電位測量法之應用—酸鹼滴定
國立臺灣大學化學系，大學普通化學實驗，第十二版，國立臺灣大學出版中心：台 北，民國九十七年。
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臺大化學系普化教學組羅聲晴助教（2007.03.08）、林哲仁助教（2011.07.28）。
一、目的：學習配製及標定二級標準鹼溶液，並利用電位測量法決定食醋的當量點及酸 解離常數。
二、實驗技能：學習藥品稱量與配製、體積量測、分度吸量管、滴定管、酸鹼度測定計 之使用及作圖以決定當量點等實驗技能。
三、原理：
進行酸鹼中和滴定時，需先配製固定濃度的標準鹼或酸溶液，並標定其精確濃度，
再利用此已知濃度之標準鹼(酸)來滴定未知物溶液中酸或鹼之含量。
（一）標準酸或鹼的選取
在標定酸或鹼的濃度時，常選用一些分子量較大純度高的酸或鹼來做為滴定的標準 品，如鄰苯二甲酸氫鉀（potassium hydrogen phthalate，簡記為 KHP）等，稱之為一 級標準品，可用以定量我們所配製鹼（酸）液之精確濃度。而經滴定測得精確濃度 的標準鹼（酸）溶液，稱之為二級標準鹼（酸）。本實驗利用鄰苯二甲酸氫鉀以標 定所配製之氫氧化鈉溶液濃度。因KHP 為單質子酸（monoprotic acid），與氫氧化 鈉為1：1 中和（如式 1），故利用此化學計量關係可求出氫氧化鈉溶液的濃度。
HOOCC6H4COOK(aq) + NaOH(aq) C6H4(COO-)2(aq) + K+(aq) + Na+(aq) + H2O(l) (1)
（二）酸鹼中和當量點之決定
酸鹼滴定過程中，接近當量點時，pH 值的變化非常顯著，如圖 1 所示。以酸鹼度 測定計測量pH 值變化（電位滴定法）或以指示劑的顏色變化得知溶液滴定終點。
（三）酸鹼指示劑之選用
酸鹼指示劑通常為有機弱酸或鹼，會因氫離子濃度的變化而產生化學結構變化，進 而導致顏色改變。所以必須要預知當量點前後的氫離子濃度變化範圍，以選用正確 的指示劑，得到正確之滴定終點。
（四）電位滴定法
利用電位對於滴定劑（titrant）體積之變化曲線以決定該次滴定的當量點。一般決 定當量點的方法有三種：
1. 直接將 pH 讀值（或電位）對所加入的試劑體積作圖（如圖 1），所得曲線中 斜率最大的點即是當量點，此方法最為簡單，但誤差也較大。
圖1 酸鹼滴定曲線
2. 一次微分：計算滴定劑單位體積的pH 值變化（即pH/V 值），再以pH/V 對所加入的滴定劑體積作圖（如圖2），在曲線極大值之點即為當量點。
圖2 一次微分曲線
3. 更精確的方法，是將 pH 值對體積二次微分作圖（如圖 3），當2pH/V2 = 0 之點即為當量點（即圖中A、B 二點所連接之直線的 x 截距）。
圖3 二次微分曲線 0
5 10 15 20 25
20 22 24 26
NaOH(aq) 體積 (mL)
△pH/△V
當量點
-150 -100 -50 0 50 100 150
20 22 24 26
NaOH (aq) 體積 (mL)
△2 pH/△V2
當量點 A
B
2 4 6 8 10
20 22 24 26
NaOH(aq) 體積 (mL)
pH
當量點
（五）弱酸之酸解離平衡常數測定
弱酸（HA）在水溶液中僅部分解離，並與其共軛鹼（A－）以平衡狀態存在（式2）。
其酸解離平衡常數（Ka）之表示式，如式3 所示：
HA+ H2O H3O+ + A- (2)
[HA]
] ][A O Ka [H3
(3)
當以強鹼（如NaOH）滴定弱酸進行酸鹼中和反應：
HA + OH- A- + H2O (4) 達到半當量點（half-equivalence point）時，溶液中之[HA]＝[A－]，而[H3O+]＝Ka。
