析化學中;他用純碳酸鉀測定乙酸的濃度,將乙酸逐滴加到一定量的碳酸鉀溶液中,直到不再發生氣泡反應終結為止,從而測得了乙酸濃度。1750年,法國化學家文耐爾(G.F.Venel)在測定礦泉水中的堿的滴定實驗中運用了紫羅蘭浸液作為指示劑;1767年,英國化學家吉爾伯特·路易士(W.Lewis)在滴定實驗中不僅采用了指示劑,而且還提供了分析的絕對結果,但他測量滴定溶液消耗量的方法采用的則是稱重法。1824年,法國化學家約瑟夫·路易·蓋-呂薩克(J.L.Gay-Lussac)用硫酸滴定草木灰。到了19世紀,1877年,勒克(E.Lunk)首次人工合成酸堿變色指示劑——phenolphthalein,隨著人工合成指示劑的出現,酸堿中和滴定的發展達到極盛時期,其應用范圍擴大,準確度大為提高。到了19世紀50年代,又出現了帶有玻璃磨口塞和用剪式夾控制流速的滴定管,使這種方法更趨完善。
原理
酸堿中和滴定的原理是利用某些物質或有機染料在不同氫離子(H+)濃度或不同氧化型和還原型的溶液中會改變顏色的特性來確定溶液的pH,借以判斷酸堿中和反應的進程,使得滴入某一滴已知濃度的酸(或堿)時反應正好全部完成(稱為滴定終點);最后,依據反應所使用的用已知濃度的酸(或堿)的量來計算得到未知濃度的堿(或酸)濃度。
儀器
酸堿中和滴定操作需用的儀器主要有酸式和堿式滴定管、錐形瓶、滴定管夾、鐵架臺等。酸式滴定管可以盛放除堿性和對玻璃有腐蝕作用以外的溶液,堿式滴定管則可以盛放堿液。
酸堿指示劑
酸堿中和滴定中,用以指示滴定終點的試劑稱為酸堿指示劑。指示劑由一種顏色轉變為另一種顏色時溶液中PH變化的范圍稱為指示劑的變色范圍;指示劑在偏堿性環境產生的顏色為堿式色,在偏酸性環境產生的顏色稱為酸式色。各種指示劑的變色范圍各不相同,通常指示劑的變色范圍越窄越好,有利于提高滴定分析的準確度,常用的酸堿指示劑及實驗測得變色范圍見表:
滴定曲線
在酸溶液滴加到堿溶液(或堿溶液滴加到酸溶液)的過程中,溶液的pH值不斷地變化,可以用一種曲線來反映這種變化,這種曲線稱為酸堿中和滴定曲線。在某個點附近(這個點稱為等當點)加入一滴酸(或堿)時,可使溶液的pH值產生顯著的變化(稱為突躍),在滴定曲線上呈現為一個突躍范圍,根據這個突躍范圍可以確定等當點及選擇適當的指示劑來指示滴定終點。
基本操作
量取一定體積的待測液,沿內壁注入錐形瓶內,滴入2~3滴指示劑并搖勻。左手轉動活塞(或捏膠管內玻璃球)使標準液逐漸滴滴入錐形瓶,右手持錐形瓶頸部,邊滴加溶液邊搖動錐形瓶,使溶液混合均勻。眼睛注意觀察錐形瓶里指示劑顏色變化。當指示劑變色,反應恰好完成,停止滴液。1分鐘后第二次讀數(讀到0.01mL),兩次讀數差為消耗標準液的體積數。重復兩次,每次標準液從同一刻度開始,取平均值,通過計算求出未知液的濃度。
計算原理
酸堿中和滴定的計算原理是中和反應中酸提供的 H+與堿提供的OH-的物質的量相等。計算通式為:
其中n表示酸堿的元數,對一元酸堿有:中和滴定測出Vs,然后通過上式計算出 c* 的值(已知溶液稱標準溶液,未知溶液稱待測液)
誤差
酸堿中和滴定的誤差是測定結果與真實值之間的差值,誤差大小反映了測定結果的準確度,誤差愈小,表示測定結果的準確度愈高;反之,誤差愈大,準確度就愈低。誤差可分為系統誤差與偶然誤差。
系統誤差
系統誤差是由某些必然的或經常的原因造成的。其來源有方法誤差、儀器、試劑誤差及操作誤差等。系統誤差對分析結果的影響有一定的規律性,在重復測量時誤差的大小常常比較接近,并且會反復出現。可以通過校準儀器來消除儀器誤差,通過制訂正確的操作規程克服操作誤差。
偶然誤差
偶然誤差又稱不可定誤差,有時也稱為隨機誤差,是指由于某些難以控制的偶然因素引起的誤差。例如測量條件(溫度、濕度、氣壓等)的微小變化、分析儀器的微小震動等。偶然誤差在操作過程中不可避免,但通過“多次測定,取其平均值”的方法來減少偶然誤差。
應用實列
喹諾酮類抗菌藥物的含量
喹諾酮類藥物雖然含有氮,且氮原子帶有一對孤對電子可呈堿性,但由于共軛作用它們在水溶液中的堿性均較弱,不能直接進行酸堿中和滴定,但在非水介質如乙酸中,則顯示出較強的堿性,可以利用高氯酸進行酸堿中和滴定測定其含量,但通常僅用于對純度較高的原料藥的分析。
摻料混凝土孔溶液的OH-濃度
溶液的導電能力與其中離子的化學成分密切相關,摻和料可改變對混凝土孔液(混凝土結構孔隙中的溶液)的離子成分,使得混凝土物理化學性質發生變化。混凝土孔液電導率是混凝土的導電性能指標之一,而OH-對混凝土孔液電導率的影響最大。對混凝土孔液OH-濃度的測定,可在制備水泥凈漿試件后,將稀釋后的壓濾液用酸堿中和滴定測定其OH-濃度。
硫黃皂的硫含量
硫黃皂中硫元素為硫單質,檢驗硫黃皂中硫元素一般是將其轉化成化合態,測定硫黃皂的硫含量可將硫元素轉化成二氧化硫,所得樣品酸化后在氮氣流中加熱蒸餾,以過量氫氧化鈉吸收,然后將吸收液酸化并氧化為硫酸,用標準氫氧化鈉溶液滴定對其進行酸堿中和滴定即可測定。該方法屬于快速測定方法,廣泛用于各類硫黃皂樣品的檢測。
部分涉用標準
GB/T 5009. 29—1996 食品中苯甲酸、山梨酸及其鹽的測定。
GB/T 13025. 5 室內Cl-含量的測定。
GB/T 5009. 37-2003 植物油脂酸價的測定。
ISO 6618:1997 石油產品和潤滑劑 — 酸或堿值的測定 — 顏色指示滴定法。
參考資料 >
ISO 6618:1997.國際標準化組織.2023-05-14