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3.2 第2课时 酸碱中和滴定
【学习目标】
1.理解酸碱中和滴定的原理。
2.初步掌握中和滴定的仪器、操作,中和滴定的误差分析及其计算。
【自主预习】
一、酸碱中和滴定操作原理
1.概念
依据中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的　　　　 (或　　　　)的方法。
2.原理
在中和反应中,酸提供的H+与碱提供的OH-之间的　　　　　　相等。即c(H+)·V酸=c(OH-)·V碱,以标准盐酸滴定待测的NaOH溶液,待测的NaOH溶液的物质的量浓度为c(NaOH)=。
3.主要仪器使用
(1)仪器
　　　　(图A)、　　　　(图B)、滴定管夹、铁架台、锥形瓶。
(2)试剂:标准液、待测液、指示剂、蒸馏水。
(3)滴定管
①构造:“0”刻度线在上方,尖嘴部分无刻度。
②精确度:读数可精确到　　　　mL。
③洗涤:先用蒸馏水洗涤,再用　　　　润洗。
④排泡:酸、碱式滴定管中的液体在滴定前均要排出尖嘴中的气泡。
⑤使用注意事项
试剂性质 滴定管 原因
酸性、氧化性 滴定管 氧化性物质易腐蚀橡胶管
碱性 滴定管 碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开
二、中和滴定操作及数据处理
1.实验操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
(1)滴定前的准备
①滴定管:查漏→洗涤→润洗→装液→调液面→记录。
②锥形瓶:注碱液→记读数→加酚酞指示剂。
(2)滴定
(3)终点判断
滴入最后半滴标准液,溶液由粉红色变为无色,且在半分钟内不恢复原来的颜色,视为滴定终点并记录标准液的体积。
2.常见酸碱指示剂的变色范围
指示剂 变色范围(颜色与pH的关系)
石蕊 <5.0　　色 5.0~8.0　　色 >8.0　　　色
酚酞 <8.2　　色 8.2~10.0　　色 >10.0　　色
甲基橙 <3.1　　色 3.1~4.4　　色 >4.4　　色
三、实验数据的处理及滴定曲线
1.实验数据的处理
重复滴定操作2~3次,取消耗标准溶液体积的平均值,根据c(NaOH)=,计算出待测NaOH溶液的浓度。
2.中和滴定曲线
(1)以滴加酸(或碱)的量为横坐标,以溶液的pH为纵坐标绘出一条溶液的pH随酸(或碱)的滴加量而变化的曲线。
(2)用0.1000 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.1000 mol·L-1 HCl溶液过程中的pH变化曲线如图所示。
(3)由曲线可以看出,在酸碱中和滴定过程中,溶液的pH在接近滴定终点时有一个突变过程,在此范围内,滴加很少的酸(或碱),溶液的pH就有很大的变化,能使指示剂的颜色发生明显变化,有利于确定滴定终点。
四、中和滴定误差分析
酸碱中和滴定的误差分析关键是根据c待=进行分析,计算中V待与c标均为确定值,只有V标影响着c待的计算结果,故在误差分析时应最终归结为对V标的影响:V标增大,实验结果　　　　;V标减小,实验结果　　　　。
【参考答案】一、1.碱　酸　2.物质的量　3.(1)酸式滴定管
碱式滴定管　(3)②0.01　③待装液　⑤酸式　碱式
二、2.红　紫　蓝　无　浅红　红　红　橙　黄
四、偏高　偏低
