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《分析化学》课程-微教材
微课编号 微课名称 酸碱指示剂
所属模块 酸碱滴定法 子模块 酸碱指示剂
关键词 酸碱滴定 指示剂 变色原理 变色范围
是否通用 √通用 农产品 食品 是否重点建设 是 否
微课类型 讲授型 微课形式 画中画式 教学设计模式 讲授法
教学目标 1．熟悉酸碱指示剂的作用原理 2．掌握常用酸碱指示剂的配置方法及变色范围 3．了解影响酸碱指示剂变色范围的影响因素
教学内容 知识点 技能点
酸碱指示剂的变色原理 常用酸碱指示剂的变色范围 混合指示剂 4.指示剂变色影响因素
知识讲解
一、酸碱指示剂
酸碱滴定分析中，确定滴定终点的方法有仪器法与指示剂法两类。指示剂法是借助加入的酸碱指示剂在化学计量点附近的颜色的变化来确定滴定终点的。这种方法简单、方便，是确定滴定终点的基本方法。本节仅介绍酸碱指示剂法。
1．作用原理
酸碱指示剂一般是有机弱酸、弱碱或两性物质，在不同的酸度条件下具有不同的结构和颜色。例如，酚酞指示剂是有机弱酸，在水溶液中有以下解离平衡存在：
无色（酸式色，内酯式） 红色（碱式色，醌式）
在酸性溶液中，平衡向左移动，酚酞主要以内酯式结构存在，溶液呈无色；在碱性溶液中，平衡向右移动，酚酞则主要以醌式结构存在，因此溶液呈红色。
再如另一种常用的酸碱指示剂甲基橙是一种有机弱碱，在溶液中有如下解离平衡存在：
黄色（碱式色，偶氮式） 红色 （酸式色，醌式）
显然，甲基橙与酚酞相似，在不同的酸度条件下具有不同的结构及颜色。增大溶液酸度，甲基橙主要以醌式结构存在，溶液呈红色。反之，甲基橙主要以偶氮式结构存在，溶液由红色变为黄色。
由此可见，当溶液的 pH 发生变化时，由于指示剂结构的变化，颜色也随之发生变化，因而可通过酸碱指示剂颜色的变化来确定酸碱滴定的终点。
2．酸碱指示剂的变色范围
若以 HIn 表示一种弱酸型指示剂，In－ 为其共轭碱，在水溶液中存在以下平衡
HIn　 H＋　+ In－
相应的平衡常数为
或 （2–13）
称为指示剂常数。可见溶液的颜色取决于 HIn 与 In－ 的浓度比，即 [In－]/[HIn] ，而 [In－]/[HIn] 又随溶液中 [H＋] 的改变而改变。
一般来说，若 [In－]/[HIn] ≥ 10，人眼所看到的为碱式色；若 [In－]/[HIn] ≤ 1/10，则人眼所看到的是酸式色；当 1/10 ≤ [In－]/[HIn] ≤ 1 时，指示剂呈混合色，在此范围溶液对应的 pH为 －1 至 ＋1。pH=±1 就是指示剂理论变色的 pH 范围，简称指示剂理论变色范围，将 pH = 称为指示剂的理论变色点。
由此可见，不同的酸碱指示剂， 不同，它们的变色范围就不同。理论上说，指示剂的变色范围都是 2 个 pH 单位，但实验测得的指示剂变色范围并不都是 2 个 pH 单位，而是略有上下。这是由于实验测得的指示剂变色范围是人目视确定的，由于人的眼睛对不同颜色的敏感度不同，观察到的变化范围也不同。表3-2列出了一些常用的酸碱指示剂的变色范围。
表3-2 几种常用的酸碱指示剂
指示剂 变色范围 颜 色 浓度 用量
pH 酸色 碱色 滴/10 mL
百里酚蓝 1.2～2.8 红 黄 1.7 0.1％的20％乙醇溶液 1～2
甲基黄 2.9～4.0 红 黄 3.3 0.1％的90％乙醇溶液 1
甲基橙 3.1～4.4 红 黄 3.4 0.05％的水溶液 1
溴酚蓝 3.0～4.6 黄 紫 4.1 0.1％的20％乙醇或其钠盐水溶液 1
溴甲酚绿 3.8～5.4 黄 蓝 4.9 0.1％的20％乙醇或其钠盐水溶液 1
甲基红 4.4～6.2 红 黄 5.1 0.1％的60％乙醇或其钠盐水溶液 1
溴百里酚蓝 6.2～7.6 黄 蓝 7.3 0.1％的20％乙醇或其钠盐水溶液 1
中性红 6.8～8.0 红 黄橙 7.4 0.1％的60％乙醇溶液 1
酚红 6.7～8.4 黄 红 8.0 0.1％的60％乙醇或其钠盐水溶液 1
酚酞 8.0～10.0 无 红 9.1 0.1％的90％乙醇溶液 1～2
百里酚酞 9.4～10.6 无 蓝 10.0 0.1％的90％乙醇溶液 1～2
混合指示剂及指示剂变色影响因素
前面所讲到的指示剂，他们的变色范围有点宽，例如甲基橙实际变色范围3.1~4.4，变色过程中还有过渡色，不易于辨别颜色变化。
在某些酸碱滴定中，为了达到一定的准确度，需要将滴定终点限制在较小的pH范围（例如对弱酸或弱碱的滴定），这样，一般的指示剂就难以满足需要。
混合指示剂则具有变色范围窄，变色明显等优点。
混合指示剂的作用原理是利用各组分间的颜色互补来达到较小的变色范围，更准确的指示滴定终点。
