紫甘薯與紫甘藍(lán)色素在酸堿滴定中的應(yīng)用研究

李昀昫　孟慶華

【摘 要】熱水提取得到的紫甘薯和紫甘藍(lán)色素水溶液隨pH值改變而呈現(xiàn)多種顏色變化，在酸堿滴定分析中既能作為堿滴定酸的指示劑，又可作為酸滴定堿的指示劑。用0.1 mol/L NaOH溶液測定鹽酸和醋酸溶液濃度時，采用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素指示劑與采用酚酞指示劑的測定結(jié)果一致。用0.1 mol/L HCl溶液滴定氫氧化鈉和碳酸鈉溶液時，采用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素水溶液指示劑與采用酚酞、溴甲酚氯-甲基紅混合指示劑的測定結(jié)果一致。

【關(guān)鍵詞】紫甘薯；紫甘藍(lán)；酸堿指示劑；酸堿滴定

中圖分類號： TS202.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）06-0149-002

【Abstract】The aqueous solution of purple sweet potato and purple cabbage pigment extracted from hot water showed a variety of color changes with the change of pH value.In the acid-base titration analysis， it can be used not only as an indicator of acid being titrated by alkali ， but also as an indicator for the titration of alkali by acid.When the concentration of hydrochloric acid and acetic acid solution is determined by 0.1 mol/L NaOH solution，the results of using the purple sweet potato or purple cabbage pigment as the indicator are consistent with those of using the phenolphthalein indicator. When sodium hydroxide and sodium carbonate are titrated by 0.1 mol/L HCl solution， the results of using the purple sweet potato or purple cabbage pigment as the indicator are consistent with those of using the bromocresol chlorine - methyl red mixed indicator.

【Abstract】Purple sweet potato；Purple cabbage；Acid-base indicator；Acid-base titration

酸堿指示劑是一類結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且在溶液中能部分電離的有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿，它們的酸式結(jié)構(gòu)顏色和堿式結(jié)構(gòu)顏色不同，在不同pH的溶液中，或以酸式結(jié)構(gòu)存在或以堿式結(jié)構(gòu)存在，或兩種結(jié)構(gòu)均存在，從而呈現(xiàn)不同的顏色。

紫甘薯，又名紫薯。將紫甘薯浸泡在水中便有藍(lán)色的紫甘薯色素溶于水中，形成紫色的紫甘薯色素水溶液，而且具有很高的穩(wěn)定性[1]。紫甘藍(lán)，又名紫包菜。將紫甘藍(lán)浸泡在水中便有藍(lán)色的紫甘藍(lán)色素溶于水中，形成紫甘藍(lán)色素水溶液。在學(xué)習(xí)化學(xué)的酸堿滴定時，就在思考紫甘薯和紫甘藍(lán)色素水溶液是否能像甲基橙指示劑那樣，在不同pH的溶液中是否具有不同的顏色轉(zhuǎn)變，能否作為酸堿滴定的指示劑能問題。米廣春等[2]研究了紫甘藍(lán)色素作為酸堿指示劑的應(yīng)用。那么紫甘薯色素是否也能像紫甘藍(lán)色素那樣，作為酸堿指示劑用于酸堿滴定中呢？帶著這樣的問題研究了紫甘薯色素、紫甘藍(lán)色素水溶液的顏色與溶液pH值的關(guān)系，探討了酸堿滴定中作為強(qiáng)堿滴定酸和強(qiáng)酸滴定堿的指示劑，并將測定結(jié)果與酚酞指示劑、溴甲酚氯-甲基紅混合指示劑的測定結(jié)果進(jìn)行對比。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

主要儀器：電子天平（AL104型），梅特勒-托利多；減壓過濾裝置；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DGG-9070A型），上海森信實驗儀器有限公司。

主要試劑：HCl（37%）、冰乙酸（70%～72%）、碳酸鈉（s，化學(xué)純）、NaOH（s）、鄰苯二甲酸氫鉀（s）、酚酞指示劑、溴甲酚氯-甲基紅指示劑。以上試劑除標(biāo)明外均為分析純。

實驗材料：紫甘薯、紫甘藍(lán)。

1.2 實驗內(nèi)容

1.1.2 紫甘薯和紫甘藍(lán)色素的提取

將新鮮的紫甘薯洗凈，切成小塊，加入煮沸的去離子水中浸取紫薯色素，過濾后將濾液保存于干凈的試劑瓶中，備用。將新鮮的紫甘藍(lán)洗凈，撕成小塊，加入煮沸的去離子水中浸取紫甘藍(lán)色素，將紫甘藍(lán)色素水溶液保存于干凈的試劑瓶中，備用。

