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1、课题15 酸碱中和滴定测定酸溶液的浓度课题概述： 酸碱中和滴定是常用的测定未知酸碱浓度的一类方法。常规的酸碱中和滴定是利用指示剂的变色来判断中和滴定的终点(即等当点)，这要求操作者对于指示剂颜色变化十分敏感。本实验通过pH传感器，监测盐酸与氢氧化钠溶液中和反应过程中pH值变化，从而使得滴定终点的判断更加简单、清晰。 pH传感器通过测量pH电极和参比电极、被测溶液所组成的电池的电动势，间接测量pH电极的电位，从而得到溶液中的氢离子浓度。教学目标： 1研究酸碱中和反应过程中pH值变化情况，理解中和反应的实质。 2学会寻找中和反应的等当点，并计算未知酸溶液的浓度。器材准备： 实验药品：氢氧化钠固体、
2、未知浓度盐酸溶液(浓度为0.1mol/L左右)、pH标准缓冲溶液(pH= 6.865、pH=9.180)。 实验仪器：TI83 Plus图形计算器及CBL系统、pH传感器、电磁搅拌器、100mL锥形瓶、酸式滴定管、碱式滴定管、小烧杯、250mL容量瓶、玻璃棒、胶头滴管、蒸馏水洗瓶。 实验装置：如下图所示。 实验步骤：一实验准备 1配制标准缓冲溶液。 将购得的pH标准缓冲物质一小包溶于水，转移至250mL容量瓶中，加水稀释至刻度线，即为pH标准缓冲溶液。(对应的pH值及注意事项请参见标准物质包装袋)。 2配制0.1000mol/L标准氢氧化钠溶液。 用电子天平称取4.000g氢氧化钠固体，溶于适
3、量水中，静置冷却至室温后转移至1000mL容量瓶中，加水稀释至刻度线。 3将滴定管清洗干净，分别用标准氢氧化钠溶液和盐酸溶液润洗后，加入标准氢氧化钠溶液和待测盐酸溶液至零刻度线。二设置传感器 1将TI83 Plus图形计算器、CBL系统按图示连接。 2将pH传感器与CBL系统CH1通道相连。 3打开TI83 Plus图形计算器、CBL系统，按APPS，选择“CHEMBIO”程序，按ENTER。(见图1、2) 图1 图2 4在“MAIN MENU”菜单中选择“1：SET UP PROBES”；输入传感器数量“1”，按ENTER。(见图3) 5在“SELECT PROBE”菜单中选择“2：pH”。
4、(见图4) 图3 图4 6输入通道序号“1”；在“CALIBRATION”菜单中选择“2：PERFORM NEW”。 预热30秒后，按ENTER。(见图5、6) 图5 图6 7将装有pH值为6.865的标准缓冲溶液的烧杯放在电磁搅拌器上，并将电磁搅拌器的加热温度调至25。将干净的pH电极浸入烧杯中，当CBL系统显示屏示数稳定后，按CBL上的TRIGGER键，并在图形计算器上输入pH值“6.865”。(见图7、8) 图7 图8 8取出pH电极，用水冲洗干净，用滤纸小心吸干电极外表。 9将装有pH值为9.180的标准缓冲溶液的烧杯放在电磁搅拌器上，并将电磁搅拌器的加热温度调至25。将干净的pH电极
5、浸入烧杯中，当CBL系统显示屏示数稳定后，按TRIGGER键，并在图形计算器上输入pH值“9.180”。(见图9、10) 图9 图10 10在“CALIBRATION DONE”屏幕中显示了校正曲线的斜率INTERCEPT(K0，B)与截距SLOPE(K1，A)。记录这些数据。以后测定时，如果仍使用同一pH传感器并且环境情况相类似时，可以不用标准溶液校正，而在“CALIBRATION”菜单中选择“3：MANUAL ENTRY”，手工输入校正曲线的斜率INTERCEPT与截距SLOPE，即可实现pH电极的校正。(见图11) 图11三pH值数据采集 1用酸式滴定管向100mL锥形瓶中注入10.00
6、mL待测盐酸溶液，将锥形瓶置于电磁搅拌器上并放入搅拌子。 2将干净的pH电极浸入锥形瓶内溶液中。 3在“MAIN MENU”菜单中选择“2：COLLECT DATA”。(见图12) 4在“COLLECT DATA”菜单中选择“3：TRIGGER / PROMPT”，预热30秒后，按ENTER。(见图13) 图12 图13 5当CBL系统显示屏示数稳定后，按TRIGGER键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠溶液的总体积“0”。(见图14、15) 图14 图15 6在“DATA COLLECTION”菜单中选择“1：MORE DATA”。(见图16) 图16 7用碱式滴定管向锥形瓶中注入1.00m
7、L 0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当CBL系统显示屏示数稳定后，按TRIGGER键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积“1.00” mL。(见图17、18) 图17 图18 8重复6、7的操作步骤。每次按TRIGGER键后在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积，直至加入氢氧化钠溶液的总体积达到9.00mL。(见图19) 图19 9在“DATA COLLECTION”菜单中选择“1：MORE DATA”。(见图20) 10用碱式滴定管向锥形瓶中注入0.50mL 0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当CBL系统显示屏示数稳定后，按TRIGGER键，并在图形计算器上输