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)滴定管、锥形瓶均应先水洗后润洗。 (　　)
(2)锥形瓶用蒸馏水洗净后要烘干。 (　　)
(3)滴定终点就是酸碱恰好中和的点,溶液为中性。 (　　)
(4)用碱式滴定管量取20.00 mL的高锰酸钾溶液。 (　　)
(5)甲基橙的变色范围为酸性,而酚酞的变色范围为碱性。 (　　)
(6)酸碱中和滴定实验一般不用石蕊作指示剂,是因为石蕊变色不明显。 (　　)
(7)滴定实验中左手控制滴定管的活塞,右手摇动锥形瓶。 (　　)
(8)当观察到锥形瓶中溶液颜色发生变化,立即停止滴定并记下滴定管液面读数。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√
(7)√　(8)×
2.强酸与强碱反应的本质是什么 据此判断在恰好反应时两者的关系。
【答案】H++OH-H2O。恰好反应时,两者满足关系n(H+)=n(OH-)或c(H+)·V[H+(aq)]=c(OH-)·V[OH-(aq)]。
3.Na2CO3溶液和KMnO4溶液应用哪种滴定管盛装 为什么
【答案】Na2CO3水解使溶液呈碱性,应用碱式滴定管盛装;KMnO4溶液具有强氧化性,易腐蚀碱式滴定管的橡胶管,应用酸式滴定管盛装。
【合作探究】
任务1：酸碱中和滴定原理和操作
情境导入　蓝天碧水成为工业化进程中人们向往的一种风景,工厂产生的废水不达标排放是造成水污染的根本因素。其中污水的酸碱度是衡量其是否达标的一项重要指标,在没有专用仪器的情况下,利用学过的化学知识你能准确确定你家乡的工厂排放的污水酸碱度是否达标吗 下面我们就来学习准确测定未知溶液酸碱性的定量实验——酸碱中和滴定。
问题生成
1.酸碱中和滴定中能用石蕊作指示剂吗
【答案】不能。因为其颜色变化不明显。
2.滴定终点应该是恰好完全中和的点,而常用指示剂没有恰好在pH=7时变色的,如何合理地选择指示剂
【答案】
中和后溶液呈
3.用标准NaOH溶液滴定醋酸时,用甲基橙作指示剂还是用酚酞作指示剂 如何判断该滴定终点
【答案】用酚酞作指示剂;当滴入最后半滴NaOH溶液,溶液由无色变成浅红色,且半分钟内溶液不褪色,说明到达滴定终点。
4.滴定终点是指示剂颜色发生突变的点,是不是一定是酸碱恰好中和的点
【答案】不一定。
【核心归纳】
1.中和滴定的实验操作
(1)滴定前的准备工作
(2)滴定(用NaOH溶液滴定盐酸):从酸式滴定管中放出一定体积的盐酸于洗净的锥形瓶中,滴加2滴酚酞溶液,用标准氢氧化钠溶液开始滴定。
左手:控制乳胶管内玻璃珠,逐滴加入标准液,先快后慢。
右手:摇动锥形瓶。
眼睛:注视锥形瓶内溶液颜色变化,到终点后,记录下读数。
2.滴定终点判断答题模板
【典型例题】
【例1】下列是有关中和滴定的实验叙述:
①取一锥形瓶,用待测NaOH溶液润洗两次;
②在锥形瓶中放入25.00 mL待测NaOH溶液;
③加入几滴石蕊溶液作指示剂;
④取一支酸式滴定管,洗涤干净;
⑤直接往酸式滴定管中注入标准酸溶液,进行滴定;
⑥左手旋转滴定管的玻璃活塞,右手不停地摇动锥形瓶;
⑦两眼注视着滴定管内盐酸液面下降,直至滴定终点。
其中错误的是(　　)。
A.④⑥⑦　　B.①⑤⑥⑦　　C.③⑤⑦　　D.①③⑤⑦
【答案】D
【解析】操作①的锥形瓶只能用水洗;操作③中不能用石蕊溶液作为中和滴定的指示剂,因为它的显色效果不明显;操作⑤中滴定管必须用标准液润洗后才能注入标准液;操作⑦中两眼应注视锥形瓶中溶液颜色的变化。
【例2】用中和滴定法测定某烧碱样品的纯度,试根据实验回答下列问题:
