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实验一 酸碱标准溶液的配制和标定

实验目的
1. 掌握标准溶液的配制方法。
2. 掌握滴定法定量测定溶液浓度的原理，熟悉滴定管、移液管的准备、使用及滴定操作。
3. 熟悉甲基橙和酚酞指示剂的使用和终点的拟定。

实验原理
酸碱滴定法是化学定量分析中最基本的分析方法。一般能与酸或碱直接（或间接）发生酸碱反映的物质大多可用酸碱滴定法测定他们的浓度。
按酸碱反映方程式中的化学计量系数之比，酸与碱完全中和时的pH值称为化学计量点，达成化学计量点时，应满足如下基本关系：

式中，、、分别为酸的“物质的量”浓度、体积、化学计量系数；、、分别为碱的“物质的量”浓度、体积、化学计量系数。其中，酸、碱的化学计量系数由酸碱反映方程式决定。
由于酸、碱的强弱限度不同，因此酸碱滴定的化学计量点不一定在pH=7处。通常，酸碱溶液为无色，酸碱中和是否完全，需用指示剂的变色来判断。指示剂往往是一些有机的弱酸或弱碱，它们在不同pH值条件下颜色不同。用作指示剂时，其变色点（在化学计量点附近）的pH值称为滴定终点。选用指示剂要注意：①变色点与化学计量点尽量一致；②颜色变化明显；③指示剂用量适当。
酸碱滴定中常用HCl和NaOH溶液作为标准溶液，但由于浓HCl容易挥发，NaOH固体容易吸取空气中的H2O和CO2，直接配成的溶液其浓度不能达成标准溶液的精度，只能用标定法加以标定。基准物质H2C2O4的分子式拟定，化学性质稳定，不易脱水或吸水，可以准确称量，所以，本实验采用（H2C2O4·2H2O，摩尔质量为126.07g·mol-1） 为基准物质，配成H2C2O4标准溶液。以酚酞为指示剂，用H2C2O4标准溶液标定NaOH溶液；再以甲基橙为指示剂，用标定后的NaOH标准溶液滴定HCl溶液，从而得到HCl标准溶液。

仪器与试剂
电子天平，酸式滴定管（50 mL），碱式滴定管（50 mL），容量瓶（250 mL），移液管（25 mL），吸耳球，锥形瓶（250 mL），试剂瓶，量筒，洗瓶，滴定台，蝴蝶夹，烧杯，玻棒，滴瓶，滴管。
H2C2O4标准溶液（约0.05 mol·L-1，学生通过直接法[1]自行配制），HCl溶液（0.1 mol·L-1），NaOH溶液（0.1 mol·L-1），酚酞（1%），甲基橙（0.1%）。

实验内容
1. 准备
用自来水冲洗酸式滴定管、碱式滴定管、容量瓶、移液管，再用去离子水洗涤2~3次，备用。用去污粉洗涤锥形瓶、量筒、烧杯，依次用自来水，去离子水洗净。
2. 0.1 mol·L-1 HCl溶液和0.1 mol·L-1 NaOH溶液的配制（实验室备好）
HCl溶液的配制：用洁净的量筒量取浓盐酸4~4.5 mL，倒入洁净的试剂瓶中，用水稀释至500 mL，盖上玻璃塞，摇匀，贴上标签备用。
NaOH溶液的配制：通过计算求出配制1 L NaOH溶液所需固体NaOH数量，在电子天平上用小烧杯称氢氧化钠，加水溶解，然后将溶液倾入洁净的试剂瓶中，用水稀释至1 L，以橡皮塞塞紧，摇匀，贴上标签备用。
3. NaOH标准溶液的浓度标定
先以少量H2C2O4标准溶液润洗25 mL移液管2~3次，用该移液管吸取25.00 mL H2C2O4标准溶液于250 mL锥形瓶中，加入2~3滴酚酞指示剂[2]。碱式滴定管用少量待标定的NaOH溶液润洗2~3次后，装满NaOH溶液，赶走碱式滴定管的乳胶管内的气泡，使NaOH液面处在零刻度或略低于零刻度的位置，记下准确读数。开始滴定，滴液的起始速度以3-4滴 / s，边滴边摇，至溶液呈浅红色，但经振摇后消失，滴液速度必须放慢，应一滴一滴地加入NaOH溶液。当溶液呈浅红色，并在振摇30 s后不消失时，即为滴定终点。记下读数。
再平行标定2次。实验数据记录于实验表1-1中。
计算3次滴定所消耗的NaOH体积的平均值，并计算NaOH标准溶液的浓度[3]。
表1-1 NaOH标准溶液的浓度标定
H2C2O4标准溶液的浓度 / mol·L-1

平行滴定次数
1
2
3
H2C2O4标准溶液的体积 / mL
25.00
25.00
25.00
NaOH溶液的初读数 / mL

NaOH溶液的终读数 / mL

NaOH溶液的用量 / mL

NaOH标准溶液的浓度 / mol·L-1
测定值

平均值

4. HCl标准溶液的浓度标定
用碱式滴定管准确放取20.00 mL NaOH标准溶液于250 mL锥形瓶内，加2~3滴甲基橙指示剂溶液[4]。以少量HCl溶液润洗酸式滴定管2~3次，酸式滴定管内装满HCl溶液，并赶走气泡，使HCl液面处在零刻度或略低于零刻度的位置，记下准确读数。开始滴定，滴液的起始速度以3~4滴 / s，边滴边摇，至溶液呈橙色，但经振摇后消失，滴液速度必须放慢，应一滴一滴地加入HCl溶液。当溶液呈橙红色，即为滴定终点。记下读数。
再平行标定2次。实验数据记录于表1-2中。
计算3次滴定所消耗的HCl体积的平均值，并计算HCl标准溶液的浓度。
表1-2 HCl标准溶液的浓度标定
NaOH标准溶液的浓度 / mol·L-1

