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酸碱指示剂

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 | style="background: #66CCFFFF2400" align= center| '''<big>酸碱指示剂</big>'''|-|<center><img src=https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fbkimg.cdn.bcebos.com%2Fpic%2Fd058ccbf6c81800a59a6e004be3533fa828b477c&refer=http%3A%2F%2Fbkimg.cdn.bcebos.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=auto?sec=1653603124&t=ca06e002f110029f58ec937396b26351 width="300"></center><small>[https://image.baidu.com/search/detail?ct=503316480&z=0&ipn=d&word=%E9%85%B8%E7%A2%B1%E6%8C%87%E7%A4%BA%E5%89%82&step_word=&hs=0&pn=5&spn=0&di=7077213605308923905&pi=0&rn=1&tn=baiduimagedetail&is=0%2C0&istype=0&ie=utf-8&oe=utf-8&in=&cl=2&lm=-1&st=undefined&cs=512319880%2C949412933&os=3646949595%2C3455256745&simid=3370357975%2C569175160&adpicid=0&lpn=0&ln=1383&fr=&fmq=1651011134128_R&fm=&ic=undefined&s=undefined&hd=undefined&latest=undefined&copyright=undefined&se=&sme=&tab=0&width=undefined&height=undefined&face=undefined&ist=&jit=&cg=&bdtype=0&oriquery=&objurl=https%3A%2F%2Fgimg2.baidu.com%2Fimage_search%2Fsrc%3Dhttp%3A%2F%2Fbkimg.cdn.bcebos.com%2Fpic%2Fd058ccbf6c81800a59a6e004be3533fa828b477c%26refer%3Dhttp%3A%2F%2Fbkimg.cdn.bcebos.com%26app%3D2002%26size%3Df9999%2C10000%26q%3Da80%26n%3D0%26g%3D0n%26fmt%3Dauto%3Fsec%3D1653603124%26t%3Dca06e002f110029f58ec937396b26351&fromurl=ippr_z2C%24qAzdH3FAzdH3Fkwthj_z%26e3Bkwt17_z%26e3Bv54AzdH3Ftpj4AzdH3F%25El%25bc%25Bb%25E0%25Ad%25B8%25Em%25bC%25b0%25E0%25A9%25BA%25Ec%25bl%25bdAzdH3F990lbb0&gsm=6&rpstart=0&rpnum=0&islist=&querylist=&nojc=undefined&dyTabStr=MCwzLDEsMiw1LDQsNiw3LDgsOQ%3D%3D 来自 呢图网 的图片]</small>|-| style="background: #FF2400" align= center| '''<big></big> '''
