酸碱滴定标准溶液的配制及标定
1 酸标准溶液
滴定用的酸标准溶液最常用HCl配制,偶尔也用H2SO4。因为HCl的酸性比H2SO4更强些,用HCl标准溶液进行滴定时pH突跃较显著;大多数氯化物易溶于水,各种阳离子的存在一般不干扰滴定;稀HCl溶液的稳定性也很好,0.1 mol×L-1HCl溶液,如不断补充蒸发的水分,虽经煮沸1小时,HCl也并不损失。因此,适当贮存的HCl标准溶液,其浓度可经久不变。HNO3因其稳定性差,且具有氧化性,能破坏某些指示剂,故一般不用HNO3来配制标准溶液。
HCl标准溶液通常用间接法配制,即将浓酸稀释成接近于所需浓度的溶液,然后以适当基准物质加以标定。此外也可用离子交换法直接配制成标准溶液:准确称取一定质量纯净的氯化物,溶解后使之流经已经准备好的、并已充分洗净的离子交换柱。柱中装有H型阳离子交换树脂,交换后得到定量的HCl溶液,以水洗涤离子交换柱,收集流出液和洗涤液于容量瓶中,稀释至刻度线。根据所用氯化物的质量和溶液体积,可直接计算所得HCl溶液的准确浓度。
标定HCl溶液的基准物质,最常用的是无水Na2CO3和硼砂。
1.1 无水Na2CO3
一般可用市售“基准物质”(或“优级纯”)级Na2CO3作基准物质。由于Na2CO3易吸收空气中的水分,因此使用前应在180~200℃烘干,然后密闭于称量瓶内,保存在干燥器中。同时称量操作要快,以免吸收空气中的水分。
用Na2CO3标定HCl,反应分两步进行。用甲基橙(变色范围3.1~4.4)作指示剂,可滴定至第二个化学计量点(pH=3.89),即总反应为:
但用甲基橙为指示剂,以Na2CO3标定cHCl<0.1mol×L-1的HCl溶液时,终点颜色变化不敏锐。为了获得可靠的结果,标定可进行如下:称取一份Na2CO3基准物质,溶于水后滴入甲基橙指示剂,用0.1 mol×L-1HCl溶液滴定到接近终点时,即甲基橙开始变色时,将溶液煮沸2分钟,驱除CO2。冷却,溶液将依旧成黄色,然后继续滴定至橙色,此时即为终点。
如果标定的HCl溶液浓度较高,如cHCl>0.2mol×L-1时,终点时颜色变化很敏锐,结果很准确。
1.2 硼砂(Na2B4O7×10H2O)
硼砂溶于水后,生成H3BO3和H2BO3-:
H3BO3(硼酸)是极弱酸(Ka=5.7´10-10),它的共轭碱H2BO3-就显较强的碱性,其
,可用HCl滴定。滴定反应为:
或
化学计量点时H2BO3-被定量中和成H3BO3,溶液呈酸性,化学计量点pH=5.1,用甲基红(变色范围pH4.4~6.2)作指示剂,滴定的精密度和准确度均相当好。
Na2B4O7×10H2O含有10个分子结晶水,作为基准物质的优点是摩尔质量大、不吸水和容易纯制。但在干燥的空气中易失去部分结晶水。因此,应保存在相对湿度为60%左右的器皿中,以免其组成与化学式不符合。
2 碱标准溶液
酸碱滴定中一般用强碱配制标准碱溶液,常用的有NaOH、KOH和Ba(OH)2,其中最常用的为NaOH溶液(KOH价格较高,应用不普遍,Ba(OH)2可用来配制不含CO32-的标准溶液)。市售固体NaOH容易吸潮,也容易吸收空气中的CO2,因此只能用间接法配制NaOH标准溶液,然后再用基准物质来标定。
吸收空气中的CO2使NaOH溶液中含有少量Na2CO3。含有CO32-的NaOH标准溶液在滴定强酸时并无妨碍,但在滴定弱酸或用弱酸性的基准物质来标定其浓度时,将引入一定的误差。
配制不含CO32-的NaOH标准溶液,常用的方法是先配成50%的浓NaOH溶液。在这种浓碱溶液中Na2CO3不溶解,待Na2CO3沉淀析出后,吸取上层澄清溶液,加入已经煮沸过的蒸馏水(驱逐CO2),稀释至所需浓度。
NaOH溶液能侵蚀玻璃,因此最好贮存在塑料瓶中。贮存NaOH标准溶液应避免与空气接触,以免吸收CO2。
标定NaOH溶液的基准物质很多,如邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)、草酸(H2C2O4×2H2O)和苯甲酸等,其中最常用的是邻苯二甲酸氢钾。
邻苯二甲酸氢钾容易纯制,因无结晶水,在空气中不吸湿,十分稳定,摩尔质量又较大,是标定NaOH溶液的良好的基准物质。它与NaOH的反应为:
反应后溶液呈弱碱性,故可选用酚酞为指示剂,终点变色相当敏锐。