淺談分析化學(xué)中雙指示劑法知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法

魏紅　姜文清

【摘要】本文針對學(xué)生在學(xué)習(xí)雙指示劑法時遇到的問題，對其講解方法進(jìn)行了探討，并通過典型例子的解析，說明了解決雙指示劑法題目需要注意的問題以及關(guān)鍵點(diǎn)，明確了酚酞作指示劑和甲基橙作指示劑時分別消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的大小關(guān)系。讓學(xué)生學(xué)會探究問題的本質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)舉一反三，隨機(jī)應(yīng)變解決碰到的實(shí)際問題。

【關(guān)鍵詞】分析化學(xué)? 雙指示劑法? 酸堿滴定法

【基金項(xiàng)目】齊魯師范學(xué)院2019年度教學(xué)改革研究項(xiàng)目（jg201911）;齊魯師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)在線開放課程項(xiàng)目（wlkc201723）。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）07-0142-03

分析化學(xué)中雙指示劑法是酸堿滴定分析方法中應(yīng)用比較廣泛的一種分析方法。在一些文獻(xiàn)資料中，探討過混合堿滴定分析中指示劑的選擇、混合堿分析方法的改進(jìn)、混合堿中氫氧化鈉和碳酸鈉含量測定的影響因素與方法等內(nèi)容，他們一般是根據(jù)確定的研究對象，大多從實(shí)驗(yàn)的角度對雙指示劑法進(jìn)行討論。所以，針對混合堿雙指示劑法知識點(diǎn)的掌握，綜合來說通常是利用課堂對其原理進(jìn)行講解，再通過理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)加深鞏固雙指示劑法原理的學(xué)習(xí)。通過調(diào)研學(xué)生學(xué)情，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于雙指示劑法的原理和實(shí)驗(yàn)過程都能較好地理解，但對于雙指示劑法題目的解題卻有些手足無措。這主要是有關(guān)雙指示劑法的題目類型豐富和變化多樣導(dǎo)致的，當(dāng)題目與課堂上所講解的不同或發(fā)生變化時，學(xué)生就很容易出錯。這說明學(xué)生對于雙指示劑法知識點(diǎn)的真正內(nèi)涵掌握得并不是很透徹[1-4]。因此，本文將對雙指示劑知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1.雙指示劑法知識點(diǎn)的原理

雙指示劑法的原理指的是準(zhǔn)確稱取一定量試樣，溶解后以酚酞為指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液作滴定劑滴定到指示劑變色（由紅色至紅色剛好消失），即為到達(dá)第一滴定終點(diǎn)（可表示為ep1），記錄消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為V1;在此基礎(chǔ)上，向該溶液中加入甲基橙指示劑，用同一濃度的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液作為滴定劑滴定到指示劑變色（由黃色變?yōu)槌壬礊榈竭_(dá)第二滴定終點(diǎn)（可表示為ep2），記錄此時消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為V2。根據(jù)兩個滴定終點(diǎn)所消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V1和V2的大小判定混合堿的各組分，再依據(jù)具體的組分進(jìn)行各組分含量的計(jì)算[5]。

2.雙指示劑法的解析過程

對于圖1所示的混合堿五種情況的判定，通常是直接采用兩種成分組成的混合堿，比如燒堿中NaOH和Na2CO3含量的測定為例進(jìn)行講解。根據(jù)此種講解方法，如果已知混合堿成分，則根據(jù)分析過程，我們可以推斷出到達(dá)第一滴定終點(diǎn)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V1和到達(dá)第二滴定終點(diǎn)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V2的大小關(guān)系。但反過來，如果我們知道到達(dá)第一滴定終點(diǎn)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V1和到達(dá)第二滴定終點(diǎn)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V2的大小關(guān)系，學(xué)生就往往不能明確混合堿的具體成分了，這就說明這種講解方法很難讓學(xué)生從本質(zhì)上來理解該內(nèi)容，更談不上對其進(jìn)行知識拓展了。所以，對本部分內(nèi)容的講解，我們從學(xué)生理解問題的角度進(jìn)行思考，把握住所探討問題的關(guān)鍵之處，找到所講內(nèi)容的切合點(diǎn)，由簡入繁，通過引導(dǎo)、啟發(fā)的方式，激發(fā)學(xué)生想要去解決這種問題的興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用[6-9];然后再循序漸進(jìn)對這部分內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)解析，從而達(dá)到學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)效果。此解析方式如下：