8、入加入氢氧化钠的总体积“9.50” mL。(见图21) 图20 图21 11在“DATA COLLECTION”菜单中选择“1：MORE DATA”。 12用碱式滴定管向锥形瓶中注入0.10mL 0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当CBL系统显示屏示数稳定后，按TRIGGER键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积“9.60” mL。 13重复11、12的操作步骤。每次按TRIGGER键后在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积，直至加入硫酸溶液的总体积达到10.50mL。(见图22、23) 图22 图23 14在“DATA COLLECTION”菜单中选择“1：MORE DAT
9、A”。 15用碱式滴定管向锥形瓶中注入0.50mL 0.1000mol/L氢氧化钠溶液，搅拌均匀。当CBL系统显示屏示数稳定后，按TRIGGER键，并在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积“11.00” mL。 16重复6、7的操作步骤。每次按TRIGGER键后在图形计算器上输入加入氢氧化钠的总体积，直至加入氢氧化钠溶液的总体积达到15.00mL。 17在“DATA COLLECTION”菜单中选择“2：STOP”，即完成了数据的采集。(见图24) 图24实验结果及数据处理：1在“MAIN MENU”菜单中选择“3：VIEW GRAPH”，所显示的就是中和反应过程中随着氢氧化钠加入量pH值的变
10、化曲线。(例：见图25) 图25 2按ENTER，在“MAIN MENU”菜单中选择“7：QUIT”。 3按2nd+STAT PLOTS，在“STAT PLOTS”菜单中选择“1：Plot1On”。(见图26) 4按6移动至“Type：”，将其改为xy直线图，按2nd+QUIT退出。(见图27) 图26 图27 5在主屏幕中按GRAPH，所显示的就是反应过程中随着硫酸加入量pH值的变化曲线。(例：见图28) 图28 6按ZOOM，在“ZOOM”菜单中选择“1：ZBox”(Zbox允许在当前窗口中，用矩形框选择一部分图形放大研究)。按 5、 6、 3、 4，将十字光标移至“X = 9.989，Y
11、 = 7.195”左右，按ENTER。即确定了放大框的左上角。(例：见图29、30) 图29 图30 7按 5、 6、 3、 4，将十字光标移至“X = 10.372，Y = 6.794”左右，按ENTER。即确定了放大框的右下角。(例：见图31、32) 图31 图32 8此时显示的是局部放大了的滴定曲线。按 5、 6，将十字光标移至尽量靠近“ Y = 7”的地方；按3、 4，将十字光标移至滴定曲线上，读出X的数值为10.12mL。(例：见图33、34) 图33 图34 9若十字光标不能距离“ Y = 7”足够近，则可以重复6、7、8步骤以放大滴定曲线至足够大小。 10计算稀盐酸的浓度：c(碱
12、)V(碱) = c(酸)V(酸) 0.1000 10.12 = c(酸) 10.00 c(酸) = 0.1012 mol/L 实验说明： 1为得到更准确的数据，pH电极在测量前，必须进行标定。 2标准缓冲溶液的pH值随温度的变化会有所改变，因此在标定时必须恒定溶液温度为25。 3在接近滴定等当点时，pH值的变化变得更为明显，此时每次注入氢氧化钠溶液的体积应尽量减小(实验中减为0.10 mL)，以精确记录滴定突跃的情况。 4本实验的数据处理，也可以由等当点前后的两点进行线性回归，根据回归方程以求得pH值等于7时加入氢氧化钠的体积(详见“酸碱中和滴定研究”)。具体操作过程中可以根据实际情况挑选更为
13、简便的方法。思考与拓展： 1用指示剂和用pH传感器监测中和滴定的终点，各有什么优点和缺点？ 2重复以上实验，用稀盐酸滴定氢氧化钠溶液，并计算未知盐酸溶液的浓度。实验结果与用氢氧化钠滴定盐酸所得结果相比，是否一样，为什么？ 3用酚酞试液作为指示剂进行中和滴定，并记录达到终点时消耗氢氧化钠的体积。预测两种方法(用指示剂与用pH传感器)测得的结果有何差异？进行实验验证猜想，并用理论解释之。 4本实验还有什么可以改进的地方？上海市科技教育研究所、上海市徐汇区教育学院 严岷评： 酸碱中和滴定通常是用指示剂来判断滴定终点的，这首先要求操作者对于指示剂的变色十分敏感。而一些指示剂(如甲基橙)变色并不十分明显，如果操作者稍有判断失误，就会引起较大的误差。本课题尝试用pH传感器来监测中和滴定过程中的pH值，直接寻找等当点，避免了因为对颜色判断失误而造成误差，同时也使等当点的寻找更直观。