平行滴定次数
1
2
3
NaOH标准溶液的体积 / mL
20.00
20.00
20.00
HCl溶液的初读数 / mL

HCl溶液的终读数 / mL

HCl溶液的用量 / mL

HCl标准溶液的浓度 / mol·L-1
测定值

平均值

注释
[1] 标准溶液的浓度可由直接法和标定法获得。
1）基准溶液的配制
（1）容量瓶的使用
容量瓶常与移液管联用，重要用于配制基准溶液或定量稀释浓的标准溶液，带有专用的磨口玻璃塞或塑料塞，颈上有一标线，瓶身标有容积，有多种规格，其具体操作规程如下：
①使用前，应检查瓶塞是否漏水。为避免打破或丢失瓶塞，应当用一根线绳或橡皮筋把塞子系到瓶颈上。使用容量瓶配制溶液参见下面的“基准溶液配制”。
②在容量瓶中不宜久贮标准溶液，特别是碱性溶液，应转移到试剂瓶中保存。
③若固体是通过加热溶解的，溶液必须先冷却，再转移到容量瓶中。
④容量瓶长期不用时，洗净后，瓶口与瓶塞间应垫上纸片，以防粘结。

（2）移液枪
当使用容量瓶稀释标准溶液时，可用移液管或吸量管吸取一定体积的标准溶液，转移至容量瓶中，定容至标线，目前，实验室中也用移液枪（图1一1）代替吸量管量取少量甚至微量的液体。

1一按钮；2一外壳；3一吸液杆；4一定位部件；5一活塞套；6一活塞；7一计数器
图1一1 移液枪示意图

（3）基准溶液配制
在定量分析实验中，需要配制基准溶液。基准溶液（也可称“标准溶液”）是由基准试剂配制而成。常用的基准试剂有：邻苯二甲酸氢钾、重铬酸钾、氧化镁等。

其配制方法是：用加量法（或减量法）在分析天平上称取一定量的基准试剂于烧杯中，加人适量蒸馏水完全溶解，转人容量瓶内。转移时要使溶液沿玻璃棒缓慢流入瓶中，注意玻璃棒下端贴靠在瓶颈内壁，但上端不可触碰容量瓶口（图1一2）。用少量的蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒3~4次，洗涤液一并转移至容量瓶中（此过程称定量转移）。加蒸馏水至标线以下1 cm处，等待1 min左右，再用洗瓶或滴管缓缓加水，直至溶液凹液面最低处与标线相切，旋紧瓶塞，左手捏住瓶颈上端，食指压住瓶塞，右手三指托瓶底，将容量瓶反复倒转数次，并同时震荡，使溶液充足混匀（图1一3）。所得溶液的浓度可准确到4位有效数字。

图1一2 溶液的转移
图1一3 容量瓶内溶液的混匀

3）标准溶液的配制
有些化学试剂虽然能在分析天平上准确称重，在容量瓶里准拟定容，但是它们受纯度、吸潮、稳定性等因素的制约，所得浓度无法达成化学定量分析规定的精度。例如，由于固体 NaOH易吸取空气中水分和CO2，所以，NaOH标准溶液的浓度只能通过标定法获得。因此，标准溶液的配制除直接法（见基准溶液的配制）外，大量采用标定法。
己知准确浓度的溶液都可称为标准溶液。标准溶液还可由浓的标准溶液稀释而成，具体操作如下：
用移液管或移液枪吸取一定体积的浓标准溶液，转移至容量瓶中，定容至标线，摇匀。

3）配制溶液的注意事项
（1）配好的溶液应盛放在细口试剂瓶中。见光易分解的溶液盛于棕色瓶中，如AgNO3、 KMnO4， KI溶液。盛挥发性试剂的试剂瓶瓶塞要严密，长期存放时，可用石蜡封住。浓碱液须用塑料瓶装，假如装在玻璃瓶中则不能使用玻璃瓶塞。
（2）配制易水解盐类的溶液如SnCl2、SbCl3、Bi(NO3)3等，应先加相应的酸（HCl或 HNO3）溶解后，再以一定浓度的稀酸稀释，以克制水解。
（3）配制水中溶解度较小的固体试剂，如I2时，可选用合适的溶剂（如KI溶液）溶解。
（4）对于液态试剂，如HCl、HNO3、HAc、 H2SO4等，先用量筒量取适量的浓酸（浓盐酸约为12 mol•L-1、浓硝酸约为15.8 mol•L-1、冰醋酸约为17.5 mol•L-1、浓硫酸约为18.4 mol•L-1)，然后用适量的蒸馏水稀释。
（5）配制硫酸等放热量大的溶液时，必须在不断搅拌下，将浓硫酸沿烧杯壁缓缓倒人蒸馏水中，切不可将操作顺序颠倒过来。
（6）配制饱和溶液时，应称取比计算值稍多的溶质质量，加热溶液，然后冷却。待结晶析出后所得溶液便是饱和溶液。

[2] 酚酞的变色范围是：pH=8~10。
[3] 标定后，NaOH标准溶液的浓度值应保存4位有效数字。
[4] 甲基橙的变色范围是：pH=3.1~4.4。

思考题
1. 哪些玻璃容器需用所盛溶液润洗？哪些玻璃器皿只需用蒸馏水洗涤？为什么？
2. 以酚酞为指示剂，终点颜色会退去，以甲基橙为指示剂，终点颜色不退，为什么？