用0.1mol/L NaOH滴定0.1mol/L的甲酸(PKa=3.74),适用的指示剂为A. 甲基橙(pK=3.46)B. 百里酚兰(pK=1.65)C. 甲基红(pK=5.00)D. 酚酞(pK=9.10)E. 甲基蓝
A. 甲基橙(pK=3.46)
B. 百里酚兰(pK=1.65)
C. 甲基红(pK=5.00)
D. 酚酞(pK=9.10)
E. 甲基蓝
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查强碱滴定弱酸时指示剂的选择,需结合滴定终点的pH值与指示剂变色范围的关系。
解题核心思路:
- 确定滴定终点的pH:强碱(NaOH)滴定弱酸(甲酸)时,化学计量点的溶液由强碱弱酸盐(甲酸钠)的水解决定,溶液呈碱性。
- 计算化学计量点的pH:利用甲酸根的水解常数$K_b$,结合水解公式估算pH。
- 匹配指示剂:选择变色范围包含化学计量点pH的指示剂,通常指示剂的$pK$值应接近化学计量点的pH。
破题关键点:
- 强碱弱酸盐水解:甲酸根水解使溶液显碱性。
- 指示剂的变色范围:需覆盖化学计量点的pH,且指示剂的$pK$值应接近该pH。
步骤1:计算化学计量点的pH
-
反应方程式:
$\text{NaOH} + \text{HCOOH} \rightarrow \text{HCOONa} + \text{H}_2\text{O}$
化学计量点时,溶液中溶质为甲酸钠,浓度为$0.05\ \text{mol/L}$(原浓度$0.1\ \text{mol/L}$,反应后浓度减半)。 -
甲酸根的水解:
甲酸根($\text{HCOO}^-$)水解反应为:
$\text{HCOO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCOOH} + \text{OH}^-$
水解常数$K_b$由$K_w / K_a$计算:
$K_b = \frac{10^{-14}}{10^{-3.74}} \approx 1.82 \times 10^{-10}$ -
估算pOH和pH:
水解程度满足$K_b \ll c$,用近似公式:
$[\text{OH}^-] = \sqrt{K_b \cdot c} = \sqrt{1.82 \times 10^{-10} \cdot 0.05} \approx 9.54 \times 10^{-6}$
$\text{pOH} = -\log(9.54 \times 10^{-6}) \approx 5.02$
$\text{pH} = 14 - 5.02 = 8.98$
步骤2:选择指示剂
- 化学计量点pH约为9.0,需选择在此附近变色的指示剂。
- 选项分析:
- 甲基橙(pK=3.46)、百里酚兰(pK=1.65)、甲基红(pK=5.00):变色范围均在酸性区域,不适用。
- 酚酞(pK=9.10):变色范围为8.2~10.0,覆盖pH=9.0,符合要求。
- 甲基蓝:pK约为3.3,变色范围在酸性区域,排除。