(1)准确称量8.2 g含有少量中性易溶杂质的样品,配成500 mL待测溶液。称量时,样品可放在　　　　(填字母)称量。
A.小烧杯中　　　B.洁净纸片上　　C.托盘上
(2)滴定时,用0.2000 mol·L-1的盐酸来滴定待测溶液,不可选用　　　　(填字母)作指示剂。
A.甲基橙 B.石蕊 C.酚酞
(3)滴定过程中,眼睛应注视　　　　　　　　　;在铁架台上垫一张白纸,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)根据下表数据,计算待测烧碱溶液的物质的量浓度是　　　　mol·L-1,烧碱样品的纯度约为　　　　(保留到小数点后两位)。
滴定 次数 待测溶液 体积/mL 标准酸溶液体积
滴定前的刻度/mL 滴定后的刻度/mL
第一次 10.00 0.40 20.50
第二次 10.00 4.10 24.00
　　【答案】(1)A　(2)B
(3)锥形瓶内溶液颜色的变化　便于观察锥形瓶内溶液颜色的变化,减小滴定误差
(4)0.4000　97.56%
【解析】(1)称量氢氧化钠等易潮解、腐蚀性强的试剂时,样品应放在小烧杯中。(2)酸碱中和滴定时,一般选甲基橙、酚酞等颜色变化较明显的指示剂,石蕊在酸或碱溶液中颜色变化不明显,易造成误差。(4)第一、二次滴定的标准酸溶液的体积的平均值为20.00 mL,根据c(NaOH)=,解得c(NaOH)=0.4000 mol·L-1,w(NaOH)=×100%≈97.56%。
特别提醒：1.石蕊一般不能用作中和滴定的指示剂,因为石蕊的颜色变化不明显,且变色范围较宽。
2.指示剂不要多加,因为指示剂本身为弱酸或弱碱。
3.指示剂的选择可依据“强酸滴弱碱用甲基橙,强碱滴弱酸用酚酞,强滴强二者皆行”。
任务2：酸碱中和滴定误差分析
【核心归纳】
1.误差分析依据(一元酸、碱的中和滴定)
中和滴定实验中,产生误差的原因主要有操作不当,读数不准等,依据原理c(标准)·V(标准)=c(待测)·V(待测),所以c(待测)=,c(标准)与V(待测)已确定,因此只要分析出不正确的操作引起V(标准)的变化,即可分析出结果。V(标准)变大,则c(待测)偏高;V(标准)变小,则c(待测)偏低。
2.常见的误差分析
以标准酸溶液滴定未知浓度的碱溶液(酚酞作指示剂)为例,常见的因操作不正确而引起的误差有:
步骤 操作 V(标准) c(待测)
洗涤 酸式滴定管未用标准酸溶液润洗 变大 偏高
碱式滴定管未用待测溶液润洗 变小 偏低
锥形瓶用待测溶液润洗 变大 偏高
锥形瓶洗净后还留有蒸馏水 不变 无影响
取液 取碱液的滴定管开始有气泡,读数时气泡消失 变小 偏低
滴定 酸式滴定管滴定前有气泡,达到滴定终点时气泡消失 变大 偏高
振荡锥形瓶时部分液体溅出 变小 偏低
部分酸液滴在锥形瓶外 变大 偏高
读数 酸式滴定管滴定前读数正确,滴定后俯视读数(或前仰后俯) 变小 偏低
酸式滴定管滴定前读数正确,滴定后仰视读数(或前俯后仰) 变大 偏高
【例3】称取一定质量的NaOH来测定未知浓度的盐酸(NaOH放在锥形瓶内,盐酸放在滴定管中)。填写下列各项操作会给实验造成的误差(A.偏高;B.偏低;C.无影响;D.无法判断)。
(1)称量NaOH固体时,未调节天平的零点。(　　)
(2)将NaOH固体放入锥形瓶中加水溶解时,加入水的体积不准确。(　　)
(3)滴定管装入盐酸前未用盐酸润洗。(　　)
(4)开始滴定时,滴定管尖端处有气泡,滴定完毕气泡排出。(　　)
(5)滴定前未将液面调至“0”刻度线或“0”以下,结束时初读数按0计算。(　　)
