乙醇對溶液酸堿性的影響研究*

張換平，杜 慧，王書紅

(安陽工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

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分析測試

乙醇對溶液酸堿性的影響研究*

張換平，杜 慧，王書紅

(安陽工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

使用電位法，分別用KOH 溶液和HCl溶液對水、30%乙醇溶液以及60%乙醇溶液進(jìn)行滴定，測定溶液的pH值。通過研究發(fā)現(xiàn)，乙醇會對溶液的pH值產(chǎn)生一定的影響，乙醇濃度越大，影響越大，當(dāng)溶液中的酸度達(dá)到一定值時，乙醇產(chǎn)生的影響會穩(wěn)定在一定的數(shù)值，產(chǎn)生的影響基本上是穩(wěn)定的，在絕對酸度相同情況下，隨著溶液中酸或堿的量的增加，不同濃度的乙醇溶液與其偏離對應(yīng)的水溶液pH值的ΔpH有減小的趨勢。

乙醇；滴定；介電常數(shù)；親和性

一些天然產(chǎn)物有效成分的提取、分析以及食品、化工生產(chǎn)中會用到不同濃度乙醇溶液作溶劑[1-2]，由于乙醇的質(zhì)子自遞常數(shù)以及介電常數(shù)與水的質(zhì)子自遞常數(shù)以及介電常數(shù)不同[3-7]，所以在測定過程中乙醇對溶液的pH值會造成一定的影響，可產(chǎn)生一定的誤差，人們易于忽視這方面的問題，有關(guān)此方面的研究工作報道甚少，喻歡成等曾對乙醇的酸性溶液特性進(jìn)行研究，但只研究了pH<4.5區(qū)域，對pH>4.5的中性、堿性區(qū)域并未涉略，本文以精密的電位法為實驗基礎(chǔ)，分別用一定的氫氧化鉀和鹽酸溶液對乙醇、水及其混合體系進(jìn)行滴定，通過分析研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乙醇溶液濃度不同時，產(chǎn)生的影響不同，濃度越大，影響越明顯，當(dāng)溶液中的酸或堿的量達(dá)到一定程度，乙醇產(chǎn)生的影響會穩(wěn)定在一定的范圍，產(chǎn)生的影響基本上是穩(wěn)定的，本文實驗操作簡便，可為乙醇等非水溶劑中物質(zhì)性能研究提供一定的理論依據(jù)。

1 實 驗

1.1 材料

PXSJ-216型 離子計(精度0.005)；BS100-1 AQ蠕動泵；實驗用水為摩爾基因型1810i純水機(jī)制備的Ⅰ級純水(18.25 MΩ·cm，25 ℃)。氫氧化鉀溶液由鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)定；鹽酸溶液由無水碳酸鈉標(biāo)定；硝酸鉀、鄰苯二甲酸氫鉀、無水碳酸鈉均為分析純。

1.2 實驗方法

滴定體系用KNO3溶液維持離子強(qiáng)度，被滴定液總體積為50.0 mL,全部實驗使用N2保護(hù)、超級恒溫槽和夾套燒杯恒溫30 ℃，滴定劑的加入使用蠕動泵，流量用分析天平標(biāo)定；滴定過程中的pH值由離子計送入計算機(jī)顯示并記錄。所有數(shù)據(jù)平行測定三次，取平均值。

1.2.1 堿滴定乙醇溶液

移取5.00 mL 0.2 mol/L硝酸鉀溶液，分別用純水、30%乙醇溶液以及60%乙醇溶液定容至50.00 mL，放入恒溫夾套燒杯中，用0.001231 mol/L KOH溶液分別滴定，滴定劑加入速度為0.5408 mL/min，每5 s記錄一次數(shù)據(jù)。

1.2.2 酸滴定乙醇溶液

移取5.00 mL 0.2 mol/L硝酸鉀溶液，分別用純水、30%乙醇溶液以及60%乙醇溶液定容至50.00 mL，放入恒溫夾套燒杯中，用0.01295 mol/L HCl溶液分別滴定，滴定劑加入速度為0.5408 mL/min，每5 s記錄一次數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電位滴定曲線繪制

滴定前水、30%乙醇溶液、60%乙醇溶液的pH值是不同的，存在pH60%乙醇>pH30%乙醇>pH水，從圖1、圖2可以看出，在溶液中分別滴加KOH溶液、HCl溶液，當(dāng)溶液中的絕對酸度都達(dá)到一定程度后存在pH60%乙醇>pH30%乙醇>pH水，隨著滴定劑的加入，溶液的pH值會維持在一定的數(shù)值，不過pH30%乙醇值與pH水值較接近，尤其是在酸性溶液中pH30%乙醇≈pH水，也就是說，當(dāng)溶液中乙醇濃度不是太大時乙醇對溶液的pH值影響并不是太大。

圖1 KOH溶液對純水、30%乙醇和60%乙醇溶液的滴定曲線

圖2 HCl溶液對純水、30%乙醇和60%乙醇溶液的滴定曲線

2.2 乙醇對溶液pH的影響

在水及不同濃度的乙醇溶液中加入酸或堿，在絕對酸度相同的情況下，從圖3可以看出當(dāng)乙醇溶液的pH約小于5.0或pH約大于10.5時，乙醇溶液的pH與對應(yīng)的水溶液的pH之間呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系：

(1)30%乙醇溶液

當(dāng)pH<5時，pH乙醇=0.08+0.99pH水，R=0.9994；當(dāng)pH>10.5時，pH乙醇=0.57+0.69pH水，R=0.9940。

(2)60%乙醇溶液

當(dāng)pH<5.0時，pH乙醇=0.12+1.03pH水，R=0.9988；當(dāng)pH>10.7時，pH乙醇=4.14+0.69pH水，R=0.9863。