假設(shè)我們所探討的混合堿中只有Na2CO3一種組分，其中所用滴定劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度可表示為cHCl。在進(jìn)行詳細(xì)講解過程之前，先讓學(xué)生思考兩個小問題：第一個問題是在混合堿中如果只有Na2CO3一種組分的情況下，采用雙指示劑滴定法，溶液中可能會發(fā)生哪些化學(xué)反應(yīng)方程式;第二個問題是到達(dá)第一滴定終點(diǎn)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V1和到達(dá)第二滴定終點(diǎn)所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積V2有無關(guān)聯(lián)？讓學(xué)生思考之后，我們再進(jìn)入課堂講解。假設(shè)此混合堿中Na2CO3的物質(zhì)的量為x，先往該溶液中加入酚酞作指示劑，用滴定劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一滴定終點(diǎn)時，消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積可記錄為V1;在此基礎(chǔ)上，再向該溶液中加入甲基橙指示劑，再用同一滴定劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，到達(dá)第二滴定終點(diǎn)時，消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積記錄為V2。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，我們便可以表示出相對應(yīng)的反應(yīng)方程式，如下：

可以看出：由于Na2CO3的物質(zhì)的量為x，所以在用酚酞做指示劑的時候，所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量也是x，生成的碳酸氫鈉的物質(zhì)的量也是x，這個地方務(wù)必注意的是用酚酞作指示劑時，Na2CO3的產(chǎn)物為碳酸氫鈉，而不是CO2和H2O，這是這個問題的關(guān)鍵所在。為了加深學(xué)生對這個知識點(diǎn)的理解，此處可以讓學(xué)生思考：此時溶液中的反應(yīng)為什么不會生成CO2和H2O？然后再進(jìn)行闡述：這是因?yàn)榉犹甘緞┑淖兩秶鸀?.0～10.0，到達(dá)酚酞指示劑的變色點(diǎn)時，此時的溶液是偏堿性的，所以生成的產(chǎn)物為碳酸氫鈉，而不會是CO2和H2O;下一步再在此基礎(chǔ)上，往溶液中添加甲基橙指示劑，發(fā)生的反應(yīng)是：由上一步反應(yīng)生成的碳酸氫鈉和滴定劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的反應(yīng)，根據(jù)前面分析，此時所消耗的滴定劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量也是x。由于兩次滴定過程中所應(yīng)用的滴定劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液是同一標(biāo)準(zhǔn)溶液，它們濃度是相同的，所以根據(jù)這兩種指示劑所對應(yīng)的反應(yīng)方程式，我們便可以得出，如果混合堿中只有Na2CO3這一種成分，則V1=V2;反之，當(dāng)利用雙指示劑法，測定混合堿的時候，如果得出V1=V2，那么混合堿的成分就只有Na2CO3這一種物質(zhì)。在這個過程中務(wù)必要注意的是：V2不包含V1，即V2是凈體積。

在學(xué)生能真正理解假設(shè)混合堿只有Na2CO3這一種組分的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步假設(shè)如果混合堿是NaOH和Na2CO3兩種組分的話，按照同樣的原理進(jìn)行分析，便可以得出分別用酚酞指示劑和甲基橙指示劑指示滴定終點(diǎn)時，所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

按照前面所講述的方法，根據(jù)反應(yīng)方程式的推理，便可以得出消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V1大于V2;換言之，當(dāng)V1>V2時，混合堿組成NaOH 和 Na2CO3;下一步再根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式所對應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)的關(guān)系，將已知量（比如題目中已知混合堿的總質(zhì)量為ms，NaOH 和 Na2CO3的摩爾質(zhì)量分別為MNaOH和M）代入后，便可以得到各組分的含量表達(dá)式，如下所示：

按照同樣的理解方式，當(dāng)V1< V2時，混合堿組成為：Na2CO3和NaHCO3;我們再把它們在兩種指示劑下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式書寫出來：