(6)在滴定过程中活塞处漏液。(　　)
(7)摇动锥形瓶时,因用力过猛,使少量溶液溅出。(　　)
(8)滴定前读数时仰视,滴定完毕读数时俯视。(　　)
【答案】(1)D　(2)C　(3)B　(4)B　(5)A　(6)B (7)A　(8)A
【解析】(1)称量NaOH固体时,未调节天平零点,不能确定称量结果是偏大还是偏小,故无法判断。(2)锥形瓶内是否含水或加多少水并不影响NaOH与HCl的中和反应。(3)滴定管装盐酸前未润洗相当于将待测液稀释了,导致测定结果偏低。(4)滴定前有气泡,滴定后无气泡,相当于待测液比实际用量多了,导致结果偏低。(5)读出的数据比实际值小,导致结果偏高。(6)滴定过程中漏液使待测液的体积比实际消耗量多,导致结果偏低。(7)摇动锥形瓶时,用力过猛,使少量液体溅出,致使一部分NaOH未被中和,待测液体积减小,使测定结果偏高。(8)读出的数据比实际值偏小,使结果偏高。
方法技巧：读数误差的画图理解和记忆
开始读数仰视,滴定完毕读数俯视,如图Ⅰ;开始读数俯视,滴定完毕读数仰视,如图Ⅱ。
任务3：氧化还原滴定(拓展应用)
【核心归纳】
1.滴定原理
以氧化剂(或还原剂)为滴定剂,直接滴定一些具有还原性(或氧化性)的物质。或者间接滴定一些本身并没有还原性或氧化性,但能与某些还原性或氧化性物质反应的物质。
2.滴定试剂
常见用于滴定的氧化剂:KMnO4、K2Cr2O7、I2等;常见用于滴定的还原剂:Na2S2O3、亚铁盐、草酸、维生素C等。
3.指示剂
(1)专用指示剂,如在碘量法滴定中,可用淀粉溶液作指示剂。
(2)自身指示剂,如用酸性KMnO4溶液滴定草酸时,滴定终点为溶液由无色变为浅红色。
4.实例
(1)酸性KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液
原理 2Mn+6H++5H2C2O410CO2↑+2Mn2++8H2O
指示剂 酸性KMnO4溶液本身呈紫红色,不用另外选择指示剂
终点判断 当滴入最后半滴酸性KMnO4溶液后,溶液由无色变为浅红色,且半分钟内不褪色,说明到达滴定终点
(2)Na2S2O3溶液滴定碘液
原理 2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI
指示剂 淀粉溶液
终点判断 当滴入最后半滴Na2S2O3溶液后,溶液的蓝色褪去,且半分钟内不恢复原色,说明到达滴定终点
【典型例题】
【例4】维生素C(分子式为C6H8O6,相对分子质量为176)属于外源性维生素,人体不能自身合成,必须从食物中摄取。每100 g鲜榨橙汁中含有大约37.5 mg维生素C。实验室可用碘量法测定橙汁中维生素C的含量,发生的化学反应为C6H8O6+I2C6H6O6+2HI。某学习小组欲用该方法测定某橙汁饮料中维生素C的含量,实验步骤及相关数据如下。
①标准液的稀释:移取浓度为0.008 mol·L-1的碘标准溶液20.00 mL于250 mL容量瓶中,定容,摇匀备用。
②移取10.00 mL饮料样品(密度为1.0 g·cm-3)于250 mL锥形瓶中,加入50 mL蒸馏水、2滴指示剂。
③在滴定管中装入稀释后的标准液滴定至终点,读取并记录相关数据。
④重复测定3次,数据记录如下表。
第一次 第二次 第三次
滴定前读数/mL 0.00 0.44 1.33
滴定终点读数/mL 30.03 30.42 31.32
回答下列问题:
(1)实验中盛装标准溶液应选择　　　　(填“酸式”或“碱式”)滴定管。滴定前为何要稀释标准溶液 　
