實驗十三、電位滴定法之應用－酸鹼滴定

實驗十三、電位滴定法之應用－酸鹼滴定

一 、 目 的 ： 學 習 配 製 及 標 定 二 級 標 準 鹼 溶 液 ， 並 利 用 電 位 滴 定 法

（potentiometric titration ）測 定食 醋中 的醋 酸濃度 及酸 解離 常數 （acid dissociation constant，K

）。

二、實驗技能：學習藥品稱量與配製、刻度吸量管、滴定管、酸鹼度測定計之 使用及作圖等實驗技能。

三、原理：

（一）標準酸或鹼溶液濃度之標定

進行酸鹼中和滴定時，一般需先配製固定濃度的標準鹼或酸溶液並標 定其精確濃度，再利用此已知濃度溶液來滴定未知溶液中酸或鹼之含量。

在標定酸或鹼的濃度時，常選用一些純度高、穩定性佳、不含結晶水、溶 解度好、化學式量較大的酸或鹼來做為一級標準品（primary standard），利 用一級標準酸（鹼）可定量我們所配製鹼（酸）液之精確濃度。經滴定測 得精確濃度的標準鹼（酸）溶液，稱之為副標準鹼（酸），或是二級標準 鹼 （ 酸 ） 。 常 用 的 一 級 標 準 酸 為 鄰 苯 二 甲 酸 氫 鉀 （ potassium hydrogen phthalate，簡記為 KHP），一級標準鹼是碳酸鈉（sodium carbonate）。本 實驗利用鄰苯二甲酸氫鉀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 13-1），故利用 此化學計量關係可求出氫氧化鈉溶液的濃度。

HOOCC

H

COOK(aq) + NaOH(aq) 

C

H

(COO

)

(aq) + K

(aq) + Na

(aq) + H

O(l) (13-1)

（二）酸鹼中和當量點之決定

由於在酸鹼滴定過程中，接近當量點時 pH 值的變化非常顯著，如圖

13-1 所示，因此，可用酸鹼度測定計（pH-meter）測量 pH 值變化（電位 滴定法）或以酸鹼指示劑的顏色變化得知溶液滴定終點。

圖 13-1 酸鹼滴定曲線

（三）酸鹼指示劑的選用

酸鹼指示劑本身為一種弱的有機酸（具酸解離常數 K

）或弱的有機 鹼。隨著溶液的 pH 值變化而產生化學結構改變，進而導致顏色變化。由 於不同的酸鹼指示劑顏色變化的 pH 範圍不同（pK

知當量點前後的 pH 變化範圍，以選用正確的指示劑，得到正確之滴定終 點。例如：以 KHP 為一級標準品標定 NaOH 溶液時，使用為指示劑。由 於酸鹼指示劑本身亦為弱的有機酸或鹼，為減少指示劑所造成之滴定誤差，

滴定時僅加數滴，或有時必須做空白滴定（blank titration）來消除此一誤 差。

（四）電位滴定法

電位滴定法常應用於酸鹼滴定、氧化還原滴定或沉澱滴定實驗。針對 不同性質之待測溶液，選取一個適當的指示電極量測滴定過程中電位的變 化，並於每滴加一次試劑後測量記錄其電位，最後利用此電位對於滴定劑

（titrant）體積之變化曲線以決定該次滴定的當量點。以酸鹼滴定為例：當 接近當量點時溶液 pH 值會大幅度的變化，利用此特性將溶液 pH 值對滴定 劑體積（V）作圖（圖 13-1），所得曲線中斜率最大的點即是當量點。

（五）弱酸之酸解離常數測定

2 4 6 8 10

20 22 24 26

pH

NaOH(aq) 體積 (mL)

當量點

弱酸（HA）在水溶液中僅部分解離，與其共軛鹼（A

）以平衡狀態 存在（式 13-2）。其酸解離平衡常數之表示式，如式 13-3 所示：

HA(aq) + H

O(l) H

O

(aq) + A

(aq) (13-2)

[HA]

] ][A O K

[H



 

(13-3)

當以強鹼（如 NaOH）滴定弱酸進行酸鹼中和反應（式 13-4）：

HA(aq) + OH

(aq)  A

(aq) + H

O(l) (13-4) 達到半當量點（half-equivalence point ）時，溶液中之[HA]＝[A

] ，故 [H

O

] ＝ K

。因此，強鹼/弱酸滴定曲線半當量點之 pH 值，即為此弱酸 之 pK

值（圖 13-2），這常應用於測定弱酸的 pK

值。

圖 13-2 弱酸－強鹼之滴定曲線與半當量點

四、 儀器與材料：

酸鹼度測定計、標準 pH 7.0 緩衝溶液、標準 pH 4.0 緩衝溶液、電磁加熱 攪拌器、磁攪拌子、容量瓶（100 mL）、滴定管（50 mL）、漏斗、錐形 瓶（125 mL，2 個）、刻度吸量管（5 mL，共用）、安全吸球、分析天平、

面紙。

五、藥品：

食醋

1% 酚酞指示劑（phenolphthalein）

0 2 4 6 8 10 12

0 10 20 30 40 50

pH值

NaOH(aq)體積(mL)