此種情況注意的是當(dāng)往溶液中加入甲基橙指示劑進(jìn)行滴定的時候，溶液中NaHCO3的量是指酚酞作指示劑時反應(yīng)生成的NaHCO3和原混合堿本就含有的NaHCO3兩部分的總量。考慮到這些，再根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式所對應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)的關(guān)系，將已知量代入后，便可以得到這兩種成分各自含量的表達(dá)式，如下所示：

對常遇到的有關(guān)混合堿成分判定過程進(jìn)行詳細(xì)分析和講解，便更能有利于學(xué)生對該內(nèi)容的理解，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用，根據(jù)具體情況具體分析，靈活運(yùn)用所學(xué)知識來解決實(shí)際問題。比如下面這個例子：

“有一樣品溶液可能由NaOH、NaHCO3、Na2CO3中的一種或兩種組成，現(xiàn)取等體積的兩份上述溶液，分別以酚酞和甲基橙為指示劑，用同樣濃度的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。當(dāng)達(dá)到滴定終點(diǎn)時，消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積分別為V1和V2，如果V1

對其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這個問題雖然不是我們前面所講述的在同一個錐形瓶中，先向此溶液加入酚酞指示劑，用滴定劑鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，到達(dá)第一滴定終點(diǎn)時，記錄消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為V1;再在此基礎(chǔ)上向該溶液中加入甲基橙指示劑，再用同種鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，到達(dá)第二滴定終點(diǎn)時，記錄消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為V2，然后根據(jù)V1和V2的大小判定混合堿組分的問題，但根據(jù)題目涵義，這道題實(shí)際上等同于混合堿雙指示劑法的內(nèi)容。根據(jù)已知條件進(jìn)行分析，學(xué)生如果能找到這個切入點(diǎn)，那我們就可以迎刃而解了。解析過程可以表示為：

根據(jù)題目已知，用甲基橙作指示劑時，消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積可以這樣表示：題目中已知條件雖然是“V1

由此可以看出，解決這種類型問題的關(guān)鍵是根據(jù)題目要求明確酚酞作指示劑和甲基橙作指示劑時分別消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的大小關(guān)系，然后根據(jù)兩種情況下對應(yīng)體積的大小關(guān)系判定出混合堿的成分，再在此基礎(chǔ)上寫出反應(yīng)方程式，將已知條件代入便可解決問題。所以，只要我們明確了這個分析過程，不管題目如何變換，也都可以迎刃而解。

3.結(jié)語

通過假設(shè)混合堿中只有最簡單的一種成分進(jìn)行解析，找到解決雙指示劑法問題的本質(zhì)，追根溯源，需要明確以下幾點(diǎn)：（1）所用的雙指示劑分別為酚酞和甲基橙;（2）注意此分析過程是先向待分析溶液中加入酚酞，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，等酚酞變色之后，再在此基礎(chǔ)上向該溶液加入甲基橙指示劑，再用同種鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，找到兩種情況下所對應(yīng)體積的大小的關(guān)系;（3）每種指示劑進(jìn)行滴定的過程中，所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式要明確。如果混合堿中含有碳酸鈉，在用酚酞坐指示劑時，Na2CO3的產(chǎn)物為碳酸氫鈉，而不是CO2和H2O，這是問題的關(guān)鍵，務(wù)必要注意！

總之，“凡現(xiàn)象所表現(xiàn)的，沒有不在本質(zhì)內(nèi)的”。對于知識的學(xué)習(xí)，難題的解決，有人只是理解大意，而有的人則會探其本質(zhì)，尋找問題中最根本的點(diǎn)，掌握住要點(diǎn)，再結(jié)合解題技巧，才可以真正做到舉一反三，隨機(jī)應(yīng)變解決所碰到的實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)真正意義上知識為我所用。

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作者簡介：

魏紅（1979年11月-），女，講師，碩士，主要從事分析化學(xué)的教學(xué)與研究工作。

姜文清（1979年7月-），男，副教授，博士，主要從事物理化學(xué)的教研工作與表面活性劑物理化學(xué)的研究工作。