　 。
(2)步骤②中加入的指示剂是　　　　,判断滴定达到终点的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)该饮料样品中维生素C的含量为　　　　　　mg/100 g。由滴定结果判断该饮料　　　　(填“是”或“不是”)天然果汁。
【答案】(1)酸式　提高精确度,减少误差
(2)淀粉溶液　当滴入最后半滴碘标准溶液后,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色
(3)33.79　不是
【解析】(1)标准碘溶液显酸性,且有较强的氧化性,则实验中盛装标准溶液应选择酸式滴定管;滴定前稀释标准溶液,可增大溶液的体积,提高精确度,减少误差。
(2)淀粉溶液遇碘显蓝色,则步骤②中加入的指示剂是淀粉溶液;滴定终点时锥形瓶中溶液所含维生素C完全反应,当滴入最后半滴碘标准溶液后,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色时,即可判断到达滴定终点。
(3)三次滴定消耗标准液的体积分别为30.03 mL、29.98 mL、29.99 mL,则平均消耗标准液的体积为30.00 mL,含有碘的物质的量为0.03 L×0.008 mol·L-1×=1.92×10-5 mol,依据关系式C6H8O6~I2,饮料样品的密度为1.0 g·cm-3,则100 mL(100 g)样品中维生素C的含量为1.92×10-5 mol×176 g·mol-1×=33.792×10-3 g≈33.79 mg,33.79 mg/100 g<37.5 mg/100 g,不是天然果汁。
【随堂检测】
课堂基础
1.用一定浓度的盐酸标准溶液滴定未知浓度的NaOH溶液,下列有关说法正确的是(　　)。
A.若选用酚酞作指示剂,滴定终点的颜色由无色变为浅红色
B.锥形瓶应用待装NaOH溶液润洗
C.碱式滴定管滴定前尖嘴有气泡,滴定后气泡消失,测得的NaOH浓度偏大
D.酸式滴定管读数时滴定前仰视,滴定后俯视,测得的NaOH浓度偏小
【答案】D
【解析】A项,用一定浓度的盐酸标准溶液滴定未知浓度的NaOH溶液,若选用酚酞作指示剂,滴定终点的颜色由浅红色变为无色,错误;B项,锥形瓶不能用待测液润洗,否则会使待测液浓度偏高,错误;C项,碱式滴定管滴定前尖嘴有气泡,滴定后气泡消失,会使所取待测液偏少,标准液体积用得偏少,测得的NaOH浓度偏小,错误;D项,酸式滴定管读数时滴定前仰视,滴定后俯视,使标准液体积读数偏小,测得的NaOH浓度偏小,正确。
2.某课外兴趣小组欲测定某NaOH溶液的浓度,其操作步骤如下:
①从碱式滴定管中放出20.00 mL待测溶液到锥形瓶中。
②将酸式滴定管用蒸馏水洗净,再用标准酸液润洗2~3次后,向其中注入0.1000 mol·L-1标准盐酸,调节滴定管的尖嘴部分充满溶液,并使液面处于“0”刻度以下的位置,记下读数。
③向锥形瓶中滴入酚酞作指示剂,进行滴定。滴定至指示剂刚好变色,且半分钟内颜色不再改变为止,测得消耗盐酸的体积为V1 mL。
④重复以上过程,但在滴定过程中向锥形瓶中加入5 mL的蒸馏水,测得所耗盐酸的体积为V2 mL。
试回答下列问题:
(1)锥形瓶中的溶液从　　　　色变为　　　　色时,停止滴定。
(2)下图是某次滴定时滴定管中的液面,其读数为　　　　mL。
(3)根据下列数据:
滴定次数 待测液体积/mL 标准盐酸体积/mL
滴定前读数/mL 滴定后读数/mL
