酸堿指示劑
第二節(jié) 酸堿指示劑
酸堿指示劑是一類在其特定的PH值范圍內(nèi)，隨溶液PH值改變而變色的化合物，通常是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿。當(dāng)溶液PH值發(fā)生變化時，指示劑可能失去質(zhì)子由酸色成分變?yōu)閴A色成分，也可能得到質(zhì)子由堿色成分變?yōu)樗嵘煞郑辉谵D(zhuǎn)變過程中，由于指示劑本身結(jié)構(gòu)的改變，從而引起溶液顏色的變化。指示劑的酸色成分或堿色成分是一對共軛酸堿。
一、指示劑的變色原理
現(xiàn)以弱酸型指示劑（如酚酞）為例，說明酸堿指示劑的變色原理。
弱酸型酸堿指示劑在溶液中存在下列平衡：
HIn表示弱酸的分子，為酸色成分；In-是弱酸分子離解出H+以后的復(fù)雜離子，為堿色成分。酚酞的酸色成分是無色的，堿色的成分則呈紅色。根據(jù)平衡原理：
或
將等式兩邊各取負(fù)對數(shù)得：
或 （3-8）
由式（3-8）可知，溶液的顏色決定于堿色成分的濃度比值，而此比值又與PH和PHHin值有關(guān)。一定溫度下，對指定的某種指示劑，PHHin是一常數(shù)。所以堿色成分與酸色成的濃度比值隨溶液PH值的改變而變化，溶液的顏色也隨之改變。例如，在酚酞指示劑溶液中加入酸時，H+就大量增多，使酚酞的離解平衡向左移動，這時酸色成分增多，堿色成分減少，溶液的顏色以酸色為主，酚酞在酸液中是無色的。反之，如向溶液中加堿時，則平衡向右移動，堿色成分增加，酸色成分減少，溶液的顏色就以堿色為主，酚酞在堿液中是紅色的。所以指示劑可用以指示溶液的酸堿性或測定溶液的PH值。
上述弱酸指示劑的變色原理，同樣適用于弱堿指示劑。
二、指示劑的變色范圍和變色點
由式（3-8）可以看出，當(dāng)溶液的PH值大于PKHin時，[ In-]將大于[HIn]，溶液的顏色將以堿色為主。反之，當(dāng)溶液的PH值小于PKHin時，[In-]就小于[HIn]，溶液的顏色將以酸色為主。通常當(dāng)[ In-]/[HIn]=10時，即堿色成分的濃度是酸色成分濃度10倍時，溶液將完全呈現(xiàn)堿色成分的顏色，而酸色被遮蓋了。這量溶液的PH值為：
即 pH=pK HIn +1
同理，當(dāng)[In-]/[HIn]=1/10時，即酸色成分濃度是堿色成分濃度10倍時，溶液的顏色將完全呈現(xiàn)指示劑的酸色。這時溶液的PH值為：
即 pH＝pK HIn －1
可見溶液的顏色是在PH=PKHin-1到 PH= PKHin+1的范圍內(nèi)變化的，這個范圍稱為指示劑的變色范圍即變色域。在變色范圍內(nèi)，當(dāng)溶液的PH值改變時，堿色成分和酸色成分的比值隨之改變，指示劑的顏色也發(fā)生改變。超出這個范圍，如Ph ≥PKHin+1時，看到的只是堿色；而在PH ≤PKHin-1時，則看到的只是酸色。因此指示劑的變色范圍約2個PH單位。當(dāng)[ In-]/[HIn]=1即PH= PKHin時，稱為指示劑的變色點。由于人的視覺對各種顏色的敏感程度不同，加上在變色域內(nèi)指示劑呈現(xiàn)混合色，兩種顏色互相影響觀察，所以實際觀察結(jié)果與理論值有差別，大多數(shù)指示劑的變色范圍小于2個PH單位。表3-4列出了常用指示劑的變色范圍。
表3－4 幾種常用的酸堿指示劑
酸堿指示劑 變色范圍 PKHin 顏色 濃度 用量 酸色 堿色 (滴/10mL試液) 百里酚藍(lán)
（麝香草酚藍(lán)） 1.2～2.8 1.65 紅 黃 0.1%的20%酒精溶液 1～2 甲基黃 2.9～4.0 3.3 紅 黃 0.1%的90%酒精溶液 1 甲基橙 3.1～4.4 3.40 紅 黃 0.05%的水溶液 1 溴酚藍(lán) 3.0～4.6 3.85 黃 藍(lán)紫 0.1%的20%酒精溶液或其鈉鹽水溶液 1 甲基紅 4.4～6.2 4.95 紅 黃 0.1%的60%酒精溶液或其鈉鹽水溶液 1 溴百里酚藍(lán)
(溴麝香草酚藍(lán)) 6.2～7.6 7.1 黃 藍(lán) 0.1%的20%酒精溶液或其鈉鹽水溶液 1 中性紅 6.8～8.0 7.4 紅 黃 0.1%的60%酒精溶液 1 酚紅 6.7～8.4 7.9 黃 紅 0.1%的60%酒精溶液或其鈉鹽水溶液 1 酚酞 8.0～10.0 9.1 無 紅 0.5%的90%酒精溶液 1～3 百里酚酞
(麝香草酚酞) 9.4～10.6 10.0 無 藍(lán) 0.1%的90%酒精溶液 1～2
在測定溶液的PH值時，也常用混合指示劑，它是把許多范圍不同的指示劑混合起來，使其在不同的PH值范圍內(nèi)顯示不同的顏色。一種可以測定PH4-10范圍內(nèi)溶液酸度的混合指示劑的配方是：百里酚藍(lán)0.01g，溴百里酚藍(lán)1.20g,甲基紅0.32g,酚酞1.20g.配制時,可將上述指示劑按配方稱取,然后研勻,用200mL95%酒精潤濕并溶解,加蒸餾水150mL稀釋,用0.1mol?L-1的NaOH溶液中和至溶液顯綠色，再加水至400mL。其PH值為8.1。它在不同酸度的溶液中顯出不同的顏色。例如：
PH： 45 6 7 8 9 10
顏色： 紅 橙 黃 綠 青藍(lán) 紫
為了使用方便起見，也可用混合指示劑溶液將試紙潤濕，涼干制成PH試紙供測試之用。
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