圖3 絕對酸度相同情況下，不同濃度的乙醇溶液與對應(yīng)的水溶液pH值關(guān)系圖

Fig.3 In the same absolute acidity, the pH value relationship between different concentrations of ethanol solution and the corresponding water solution

圖4 絕對酸度相同情況下，不同濃度的乙醇溶液與其偏離對應(yīng)的水溶液pH值的ΔpH關(guān)系圖

從圖4可以看出，在pH值為5～10.5范圍內(nèi)，絕對酸度相同情況下，不同濃度的乙醇溶液與其偏離對應(yīng)的水溶液pH值的ΔpH變化較大，規(guī)律性不強(qiáng)，但當(dāng)乙醇溶液pH<5.0或pH>10.5時不同濃度的乙醇溶液與其偏離對應(yīng)的水溶液pH值的ΔpH變化不大，基本上是穩(wěn)定的，且隨著酸或堿在溶液中濃度的增加，有減小的趨勢。

滴定過程中出現(xiàn)的pH值變化情況，可能是由于水和乙醇都屬于質(zhì)子溶劑，存在：

H2O+H2O=H3O++OH-

KS水=a(H3O+)·a(OH-)=1×10-14

Pa(H3O+)=Pa(OH-)=7.0

水和乙醇的中性點分別為7.0和9.55，也就是說，乙醇的固有酸度弱于水，即乙醇分子對質(zhì)子的接受能力比水分子對質(zhì)子的接受能力弱，也就表現(xiàn)出其溶液pH值比水溶液的pH值偏高；除了溶液本身的酸堿性(即對質(zhì)子的親和力)外，溶劑的介電常數(shù)對溶液的酸堿度也有一定的影響，乙醇溶液的介電常數(shù)見表1，從表中可以看出，乙醇溶液濃度越大，介電常數(shù)值越小，根據(jù)庫侖定律帶相反電荷的離子的引力與溶劑的介電常數(shù)成反比，因此當(dāng)溶劑的介電常數(shù)減小時，帶相反電荷的離子的引力加大，有利于離子對的形成，因而減弱了質(zhì)子的解離，也就是說，減弱了酸的強(qiáng)度。

表1 乙醇溶液的介電常數(shù)(20 ℃)

介電常數(shù)由下式計算[8]：

ε0=ε乙醇×φ乙醇+ε水×φ水

常溫下ε乙醇=25，ε水=80.18。

3 結(jié) 論

由于乙醇的介電常數(shù)和親質(zhì)子性與水的介電常數(shù)和親質(zhì)子性存在一定的區(qū)別，所以乙醇會對溶液的pH值產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)乙醇溶液濃度不同時，產(chǎn)生的影響不同，濃度越大，影響越明顯。通過本文研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液中的酸或堿的量達(dá)到一定程度，乙醇產(chǎn)生的影響會穩(wěn)定在一定的范圍，產(chǎn)生的影響基本上是穩(wěn)定的，在絕對酸度相同情況下，隨著溶液中酸或堿的量的增加，不同濃度的乙醇溶液與其偏離對應(yīng)的水溶液pH值的ΔpH有減小的趨勢。在研究用乙醇作為溶劑的溶液的酸堿性時，應(yīng)考慮到此因素的存在。

[1] 尤梅.中藥羌活和崗稔根甲醇提取物的化學(xué)成分及其生物活性研究[D].上海:華東師范大學(xué),2011.

[2] 朱元成,董曉寧,史建軍,馬得侃.甲醇-水混合溶劑中樟腦酸質(zhì)子化常數(shù)的測定[J].天水師范學(xué)院學(xué)報,2006, 26(2):52-53.

[3] 朱拓,陳國慶,虞銳鵬,劉瑩,倪曉武.甲醇和乙醇溶液光譜學(xué)特性的對比研究[J].光電工程,2005,32(4):24-27.

[4] 張鳳珍.論質(zhì)子遷移與pH的相關(guān)性[J].西南工學(xué)院學(xué)報,1993,8(4):19-24

[5] 萬寶,林樹昌.質(zhì)子溶劑及其自遞常數(shù)[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報:教育科學(xué)版,1991(00):102-105.

[6] 冉順善,劉曄.酸堿質(zhì)子理論在非水滴定中的應(yīng)用[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1980(3):62-71.

[7] 戎關(guān)鏞.水的表觀形成常數(shù)及酸堿平衡(滴定)與絡(luò)合平衡(滴定)數(shù)學(xué)處理的統(tǒng)一[J].南方冶金學(xué)院學(xué)報, 1985(4):39-42.

[8] 喻歡成,徐俊.乙醇酸性溶液的特性及正確測定pH值方法[J].食品科學(xué),1989(12):48-53.

Influence Study of Ethanol on the pH of the Solution*

ZHANGHuan-ping,DUHui,WANGShu-hong

(College of Chemical and Environmental Engineering, Anyang Institute of Technology, Henan Anyang 455000, China)

The water, 30% ethanol solution and 60% ethanol solution were titrated respectively by KOH solution and HCl solution, and the pH values of the solution were determined by using the potentiometric method. It was found that the ethanol had a certain effect on the pH value of the solution and the effect was that when the ethanol concentration was great, the impact was great, and when the acidity of the solution reached a certain value, the impact would be stable in a certain value, and the effect was nearly stable. In the same absolute acidity, the ΔpH value of deviation relationship between different concentrations of ethanol solution and the corresponding water solution decreased with the increase of the amount of acid or alkali solution.

ethanol; titration; dielectric constant; proton affinity

安陽工學(xué)院科研基金項目(NO：YJJ2014004)。

張換平(1971-)，女，副教授，主要從事天然產(chǎn)物提取及化學(xué)分析。

O661.1

A

1001-9677(2016)020-0076-03