用NaOH溶液(0.1mol/L)滴定同浓度的甲酸(K=1.8 times 10^-4)溶液,应选用的指示剂是()A. 甲基橙(pK_({HIn)}=3.45)B. 百里酚蓝(pK_({HIn)}=8.9)C. 中性红(pK_({HIn)}=7.4)D. 甲基黄(pK_({HIn)}=3.25)
A. 甲基橙($pK_{\text{HIn}}=3.45$)
B. 百里酚蓝($pK_{\text{HIn}}=8.9$)
C. 中性红($pK_{\text{HIn}}=7.4$)
D. 甲基黄($pK_{\text{HIn}}=3.25$)
题目解答
答案
解析
本题考查酸碱滴定中指示剂的选择,解题的关键在于先计算出化学计量点时溶液的pH值,再根据指示剂的变色范围应尽可能接近化学计量点的pH值这一原则来选择合适的指示剂。
步骤一:分析滴定反应及化学计量点时的情况
用$NaOH$溶液滴定甲酸($HCOOH$),发生的反应为$HCOOH + NaOH = HCOONa + H_2O$。在化学计量点时,溶液中的溶质为$HCOONa$,它是强碱弱酸盐,会发生水解。
步骤二:计算$HCOO^-$的水解常数$K_h$
根据水的离子积常数$K_w = K_a \times K_h$(其中$K_w = 1.0\times10^{-14}$,$K_a$为甲酸的解离常数$1.8\times10^{-4}$),可得$HCOO^-$的水解常数为:
$K_h=\frac{K_w}{K_a}=\frac{1.0\times10^{-14}}{1.8\times10^{-4}}\approx5.56\times10^{-11}$
步骤三:计算化学计量点时溶液中$OH^-$的浓度
因为$K_h$较小,且$c/K_h\gt500$($c$为化学计量点时$HCOONa$的浓度,由于$NaOH$和甲酸等浓度等体积反应,所以$c = 0.05mol/L$),可以使用近似公式$[OH^-]=\sqrt{K_h\times c}$来计算$OH^-$的浓度:
$[OH^-]=\sqrt{5.56\times10^{-11}\times0.05}\approx5.27\times10^{-6}mol/L$
步骤四:计算化学计量点时溶液的pH值
根据$pOH = -\log[OH^-]$,可得$pOH = -\log(5.27\times10^{-6})\approx5.28$。
再根据$pH + pOH = 14$,可得$pH = 14 - 5.28 = 8.72$。
步骤五:选择合适的指示剂
指示剂的变色范围应尽可能接近化学计量点的pH值。
- 选项A:甲基橙$pK_{HIn}=3.45$,其变色范围约为$3.1 - 4.4$,与化学计量点的pH值相差较大,不合适。
- 选项B:百里酚蓝$pK_{HIn}=8.9$,其变色范围约为$8.0 - 9.6$,与化学计量点的pH值$8.72$接近,合适。
- 选项C:中性红$pK_{HIn}=7.4$,其变色范围约为$6.8 - 8.0$,与化学计量点的pH值相差较大,不合适。
- 选项D:甲基黄$pK_{HIn}=3.25$,其变色范围约为$2.9 - 4.0$,与化学计量点的pH值相差较大,不合适。