酸鹼滴定模擬

出自 全民科學平台
於 2019年5月1日 (三) 17:34 由 林子君 (對話 | 貢獻) 所做的修訂
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酸鹼滴定涉及酸鹼中和,當量點,以及緩衝溶液等概念。藉由模擬酸鹼滴定,我們可以讓同學經由改變實驗條件,了解酸鹼滴定的內涵。                  



目錄:

  • 1. 說明
  • 2. 教學目標
  • 3. 實驗步驟
  • 4. 分析與評量
  • 5. 參考文獻
  • 6. 進階探索

1.說明:

在學習酸鹼滴定的過程中,我們將已知濃度的酸或鹼,逐漸滴入已知體積而濃度未知的鹼或酸,藉由指示計顯示「滴定終點」,再經過判斷滴定圖中的「當量點」計算出待測溶液的濃度。在實驗室中我們操作過酸鹼滴定反應之後,可以利用Excel程式模擬酸鹼滴定過程,模擬可以讓同學改變實驗條件,包括酸鹼強度、濃度,也可以加入共軛酸或共軛鹼觀察溶液pH值的穩定性。

2.教學目標

利用Excel模擬,改變酸鹼滴定的實驗條件,包括酸鹼強度、濃度,加入共軛酸或共軛鹼等,讓學習者深入了解酸鹼滴定所涉現象。

3.實驗步驟

  • 3.1設定「基準」反應條件,計算當量點並從模擬滴定圖指出當量點
以強鹼(1 M NaOH)滴定弱酸 (0.5 M, 50 ml 醋酸, Ka = 1.8×10-5)為例
其當量點之鹼體積為25 ml,「待測溶液」濃度為:
當量點之pH值約為9,因為酸根是弱鹼:
  • 3.2強鹼濃度加倍,或弱酸濃度加倍
相對於基準,強鹼濃度加倍時滴定體積減半(12.5 ml,紅色曲線),弱酸濃度加倍時滴定體積加倍(50 ml,紅色曲線) ,然三組滴定之當量點之pH值非常接近,約為9。
  • 3.3將弱酸Ka值增大一千倍 (Ka = 1.8×10-2,紅色曲線)
滴定初期溶液pH值偏低,滴定體積相同,滴定當量點之pH值亦略低。
  • 3.4加入相同濃度(0.5 M)的弱酸的共軛鹼(紅色曲線):
滴定初期溶液pH值偏高,且相對不受加入強鹼影響,滴定體積相同,滴定當量點之pH值幾乎不變。此外,我們可以計算出滴定過程中之pH值增加率,即
以pH值增加率對滴定體積作圖,從下圖我們看到緩衝溶液在滴定初期之pH值增加率明顯地低於基準。對於基準溶液,在滴定體積為12.5 ml,也就是當量點滴定體積的二分之一時溶液之pH值增加率最低,緩衝的效果最為明顯。

4.分析與評量

  • 4.1在這個實驗中,你學到了甚麼? 如果假設性地改變反應條件(如共軛鹼的濃度),你能先猜出可能的滴定曲線,並指出與基準滴定曲線之差異並說明你的判斷理由嗎?
從下圖中,基準(無共軛鹼)之pH值隨滴定體積改變最為明顯,共軛鹼的濃度分別為 0.2 M(棕色曲線)、0.5 M(紅色曲線)、3.0 M(黃色曲線)時其起始pH值由低到高,然而三種條件下pH值隨滴定體積改變都很緩慢。

5.參考文獻:

  1. 滴定: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=18914
  2. 緩衝溶液: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=31122
  3. Excel滴定程式下載: https://drive.google.com/open?id=1Z4IMXuNtpdn5DezG7VcELhn-wtOLJp4B

6.進階探索:

  • 6.1 我們知道弱酸的共軛鹼可以在滴定初期維持溶液pH的穩定,不過共軛鹼的濃度與這種穩定的關係如何? 濃度越高越好嗎?
可以讓同學先猜測答案,再從模擬中得到答案。同學的答案與模擬一致或不一致,都應再重新檢視一遍他們的理由,做出修正或確認。