半當量點

當量點

pK

1 M 氫氧化鈉溶液（sodium hydroxide，NaOH）

鄰苯二甲酸氫鉀（potassium hydrogen phthalate，HOOCC

H

COOK，簡記 為 KHP。KHP 需於 110

C 加熱烘乾 2 小時並置乾燥皿中冷卻後再取用）

六、實驗步驟：

（一）二級標準鹼的配製

1. 以 100 mL 容量瓶稀釋 1 M 之 NaOH 溶液，配製濃度為 0.1 M 之 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. 將一支 55 mL 滴定管沖洗乾淨，以約 5 mL 之 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（V

）至 0.01 mL。

註：節約使用 0.1 M NaOH 溶液，以免不夠作完全程實驗。清洗及使 用滴定管時須小心，以避免折斷，操作方法參考實驗技能與示範 影片。

（二）標定氫氧化鈉

3. 稱約 0.2～0.22 g 鄰苯二甲酸氫鉀於 125 mL 錐形瓶中，記錄精確重量，

並加 50 mL 蒸餾水溶解之。

註：使用分析天平精確稱量 KHP 之重量到 0.1 mg。

4. 滴加 2 滴酚酞指示劑，以 0.1 M NaOH 滴定至溶液呈粉紅色且 30 秒不 褪色，達滴定終點停止滴定。記錄滴定終體積（V

）至 0.01 mL。

註：可先由 KHP 之莫耳數，約略估算 NaOH 溶液之滴定體積。

5. 重複步驟 3、4，進行第二次重複試驗。

6. 利用 NaOH 滴定體積（V

＝ V

V

）計算精確濃度（C

），以 平均值作為 NaOH 溶液之標定濃度。

（三）校正酸鹼度測定計

7. 接好主機電源，壓按"POWER"鍵打開電源，熱機 10 分鐘。

8. 壓按"MODE"鍵至螢幕右下顯示『

C』確認溶液溫度並記錄數值；再壓

按"MODE"鍵至螢幕右上顯示『pH』功能，進行儀器校正。

9. 壓按"HOLD"鍵鎖住螢幕數值，清洗電極與測溫棒並沾拭乾後，放入 pH 7.0 緩衝溶液中，再次壓按"HOLD"鍵以解除鎖定。

10. 調整"CALIB."鈕至測量值顯示為「7.00」。

11. 清洗電極並改為置放於 pH 4.0 緩衝溶液，調整"SLOPE"鈕至測量值顯 示為「4.00」，完成儀器校正。

註：酸鹼度測定計之校正與使用，參考實驗技能與示範影片。

（四）食醋之滴定

12. 以 5 mL 刻度吸量管精確量取 2.5 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。

13. 參考圖 13-3，將 pH 電極及測溫棒置於待測食醋溶液中，並加入一顆磁 攪拌子以攪拌混合溶液。

註：pH 電極之前端應充分浸入於待測溶液中以維持穩定測量，攪拌子 與電極之位置應錯開避免撞擊。電磁加熱攪拌器之操作，參考實 驗技能與示範影片。

14. 以 0.1 M NaOH 滴定食醋水溶液，每滴加 1 mL 之 NaOH 溶液，讀記一 次 pH 值，當快達到當量點時，pH 值變化較大（約為 pH 6），改為每 滴加 0.2~0.3 mL 讀記一次。pH 值超過 10 時改為每滴加 1 mL 讀記一次 pH 值，至 pH 值超過 11 時停止滴定。滴定過程中應同時觀察記錄溶液 顏色之變化。

圖 13-3 酸鹼度測定計與滴定裝置

七、參考資料：

1. Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J. Fundamentals of Analytical

2. Harris, D. C. Quantitative Chemical Analysis, 5th ed.; W. H. Freeman and Co.:

New York, 1999.

3. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 3rd ed.; Houghton Mifflin Co.: New

York, 1998; p.286.

姓名 _______________ 系別 _______________ 組別 ______________

學號 _______________ 日期 _______________

實驗十三、電位滴定法之應用－酸鹼滴定

一、實驗數據與結果

（一）二級標準鹼 0.1 M NaOH 之配製方法（含工具的使用操作）：

（二）以鄰苯二甲酸氫鉀標定氫氧化鈉溶液的濃度 試驗 KHP

重量 (g)

V

(mL)

V

(mL)

V

= V

－ V

(mL)

C

(M) 1

2

NaOH 平均濃度：______________

計算式

（三）食醋之滴定

1. 食醋品牌：

2. 食醋酸度標示：

3. 食醋滴定取量： mL

4. NaOH 標準溶液滴定食醋之 pH 測定值

V

pH 顏色 V

pH 顏色

5. 以 pH 值為 y 軸，NaOH(aq)滴定體積（V）為 x 軸作酸鹼滴定曲線圖，

決定當量點與當量體積。

6. 若假設食醋中所含之酸只有醋酸（CH

COOH），利用當量體積，計算 食醋中醋酸的體積莫耳濃度（mol/L）及重量百分濃度（%，w/w），並 與包裝上所標示之含量比較，設食醋之密度為 1.0 g/cm

。

7. 藉由當量體積計算半當量體積；並利用滴定曲線實驗數據決定醋酸之

pK

值，以與文獻值比較。