1.1.3 紫甘薯和紫甘藍(lán)色素水溶液顏色與溶液pH的關(guān)系

分別取20 mL紫甘薯和紫甘藍(lán)色素水溶液，觀察溶液的顏色，用pH試紙測量溶液的pH。向溶液中滴加1 mol/L NaOH溶液，觀察溶液顏色隨氫氧化鈉溶液不斷加入的變化情況，當(dāng)溶液顏色變化時，用pH試紙測定溶液的pH。再分別取20 mL紫甘薯和紫甘藍(lán)色素水溶液，滴加1 mol/L HCl溶液，當(dāng)溶液顏色變化時，用pH試紙測定溶液的pH。

1.1.4 強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸或弱酸

用強(qiáng)堿（0.1 mol/L NaOH溶液）分別滴定25.00 mL強(qiáng)酸（鹽酸溶液）和弱酸（醋酸溶液），分別以紫甘薯和紫甘藍(lán)色素為指示劑，記錄終點時消耗0.1 mol/L NaOH溶液的體積，計算鹽酸溶液和醋酸溶液濃度，并與采用酚酞指示劑的測定結(jié)果進(jìn)行對比。

1.1.5 強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿或弱堿

用強(qiáng)酸（0.1 mol/L HCl溶液）分別滴定25.00 mL強(qiáng)堿（氫氧化鈉溶液）和弱堿（碳酸鈉溶液），分別以紫甘薯和紫甘藍(lán)色素為指示劑，記錄終點時消耗的0.1 mol/L HCl溶液的體積，計算氫氧化鈉溶液濃度和碳酸鈉的總堿量（以Na2CO3計）。并與采用溴甲酚氯-甲基紅指示劑的測定結(jié)果進(jìn)行對比。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫甘藍(lán)和紫甘薯色素水溶液顏色與溶液pH的關(guān)系

紫甘藍(lán)色素水溶液的顏色隨溶液pH的變化情況見圖1。紫甘藍(lán)色素水溶液的顏色為藍(lán)色，此時溶液的pH為7。隨著氫氧化鈉溶液的加入，溶液先變?yōu)榍嗑G色（pH8～9），當(dāng)溶液變?yōu)榱辆G色時，溶液的pH為9～11。隨著鹽酸溶液的加入，溶液先變?yōu)樽霞t色（pH5～6），后變?yōu)榧t色（pH<4）。由此可知，在測定的pH范圍內(nèi)，隨著溶液pH的改變，紫甘藍(lán)色素水溶液有多種顏色的變化，可用作酸堿滴定的指示劑[2]。

紫甘薯色素水溶液的顏色隨溶液pH的變化情況見圖2。紫甘薯色素水溶液的顏色為紫色，此時溶液的pH為7。隨著氫氧化鈉溶液的加入，溶液顏色逐漸加深，當(dāng)變?yōu)樗{(lán)綠色時，溶液的pH為8，當(dāng)變?yōu)榫G色時，溶液的pH為9～10。隨著鹽酸溶液的加入，溶液變?yōu)樽霞t色，溶液的pH為5～6，繼續(xù)加入鹽酸溶液，變?yōu)榧t色，溶液的pH≤4。由此可見，在測定的pH范圍內(nèi)，隨著溶液pH的改變，紫甘薯色素水溶液呈現(xiàn)多種顏色的變化，且與紫甘藍(lán)色素的顏色變化十分類似，也可用作酸堿滴定的指示劑。

2.2 氫氧化鈉溶液滴定鹽酸溶液

移取25.00 mL待測鹽酸溶液于250 mL錐形瓶中，加入1 mL紫甘薯或紫甘藍(lán)色素水溶液，搖勻，溶液呈紅色，用0.1015 mol/L NaOH溶液進(jìn)行滴定。采用紫甘薯色素為指示劑時，滴定至紫色為終點。采用紫甘藍(lán)色素為指示劑時，滴定至藍(lán)色為終點。采用酚酞指示劑時滴定至粉紅色為終點。從測定結(jié)果表1中可以看出，采用三種指示劑測定鹽酸溶液的濃度基本相同。由于該滴定屬于強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸，其化學(xué)計量點時溶液的pH為7.0，而酚酞指示劑的pH變色范圍為8.0～9.6，滴定終點略高于化學(xué)計量點的pH，采用酚酞指示劑測定的鹽酸濃度數(shù)值的最后一位數(shù)最小。用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素指示劑的滴定終點更接近化學(xué)計量點。