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|[[File:align= light| 缩略图|居中|[ 原图链接]]]
|-中文名;酸碱指示剂
| style="background: #66CCFF" align= center|含义;用于酸碱滴定的指示剂
|- | align= light|发现者;罗伯特·波义耳
分类;硝基酚类、酚酞类
|}
用于酸碱滴定的指示剂,称为'''酸碱指示剂'''。是一类结构较复杂的有机弱酸或有机弱碱,它们在溶液中能部分电离成指示剂的离子和 [[ 氢离子 ]] (或氢氧根离子),并且由于结构上的变化,它们的分子和离子具有不同的颜色,因而在pH不同的 [[ 溶液 ]] 中呈现不同的颜色。<ref>[ https://wenku.so.com/d/58efc0d1d862ac592358a12b42a6600d 常见的酸碱指示剂 ], 360搜索 , 2018-07-22</ref>
==简介==
酸碱指示剂指的是用于酸碱滴定的 [[ 指示剂 ]] ,英文名称:acid-base indicator。
酸碱指示剂一般是有机弱酸或弱碱,它们的共轭酸碱对具有不同结构而呈现不同颜色。当溶液的pH改变时,指示剂得到质子,由碱式转变为共轭酸式,或失去质子,由酸式转变为共轭碱式,由于其结构的转变而发生颜色的变化。
==发现经过==
酸碱指示剂是检验溶液酸碱性的常用 [[ 化学 ]] 试剂,像科学上的许多其它发现一样,酸碱指示剂的发现是化学家善于观察、勤于思考。勇于探索的结果。
300多年前,英国年轻的科学家罗伯特·波义耳在化学实验中偶然捕捉到一种奇特的实验现象,有一天清晨,波义耳正准备到实验室去做实验,一位花木工为他送来一篮非常鲜美的紫罗兰,喜爱鲜花的波义耳随手取下一块带进了实验室,把 [[ 鲜花 ]] 放在实验桌上开始了实验。当他从大瓶里倾倒出盐酸时,一股刺鼻的气体从瓶口涌出,倒出的淡黄色液体冒着白雾,还有少许酸沫飞溅到鲜花上。他想“真可惜,盐酸弄到鲜花上了”。为洗掉花上的酸沫,他把花用水冲了一下,一会儿发现紫罗兰颜色变红了,当时波义耳感到既新奇又兴奋,他认为,可能是盐酸使 [[ 紫罗兰 ]] 颜色变红色,为进一步验证这一现象,他立即返回住所,把那篮鲜花全部拿到实验室,取了当时已知的几种酸的稀溶液,把紫罗兰花瓣分别放入这些稀酸中,结果现象完全相同,紫罗兰都变为红色。由此他推断,不仅盐酸,而且其它各种酸都能使紫罗兰变为红色。他想,这太重要了,以后只要把紫罗兰花瓣放进溶液,看它是不是变红色,就可判别这种溶液是不是酸。偶然的发现,激发了科学家的探求欲望,后来,他又弄来其它花瓣做试验,并制成花瓣的水或 [[ 酒精 ]] 的浸液,用它来检验是不是酸,同时用它来检验一些碱溶液,也产生了一些变色现象。
他还采集了药草、牵牛花,苔藓、月季花、树皮和各种 [[ 植物 ]] 的根……泡出了多种颜色的不同浸液,有些浸液遇酸变色,有些浸液遇碱变色,不过有趣的是,他从石蕊苔藓中提取的紫色浸液,酸能使它变红色,碱能使它变蓝色,这就是最早的石蕊试液,波义耳把它称作指示剂。为使用方便,波义耳用一些浸液把纸浸透、烘干制成纸片,使用时只要将小纸片放入被检测的溶液,纸片上就会发生颜色变化,从而显示出溶液是酸性还是碱性。今天,我们使用的石蕊、 [[ 酚酞 ]] 试纸、pH试纸,就是根据波义耳的发现原理研制而成的。
后来,随着科学技术的进步和发展,许多其它的指示剂也相继被另一些科学家所发现。
常用的酸碱指示剂主要有以下四类:
1、 硝基酚类 这是一类酸性显著的指示剂,如对- [[ 硝基酚 ]] 等。
2、 酚酞类 有酚酞、百里酚酞和α-萘酚酞等,它们都是有机弱酸。