第一次 20.00 0.50 25.40
第二次 20.00 4.00 29.10
待测烧碱溶液的浓度为　　　　mol·L-1。
【答案】(1)红　无
(2)22.60
(3)0.1250
【解析】(1)锥形瓶中的溶液从红色变为无色时,表明到达滴定终点。(2)滴定管读数时要使视线和凹液面的最低点相切,因此读数为22.60 mL。(3)V[HCl(aq)]==25.00 mL,根据c(NaOH)·V[NaOH(aq)]=c(HCl)·V[HCl(aq)]得,c(NaOH)=0.1250 mol·L-1。
对接高考
3.(2019年上海卷,13改编)用标准盐酸滴定未知浓度的氢氧化钠溶液,用甲基橙作指示剂,下列说法正确的是(　　)。
A.可以用石蕊代替指示剂
B.滴定前用待测液润洗锥形瓶
C.若氢氧化钠吸收少量CO2,不影响滴定结果
D.当锥形瓶内溶液由橙色变为红色,且半分钟内不恢复原色,即达到滴定终点
【答案】C
【解析】石蕊的颜色变化不明显,且变色范围较宽,一般不作酸碱中和滴定的指示剂,A项错误;滴定前用待测液润洗锥形瓶,滴定结果偏大,B项错误;如果氢氧化钠吸收少量二氧化碳,发生反应CO2+2NaOHNa2CO3+H2O,再滴入盐酸,盐酸先和剩余的氢氧根离子反应,H++OH- H2O,再与碳酸钠反应,C+2H+H2O+CO2↑,可以发现存在关系2OH-~C~2H+,因此消耗盐酸的物质的量始终等于氢氧化钠的物质的量,因此氢氧化钠吸收少量二氧化碳,不影响测定结果,C项正确;该实验滴定终点为锥形瓶内溶液颜色由黄色变为橙色,且半分钟内不恢复原色,如果变为红色说明盐酸已经过量,D项错误。
4.(2022·浙江1月选考,23)某同学在两个相同的特制容器中分别加入20 mL 0.4 mol·L-1Na2CO3溶液和40 mL 0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液,再分别用0.4 mol·L-1盐酸滴定,利用pH计和压力传感器检测,得到如图曲线:
下列说法正确的是(　　)。
A.图中甲、丁线表示向NaHCO3溶液中滴加盐酸,乙、丙线表示向Na2CO3溶液中滴加盐酸
B.当滴加盐酸的体积为V1 mL时(a点、b点),所发生的反应用离子方程式表示为HC+H+CO2↑+H2O
C.根据pH-V(HCl)图,滴定分析时,c点可用酚酞、d点可用甲基橙作指示剂指示滴定终点
D.Na2CO3和NaHCO3溶液中均满足:c(H2CO3)-c(C)=c(OH-)-c(H+)
【答案】C
【解析】A项,碳酸钠的水解程度大于碳酸氢钠,故碳酸钠的碱性强于碳酸氢钠,碳酸钠与盐酸反应先生成碳酸氢钠,再产生二氧化碳气体,故图中甲、丁线表示向Na2CO3溶液中滴加盐酸,乙、丙线表示向NaHCO3溶液中滴加盐酸,错误;B项,当滴加盐酸的体积为V1 mL时(a点、b点),所发生的反应为碳酸根离子与氢离子结合生成碳酸氢根离子,离子方程式表示为C+H+HC,错误;C项,根据pH-V(HCl)图,滴定分析时,c点的pH在9左右,符合酚酞的变色范围,故可用酚酞作指示剂,d点的pH在4左右,符合甲基橙的变色范围,故可用甲基橙作指示剂指示滴定终点,正确;D项,根据电荷守恒和元素质量守恒,则Na2CO3中存在c(OH-)-c(H+)=2c(H2CO3)+c(HC), NaHCO3溶液中满足c(H2CO3)-c(C)=c(OH-)-c(H+),错误。
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