混合指示剂一般分为两类，一类是指示剂和染料混合，一类是两种指示剂混合。
第一类混合指示剂，例如甲基橙和靛蓝(染料)组成的混合指示剂
甲基橙(0.1%)和靛蓝二磺酸钠(0.25%)(染料)组成的混合指示剂(1:1)，靛蓝（蓝色）在滴定过程中不变色，只作为甲基橙变色的背景，它和甲基橙的酸式色(红色)加合为紫色，和甲基橙的碱式色(黄色)加合为绿色。在滴定过程中该混合指示剂随氢离子的浓度变化而发生如下的颜色变化：
溶液的酸度 甲基橙的颜色 甲基橙+靛蓝的颜色
pH > 4.2 黄 色 绿 色
pH＝4.1 橙 色 浅灰色
pH < 4.0 红 色 紫 色
可见，单一的甲基橙作指示剂滴定终点时由黄变红或者由红变黄，中间有一过渡的橙色，不于辨别；而混合指示剂由绿到紫或者由紫到绿，不仅中间是几乎无色的浅灰色，而且绿色与紫色明显不同，所以变色非常敏锐，容易辨别。
两种指示剂组成的混合指示剂，例如溴甲酚绿和甲基红两种指示剂所组成的混合指示剂
其配制方法是：溴甲酚绿（0.1%乙醇溶液）和甲基红（0.2%乙醇溶液），把二者按3：1混合即得混合指示剂。
滴定过程中随溶液氢离子浓度变化而发生如下的颜色变化：PH大于5.2时，混合指示剂显绿色，PH小于5.0时混合指示剂显酒红色，PH等于5.1时，混合指示剂显浅灰色。
单独用溴甲酚绿作酸碱指示剂时，变色范围为4.0-5.6，单独用甲基红做酸碱指示剂时，变色范围为4.4-6.2，但是甲基红和溴甲酚绿的混合指示剂在PH=5.1时有明显的颜色变化。
影响指示剂变色范围的其它因素：
1.指示剂的用量对变色范围的影响：一是指示剂用量过多(或浓度过大)会使终点颜色变化不明显，且指示剂本身也会多消耗一些滴定剂，从而带来误差。这种影响无论是对单色指示剂还是对双色指示剂都是共同的。因此在不影响指示剂变色灵敏度的条件下，一般以用量少一点为佳。
二是当指示剂浓度增大时，单色指示剂的变色范围向酸性范围内移动。
例如单色指示剂酞,设溶液中指示剂的总浓度为 c , 碱型引起人的眼睛感应响应的最小浓度为 a ，这是一个固定的值， 那么这个最小浓度与指示剂总弄得的关系，取决于溶液中氢离子浓度，在上式中，指示剂总浓度增大，则氢离子浓度增加，从而PH下降，终点向酸性范围内移动。如100ml溶液中，酚酞2－3滴， 当pH＝9溶液变红色。而滴加10－15滴酚酞， pH＝8就出现红色
2.温度对指示剂变化范围的影响，温度的变化会引起指示剂解离常数的变化，因此指示剂的变色范围也随之变动。 例如，室温下，甲基橙的变色范因为3.1～4.4;而100℃时，则为2.5～3.7。
酸碱滴定宜在室温下进行，如必须加热，应将溶液冷却后再进行滴定。
3.盐类的存在对指示剂的影响有两个方面：
一是影响指示剂颜色的深度，这是由于盐类具有吸收不同波长光波的性质所引起的，指示剂颜色深度的改变，势必影响指示剂变色的敏锐性；
二是影响指示剂的解离常数，从而使指示剂的变色范围发生移动。
4.溶剂的影响
指示剂在不同的溶剂中,其pKa值是不同的。例如：甲基橙在水溶液中pKa＝3.4。 在甲醇中pKa＝3.8。因此指示剂在不同的溶剂中变色范围也会不同。
《分析化学》课程-微测试
一、单选题
1、 关于酸碱指示剂，下列说法错误的是（ ）。
A．指示剂本身是有机弱酸或弱碱
B．指示剂的变色范围越窄越好
C．HIn 与 In－ 的颜色差异越大越好
D．指示剂的变色范围必须全部落在滴定突跃范围之内
参考答案：D
难度：中
2. 强酸滴定弱碱，以下指示剂中不适用的是（ ）。
A. 甲基橙 B. 甲基红 C. 酚酞 D. 溴酚蓝（= 4.0）
参考答案：C
难度：高
3. 碳酸钠标定盐酸应选用下列哪种指示剂（ ）。
A. 酚酞 B. 甲基橙 C. 甲基红 D. 百里酚酞
参考答案：B
难度：高
二、多选题
1、指示剂变色的影响因素包括( )
A．滴定温度
B．溶剂
C．指示剂的用量
D．溶液中其它电解质
参考答案：ABCD
难度：中
三、判断题
1、甲基红+溴甲酚绿混合指示剂能否用来指示碳酸钠标定盐酸的终点。（ ）
参考答案：T
难度：中
酸碱指示剂变色范围都在PH=7左右。（ ）
参考答案：F
难度：低
填空题
在理论上，时，溶液的 pH=，此 pH 称为指示剂的 。参考答案：理论变色点
难度：中
2、甲基橙的 = 3.4，其理论变色范围的 pH 应为 。
参考答案：2.4-4.4
难度：中
3、指示剂的变色范围越 越好。
参考答案：窄
难度：低
五、简答题
1、 指示剂的变色原理？
答：酸碱指示剂一般是有机弱酸、弱碱或两性物质，在不同的酸度条件下具有不同的结构和颜色。溶液PH改变时，平衡移动，指示剂共轭酸碱的浓度改变，溶液颜色改变。
难度：中

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