酚酞指示劑堿溶液變色機理研究

趙金和，盧政明

(1.百色學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系，廣西 百色 533000；2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321061)

酚酞，化學(xué)式為C20H14O4，為白色或微帶黃色的細(xì)小晶體，難溶于水而易溶于酒精[1~2]，因此通常把酚酞配制成酒精溶液使用。酚酞是最重要的酸堿指示劑之一[3]。自英國科學(xué)家波義耳發(fā)現(xiàn)酸堿指示劑及1877年勒克人工合成酚酞指示劑以來，酚酞的乙醇溶液被廣泛用作化學(xué)、化工[4~5]、醫(yī)用化學(xué)[6]等基礎(chǔ)實驗常用試劑。多年來，在中學(xué)、大學(xué)化學(xué)教材乃至眾多學(xué)者都認(rèn)為酚酞指示劑遇堿顯示紅色，在酸性溶液中不顯色[7]。然而，大量化學(xué)工作者試驗研究表明，酚酞在弱堿性及中性水溶性中無色，在弱堿性溶液中呈紫紅色，酚酞的pH變色范圍為8.2~9.8。進一步的試驗指出，在強堿性溶液中酚酞的桃紅色褪去，在濃度較大的無機酸溶液中呈現(xiàn)綠色、棕黃色、粉色等不同顏色，且顏色隨酚酞指示劑濃度的增大而加深[8]。作者在前人系統(tǒng)研究酸溶液與酚酞作用的基礎(chǔ)上[9]，通過大量試驗，較為系統(tǒng)地研究了酚酞在不同堿溶液中的變色現(xiàn)象，并嘗試從最大吸收波長、pH值、空間位阻等角度探討了酚酞在不同濃度的堿溶液的變色機理，以使化學(xué)工作者對酚酞指示劑的性質(zhì)有較全面的認(rèn)識，為化學(xué)實驗和科學(xué)研究提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。

1 試驗部分

1.1 試劑及儀器

酚酞（AR），乙醇（AR），碳酸鈉（AR），硫化鈉（AR），氫氧化鈉（AR），苯胺（AR），乙二胺（AR），氨水（AR）。

721型可見分光光度計，雷磁精密pH計(pHS-3C)，容量瓶，移液管，量筒。

1.2 溶液的配制

酚酞指示劑：將0.1g 酚酞溶解于100mL 90%的乙醇中。將各種堿稀釋成不同指定濃度的堿溶液。

1.3 實驗步驟

將各種堿稀釋成不同指定濃度的溶液并分組；按組分別取不同濃度的堿溶液4mL于試管中，并依次向各試管中滴加1滴酚酞指示劑、過量酚酞指示劑（3滴）、將溶液稀釋1倍、2倍，觀察并記錄實驗現(xiàn)象

2 試驗現(xiàn)象及結(jié)果

酚酞指示劑在氫氧化鈉、氨水、硫化鈉、碳酸鈉、乙二胺、苯胺等六種溶液中的顏色變化、pH值及可見吸收波長分別見圖1~6。

圖1 酚酞在0.001M NaOH的吸收波長情況

圖2 酚酞在0.001M氨水的吸收波長情況

圖3 酚酞在0.001M Na2S的吸收波長情況

圖4 酚酞在0.001M Na2CO3的吸收波長情況

圖5 酚酞在0.001M乙二胺的吸收波長情況

圖6 酚酞在0.001M苯胺的吸收波長情況

3 結(jié)果分析

從以上實驗結(jié)果可以清楚地知道：（1）酚酞在NaOH、NH3·H2O、Na2S、Na2CO3和乙二胺中顯色（紅色的醌式結(jié)構(gòu)），在苯胺中不顯色（無色的內(nèi)酯式），這可能是由于苯胺的空間位阻較大和苯胺的堿性實在太弱的原因（Kb=3.98×10-10，溶液pH為6.65~7.74）。（2）圖1~5的正常顯色的5種堿，最大吸收峰的位置基本接近，都在540 nm左右，但圖5乙二胺最大吸收波長約在560 nm處，這表明在上述5種不同堿溶液中顯色物質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，但精細(xì)結(jié)構(gòu)有差別。由于乙二胺是富電子體，導(dǎo)致酚酞在乙二胺溶液中的最大吸收波長紅移。（3）圖1~5的吸光度大小順序都是淺紅色﹥黑色﹥草綠色﹥淡黃色。從曲線上的實驗操作說明可以看出，影響吸光度大小的最主要因素是顯色離子濃度，除此之外，溫度、溶液堿性大小對吸光度都有不同程度的影響。

4 討論與展望

部分吸光度數(shù)值大于1，還有苯胺的吸光度呈現(xiàn)負(fù)值，可能是配制酚酞時引入了乙醇，而參比溶液選擇水的原因。由于選擇吸光光度法作為實驗結(jié)果的主要監(jiān)測方法，大濃度堿溶液的實驗受到限制，堿溶液遇堿變紅再變無色的閾值沒能找出，值得進一步探索。

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