3、磺代酚酞类 有酚红、甲酚红、溴酚蓝、百里酚蓝等,它们都是有机弱酸。
4、偶氮化合物类 有甲基橙、中性红等,它们都是两性 [[ 指示剂 ]] ,既可作酸式离解,也可作碱式离解。
==用量要求==
碱指示剂应该选用甲基橙作指示剂。
1.双色指示剂的变色范围不受其用量的影响,但因指示剂本身就是酸或碱,指示剂的变色要消耗一定的 [[ 滴定剂 ]] ,从而增大测定的误差。对于单色指示剂而言,用量过多,会使用变色范围向pH值减小的方向发生移动,也会增大滴定的误差。例如:用0.1mol/L NaOH滴定0.1mol/L HAc,pH≈8.5,突跃范围为pH8.70~9.00,滴定体积若为50ml,滴入2~3滴酚酞,大约在pH≈9时出现红色;若滴入10~15滴酚酞,则在pH≈8时出现红色。显然后者的滴定误差要大得多。
指示剂用量过多,还会影响变色的敏锐性。例如:以甲基橙为指示剂,用HCl滴定NaOH [[ 溶液 ]] ,终点为橙色,若甲基橙用量过多则终点敏锐性就较差。
2.温度和溶剂
温度的变化会引起指示剂电离常数和水的质子自递常数发生变化,因而指示剂的变色范围亦随之改变,对碱性指示剂的影响较酸性指示剂更为明显。不同的溶剂具有不同的介电常数和酸碱性,因而也会影响指示剂的电离常数和变色 [[ 范围 ]]
3.指示剂的选择
==变色原理==
酸碱指示剂既然都是一些有机弱酸或有机弱碱,那么在不同的酸碱性 [[ 溶液 ]] 中,它们的电离程度就不同,于是会显示不同的颜色。pH试纸则是由多种指示剂混合液制成的,通常情况下pH试纸就显金黄色,pH≈5,可见在制作时,已将指示剂混合液调至弱酸性,并不是中性,这是为了减弱空气中CO2对测定的影响。此外,中和反应时,使用酸碱指示剂只能用2~3滴,也是因为酸碱指示剂都是有机酸或有机碱,用多了会增大误差的。
石蕊和酚酞都是酸碱指示剂,它们是一种弱的有机酸。在溶液里,随着溶液酸碱性的变化,指示剂的分子结构发生变化而显示出不同的 [[ 颜色 ]]
石蕊(主要成分用HL表示)在水溶液里能发生如下电离: HL←→H++L-(H+ 红色, L-蓝色)
在酸性溶液里,红色的分子是存在的主要形式,溶液显红色;在碱性溶液里,上述电离平衡向右移动,蓝色的离子是存在的主要形式,溶液显 [[ 蓝色 ]] ;在中性溶液里,红色的分子和蓝色的酸根离子同时存在,所以溶液显紫色。
石蕊能溶于水,且能溶于酒精,变色范围是pH 5.0~8.0
酚酞是一种有机弱酸,它在酸性溶液中,浓度较高时,形成无色分子。但随着溶液中H+浓度的减小,OH-浓度的增大,酚酞结构发生改变,并进一步电离成 [[ 红色 ]] 离子这个转变过程是一个可逆过程,如果溶液中H+浓度增加,上述平衡向反方向移动,酚酞又变成了无色分子。因此,酚酞在酸性溶液里呈无色,当溶液中H+浓度降低,浓度升高时呈红色。酚酞的变色范围是pH 8.0~10.0。
酚酞的醌式或醌式酸盐,在碱性介质中是很不稳定的,它会慢慢地转化成无色的羧酸盐式因此做 [[ 氢氧化钠 ]] 溶液使酚酞显色实验时,要用氢氧化钠稀溶液,而不能用浓溶液。
==影响因素==
在实际中,影响酸碱指示剂变色范围的因素主要有两方面:一种是影响指示剂常数KHln的因素,包括温度、溶剂、溶液的离子强度等,其中温度的影响较大。另一种是影响变色范围宽度的因素,如指示剂用量、滴定程序等,现具体讨论如下。
1.温度温度改变时,指示剂常数KHln及水的离子积KW均有改变,因此 [[ 指示剂 ]] 的变色范围也随之发生改变。例如,18℃时,甲基橙的变色范围为3.1~4.4,而100℃时,变为2.5~3.7。因此,滴定宜在室温下进行。如必须加热,应该将溶液冷却后再进行滴定。
2.溶剂 指示剂在不同溶剂中其pKHln值是不同的,因此在不同溶剂中的变色范围不同。例如,甲基橙在水溶液中pKHln=3.4,在甲醇中pKHln=3.8。
