化學原理啟迪200
1. 有二種方法可以找到酸鹼滴定的當量點:
(1) 利用pH儀去觀測pH值,然後把記錄下來的數據連成滴定曲線。pH曲線的垂直線段的中點就是當量點。
(2) 利用酸鹼指示劑,它會用改變顏色來標示滴定反應的終點。雖然化學計量定義的滴定反應的當量點,不完全等於指示劑改變色彩的滴定終點,仔細選擇指示劑就能夠把錯誤減少到可忽略的程度。
2. 最常見的酸鹼指示劑都是大型複雜的分子,它們是弱酸,用「HIn」代表。酸鹼指示劑的分子擁有質子的時候是一種顏色,失去質子又變成另一種顏色。
3. 舉例來說,酚酞 phenolphthalein是常用的指示劑,它在HIn 狀態時(擁有質子的酸分子)無色,到了IN-(失去質子、變為鹼)變為粉紅色。
4. 為了解分子如何發揮指示劑的功能,我們假設有一種指示劑HIn是弱酸,Ka=1.0×10-8:
HIn(aq) ←→ H+(aq) + In-(aq)
注:HIn紅色 :In-藍色。
Ka=[H+][In-]/[HIn]
5. 重新排列,我們得到
Ka/[H+]=[In-] / [HIn]
6. 假設我們把這種指示劑滴幾滴到酸性溶液,這個酸性溶液的pH值是1.0([H+]=1.0×10-1)。那麼
Ka/[H+]=(1.0×10-8)/(1.0×10-1)=10-7
=[In-]/[HIn]=1/10,000,000
以上這個比例顯示溶液中的主要酸鹼指示劑分子是HIn,這使得溶液呈現紅色。
7. 隨著OH-不斷滴定到溶液中,[H+]減少,平衡位置往右移動,HIn變為In-。滴定到某個份量,溶液中In-的份量足夠,就能夠看到紫色。也就是顏色從紅色轉為紫色。
8. 溶液裡要有多少的In-,肉眼才能察覺顏色改變了呢?大部分的試劑,原本的分子必須有一成變為新的形式(新分子:原本分子=1:10),顏色才看得清楚。
9. 所以我們假定,對「酸」滴定「鹼」,要讓顏色隨pH改變
[In-]/[HIn]=1/10
10. 【例題】溴瑞香草酚藍 Bromthymol blue,是一個酸鹼指示劑,Ka=1.0×10-7,在HIn的形式是黃色,在In-的形式是藍色。假設我們把幾滴溴瑞香草酚藍滴入強酸溶液中,然後溶液再被NaOH滴定,pH值多少的時候,我們會看到指示劑的顏色開始改變?
11. 【解題】溴瑞香草酚藍的「酸的平衡常數Ka」
Ka=1.0×10-7=[H+][In-]/[HIn]
12. 我們顏色的改變要達到看得見的地步,必須
[In-]/[HIn] =1/10
意思是,當溶液含有1成的藍色和10成的黃色,我們就能看到最先出現的顏色改變:綠色。
13. 所以
Ka=1.0×10-7=[H+](1)/10
[H+]=1.0×10-6 或pH=6.0
當溶液的pH值是6.0的時候,可以率先看到溶液顏色的改變。
14. 韓德森方程式能幫助我們判斷酸鹼指示劑顏色改變的問題。舉例來說,對指示劑HIn使用方程式,得到
pH=pKa+log([In-]/[HIn])
Ka是酸HIn的游離常數/酸的平衡方程式。
15. 我們認為要看到顏色改變,原始的酸HIn與鹼In-的比例必須是
[In-]/[HIn]=1/10
16. 我們用韓德森方程式就可能判斷在多少pH值時顏色會改變:
pH=pKa+log(1/10)=pKa-1
17. 對溴瑞香草酚藍bromthymol blue(Ka=1×10-7,或 pKa=7),顏色改變的pH值是
pH=7-1=6
如同我們在例題所計算的結果。
18. 一份被滴定的鹼性溶液,一開始裡面的指示劑是In-,但是後來增加了酸,產生愈來愈多的HIn。在這裡,當溶液裡指示劑成分的比例是In-十倍於HIn,顏色的改變就看得見。也就是會發生顏色從藍色變為藍綠色。因為溶液裡還有一些黃色的HIn分子。
19. 當試劑HIn與共軛鹼In-變為以下的比例,就可以看到顏色的改變:
[In-] /[HIn]=10/1
特別留意這個方程式是酸被滴定的比例的倒數。
20. 把這個比例代入韓德森方程式,得到
pH=pKa+log(10/1)=pKa+1
21. 溴瑞香草酚藍在鹼性溶液中能讓我們看到顏色改變的pH值是
pH=7+1=8
22. 簡而言之,當溴瑞香草酚藍用在酸性溶液被滴定的反應中,一開始溴瑞香草酚藍的分子形式是HIn(黃色),然後在pH值6左右改變顏色。當溴瑞香草酚藍用在鹼性溶液被滴定的反應中,一開始溴瑞香草酚藍的分子形式是In-(藍色),當pH值是8左右時顏色改變。
23. 因此溴瑞香草酚藍可測試的pH值範圍是:
pKa(溴瑞香草酚藍)±1=7±1
或者說pH值範圍從6到8。
徐弘毅:
1. 大部分的人讀書的時間,都大約在6歲到22歲之間。不管什麼樣的年紀,人類處在學習狀態的時候,他就有特殊的「氣質」產生。同樣都是40歲的中年人,有人處在學習狀態,有人停止學習,結果「氣質」就是不一樣。
2. 但是氣質好壞,只是一個行為的結果或現象。問題是這個社會是不斷地在進步變化當中,一個人如果停止學習,他就開始逐漸跟社會脫節,逐漸失去社會競爭力。「學習」的習慣,不一定跟學歷有關。
3. 任何人類都一樣,只要他逐漸失去社會競爭力,他的情緒就愈來愈不穩定,處在理智狀態的時間就愈來愈少;一個人如果處在情緒失控的狀態,就容易喜怒無常、縱欲狂歡、不守信用、朝令夕改。
4. 馬英九總統是學法律的,「無罪推定原則」是不是他的信仰?根據昨天夏瀛洲將軍的評論,馬總統完全是「有罪推定論者」,所以間接證實馬英九失去了基本法學信仰,為什麼?
5. 因為最近三十年,他都沒有在研讀法學方面的世界級教科書,他也沒有養成「無罪推定」的生活習慣,因此他的臉色就充滿了「不守信用」的氣質。
6. 現代的新聞媒體如果有充分的言論自由,它就可以反應出知名人士或政客的真實狀態,反應出他們的氣質與信仰,在達到當量點的時候,他們的「本性」就會暴露出來。新聞媒體,就是現代社會的酸鹼值試劑。
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