因此，由弱酸－強鹼滴定曲線半當量點之pH 值，即可得知此弱酸之 pKa值，如圖 4 所示。
圖4 弱酸－強鹼之滴定曲線
四、儀器與材料：酸鹼度測定計、電磁加熱攪拌器、磁攪拌子、分度吸量管（10 mL）、
安全吸球、滴定管（50 mL）、容量瓶（100 mL）、錐形瓶（250 mL，2 個）
五、藥品：食醋、標準pH 7.00 緩衝溶液、標準 pH 4.00 緩衝溶液、0.1% 酚酞指示劑
（phenolphthalein）、1 M 氫氧化鈉溶液（sodium hydroxide，NaOH）、鄰苯二甲酸氫 鉀（potassium hydrogen phthalate，HOOCC6H4COOK；簡記為 KHP）
註：KHP 需先於 110℃加熱烘乾 2 小時，並置於乾燥皿中冷卻後再行取用。
實驗流程：
配製二級標準鹼→以鄰苯二甲酸氫鉀標定氫氧化鈉→食醋之滴定以及 pH 值之測量
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
NaOH ( aq ) 體積 ( mL )
pH值
當量點 半當量點
六、實驗步驟：
步驟 示範
（一）二級標準鹼的配製
1.
使用準備室配製之1 M NaOH 溶液，以 100 mL 容量 瓶稀釋配製濃度為0.1 M NaOH 溶液 100 mL，並倒入 燒杯中備用。
註：於預習報告中寫下稀釋配方。
2.
取一支50 mL 滴定管沖洗乾淨，並以約 5 mL 的 0.1 M NaOH 溶液潤洗滴定管數次後加滿 之，讀取滴定管 初體積（Vi）至0.01 mL。
註：所配製之0.1 M NaOH 溶液需節約使用，以免不 夠作完全程實驗。滴定管之使用，請參考實驗技能與 示範影片。
（二）以鄰苯二甲酸氫鉀標定氫氧化鈉
1.
秤約0.2~0.22 g 鄰苯二甲酸氫鉀於 250 mL 錐形瓶 中，記錄精確重量，並加50 mL 蒸餾水溶解之。
註：KHP 使用分析天平精確秤重到 0.1 mg。
2.
加入2 滴酚酞指示劑，以 0.1 M NaOH(aq)滴定至溶液 呈粉紅色且30 秒不褪色，即達滴定終點，停止滴定。
記錄滴定終體積（Vf）至0.01 mL。
註：由KHP 之莫耳數，可先約略估算所需 NaOH 溶 液之滴定體積。
3. 利用NaOH(aq)之滴定體積（VNaOH＝Vf - Vi），計算氫
氧化鈉之精確濃度（MNaOH）。 nKHP = CNaOH × VNaOH
4. 重複步驟 13，進行二次重複（duplicate）試驗。
（三）食醋之滴定
1.
打開酸鹼度測定計電源熱機10 分鐘，並以 pH 7.00 及pH 4.00 之標準緩衝溶液校正之。
註：酸鹼度測定計之使用，請參考實驗技能與示範 影片。
2. 以分度吸量管準確量取3.0 mL 食醋置於 100 mL 燒 杯中，並加入約40 mL 蒸餾水及 2 滴酚酞指示劑。
3.
將pH 電極及溫度補償探棒浸於待測食醋溶液中，
並加入一顆磁攪拌子以攪拌混合溶液。
註：電磁加熱攪拌器，參考實驗技能示範影片。
4.
以0.1 M NaOH 滴定食醋水溶液，每滴加 1 mL 之 NaOH，讀記其 pH 值，至當量點附近 pH 值變化大 時（在本實驗中當pH 值達到 6 時），改為每滴加 0.2 mL 讀記其 pH 值，至 pH 值超過 9 時改為每滴 加1 mL 讀記其 pH 值，至 pH 值為 12 時停止滴定。
滴定過程中應同時觀察記錄溶液顏色之變化。
5.
滴定後溶液為醋酸鈉鹽類水溶液，可直接倒入水槽 排放。剩餘未污染之NaOH(aq)應倒入回收瓶中，供 其他實驗使用。電極應套上電極套。