3.中性电解质溶液中性电解质的存在增加了溶液的离子强度,使指示剂常数改变,影响到指示剂的变色范围。此外,某些电解质还具有吸收不同波长光波的性质,会引起指示剂颜色深度、色调及变色灵敏度的改变。所以在滴定溶液中不宜有大量盐类存在。
4.指示剂用量指示剂的用量(浓度)是一个重要因素。对于单色指示剂(如 [[ 酚酞 ]] 、百里酚酞),指示剂的用量对变色范围有较大影响。从指示剂变色的平衡关系看出:
HIn←→H++In-
KHln/[H+]=[In-]/[Hln]=a/(a-c)
式中,KHln是定值,如果c增大了,则[H+]会相应增大,酚酞指示剂将在较 低pH 低[[pH ]] 变色。例如,在50~100ml溶液中加入2~3滴0.1%酚酞,在pH≈9时出现为红色;而在同样条件下,如加入15~20滴酚酞,在pH≈8时就会出现为红色。因此.对单色指示剂须严格控制指示剂用量。
对于双色指示剂,指示剂用量多少不会影响变色范围。但溶液中指示剂的浓度大时可能致使终点时颜色变化不敏锐。另外指示剂本身也要消耗 [[ 滴定剂 ]] .使滴定误差增大。因此,指示剂用量一般少一些为宜,只要达到变色灵敏度,用量越少越好。
5.滴定程序溶液由浅色滴定到深色时,便于观察终点颜色的变化。所以滴定程序宜是当指示剂颜色由酸式或碱式色变为混合色时,溶液颜色由浅色变化到深色。例如,用酚酞作指示剂,滴定程序一般为用碱滴定酸,终点由无色变为粉 [[ 红色 ]] ,容易辨别。而用甲基橙作指示剂,一般用酸滴定碱,终点由黄色变为橙色,易于辨认。
==常用示剂==
各种不同的酸碱指示剂,具有不同的变色范围,有的在酸性溶液中变色,如 [[ 甲基橙 ]] 、甲基红等;有的在中性附近变色,如中性红、苯酚红等;有的则在碱性溶液中变色,如酚酞、百里酚酞等。几种常用酸碱指示剂及其变色范围列于下表。
==自制方法==
有许多植物色素在不同pH值的溶液里会呈现出不同的颜色。因此,每个 [[ 地方 ]] 都可以就地取材,自制一些酸碱指示剂。下面介绍一些自制的方法:
1.从红萝卜皮中提取酸碱指示剂:刮下红萝卜的红皮后,用95%的酒精浸泡一天左右,过滤取出它的滤液即酸碱指示剂。按检验的需要制作pH1~14的标准液若干个,每个标准液取10ml分置于试管中,再分别加入红萝卜皮浸泡液10滴,塞紧作为比色样品。在某待测溶液中加入红萝卜浸泡液,颜色发生变化后再与比色样品比较,就能确定待测溶液pH值的大致范围。
2. 从紫草中提取酸碱指示剂:取紫草5g,用50%的酒精浸泡一天可得到紫草素的 [[ 紫色 ]] 的酒精溶液即酸碱指示剂。其遇到酸碱的变色与石蕊试液相同。
3. 从紫色卷心菜中提取酸碱指示剂:取约250g紫色 [[ 卷心菜 ]] ,洗净切碎置于不锈钢锅中加水煮沸10分钟,然后过滤冷却置于容器中即可用作酸碱指示剂。其用法可参照上述操作1的方法。
4. 从米苋菜中提取酸碱指示剂:其操作方法同操作3。
5.用咖喱粉制酸碱指示剂:取一药匙咖喱粉,用50%的调成糊状,涂在一块白布的两面上,放置一段时间后用水冲去多余的 [[ 咖喱 ]] 粉,白布被染成黄色,这就制成一块可以多次反复使用的酸碱指示布。它遇碱性溶液时呈红色,遇酸性溶液时呈黄褐色。每次用完后,用水把布上的酸性或碱性 [[ 物质 ]] 漂洗干净,指示布又恢复原来的黄色。可以供下次继续使用。
还有很多植物的色素如月季花、 [[ 菊花 ]] [[ 牵牛花 ]] 等的浸出液都可以制成不同的酸碱指示剂。
== 参考来源 ==
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<center>什么是酸碱指示剂?</center>
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== 参考资料 ==
{{reflist}} [[Category: 340 化學總論]]
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