2.3 氫氧化鈉溶液滴定醋酸溶液

移取25.00 mL待測醋酸溶液于250 mL錐形瓶中，加入1 mL紫甘薯或紫甘藍(lán)色素水溶液，搖勻，溶液呈紅色，然后用0.1mol/L NaOH溶液進(jìn)行滴定。采用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素為指示劑時，均滴定至綠色為終點。采用酚酞指示劑時滴定至粉紅色為終點。從測定結(jié)果表2中可以看出，采用三種指示劑測定醋酸溶液的濃度基本相同。由于該滴定屬于強(qiáng)堿滴定一元弱酸，其化學(xué)計量點時溶液的pH大于7。若用0.1000 mol/L NaOH溶液滴定醋酸總濃度也為0.1000 mol/L時，滴定的突躍范圍為7.7～9.7，化學(xué)計量點時溶液的pH為8.7[3]。酚酞指示劑的pH變色范圍8.0～9.6正好位于突躍范圍之內(nèi)，紫甘薯和紫甘藍(lán)色素的變色范圍大部分在突躍范圍之內(nèi)，滴定至溶液呈綠色時顏色變化敏銳，更易于觀察。

2.4 鹽酸溶液滴定氫氧化鈉溶液

移取25.00 mL待測氫氧化鈉溶液于250 mL錐形瓶中，加入1 mL紫甘薯或紫甘藍(lán)色素水溶液，搖勻，溶液呈綠色，然后用0.1005 mol/L HCl溶液進(jìn)行滴定。由于該滴定屬于強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿，其化學(xué)計量點時溶液的pH為7.0。當(dāng)用紫甘薯色素溶液為指示劑時，滴定至紫色為終點。當(dāng)用紫甘藍(lán)色素溶液為指示劑時，滴定至藍(lán)色為終點。用酚酞指示劑時，滴定至微紅色為終點[4]。從測定結(jié)果表3中可以看出，采用三種指示劑的測定結(jié)果一致。由于采用酚酞指示劑至微紅色（pH大于8），要比使用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素指示劑滴定至pH7.0少消耗1滴鹽酸溶液，因此測定出的氫氧化鈉溶液濃度數(shù)值的最后一位數(shù)也略小。

2.5 鹽酸溶液滴定法測定碳酸鈉的總堿量

準(zhǔn)確稱取適量碳酸鈉樣品于250 mL錐形瓶中，加水溶解，分別入1mL紫甘薯或紫甘藍(lán)色素水溶液，搖勻，溶液呈綠色，然后用0.1005mol/L HCl溶液進(jìn)行滴定。由于該滴定屬于強(qiáng)酸滴定二元弱堿，第一化學(xué)計量點溶液的pH為8.3，第二化學(xué)計量點時溶液的pH為3.9[3]。當(dāng)用紫甘薯色素溶液為指示劑時，滴定至紫色為第一滴定終點，滴定至紅色為第二滴定終點。當(dāng)用紫甘藍(lán)色素溶液為指示劑時，滴定至藍(lán)色為第一滴定終點，滴定至紅色為第二滴定終點。用溴甲酚氯-甲基紅混合指示劑時，滴定至暗紅色為滴定終點[4]。從測定結(jié)果表4中可以看出，用鹽酸溶液滴定法測定碳酸鈉樣品中的總堿量，采用三種不同指示劑的測定結(jié)果一致。

3 結(jié)論

紫甘薯和紫甘藍(lán)色素水溶液隨pH值改變而呈現(xiàn)多種顏色變化，在酸堿滴定分析中既能作為強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸或弱酸的指示劑，又可作為強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿或弱堿的指示劑。用0.1 mol/L NaOH溶液滴定鹽酸和醋酸溶液濃度時，采用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素指示劑與采用酚酞指示劑的測定結(jié)果完全一致，在測定鹽酸時甚至要優(yōu)于酚酞指示劑。用0.1 mol/L HCl溶液滴定氫氧化鈉溶液時，采用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素指示劑與采用酚酞指示劑的測定結(jié)果一致。測定碳酸鈉溶液時，采用紫甘薯或紫甘藍(lán)色素指示劑與采用溴甲酚氯-甲基紅混合指示劑的測定結(jié)果完全，在測定氫氧化鈉時甚至要優(yōu)于酚酞指示劑。

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦紫馨，劉芳.紫薯花青素的提取優(yōu)化及穩(wěn)定性分析[J].廣州化工，2013，41（21）：66-68.

[2]米廣春，馬輝.紫甘藍(lán)色素作為酸堿指示劑的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2008，29（3）：71-72.

[3]華中師范大學(xué)等編，分析化學(xué)（上冊，第三版）[M].高等教育出版社，p.129-130.

[4]GB/T4348.1工業(yè)用氫氧化鈉：氫氧化鈉和碳酸鈉含量的測定[S].