手持技術探究酚酞的配制

◆李雙 王敬文 霍愛新

1 問題提出

目前，在初中、高中化學教學中使用的指示劑主要有酚酞、紫色石蕊和甲基橙。尤其是在酸堿滴定實驗中，酚酞指示劑是最常用的。指示劑都有一定的變色范圍，高中化學教材中，酚酞指示劑的pH 變色范圍是8.2 ～10.0，但是教材中并沒有說明酚酞指示劑的配制方法。查閱資料，發現酚酞指示劑的配制方法有多種。

第一種，國標配制方法：稱取0.5g 酚酞，用95%乙醇溶解，并稀釋至100 mL，無須加水[1]。

第二種，采用60%的酒精水溶液作為溶劑，稱取0.1 g酚酞，溶于100 mL60%的酒精水溶液中。

第三種，稱取0.1 g 酚酞，加60 mL 95%的乙醇，然后用去離子水定容至100 mL[2]。

第四種，化學實驗員速查手冊法：每升90%的乙醇中溶解1 g 酚酞[3]。

那么不同的酚酞配制方法，對滴定終點是否有影響呢？本實驗借助手持技術對資料中四種不同濃度酚酞指示劑的變色終點的pH 進行準確記錄，以探究較好的配制方法。

2 手持技術簡介

手持技術是一種現代化、高科技的實驗工具，又稱掌上實驗，是一種常用的傳感器技術，是由數據采集器、（溫度、pH、溶解氧、電導率、CO2濃度等）傳感器和配套軟件組成的定量采集數據（包括物理、化學和生物數據等）并能與計算機連接的數字化實驗系統。與傳統的常規實驗相比，數字實驗解決了傳統實驗中只能定性不能定量，定量卻無法體現過程的現狀；并實現實驗研究的多樣化，同時成為傳統實驗的一個很好的補充，給學生科學運用探究性學習方法提供了一個強有力的工具。手持技術最突出的特點有以下幾點。

1）攜帶便捷：數據采集器和傳感器都比較小，在掌上就能進行操作，便于教師和學生隨時進行實驗探究活動，打破了空間的限制。

2）實時監控：實驗過程與數據變化過程是同步進行的，數據可以實時傳輸，而且可以回放、保存。

3）數據準確：可以計算機自動收集實驗數據，也可以手動收集研究者想要得到階段的實驗數據，大大降低人為的不可控誤差。

4）綜合實驗：數據采集器的數據輸出口不止一個，因此，研究者可以在同一時間進行同一反應不同數據的收集，可以同時進行不同角度的探索，增大研究的范圍。

5）動態直觀：數據的表征形式既可以通過表格、曲線、圖像、數字多種表現形式動態地觀察實驗的全過程，也可以以視頻的形式將過程直觀地呈現在學生面前。

將手持技術應用于中學化學實驗教學與研究性學習，能轉變學生的學習方式，培養學生的科學探究能力和創新精神，體現新一輪基礎教育改革的思想和理念。

3 實驗目的

選擇不同的酚酞配制方法，使滴定終點（變色）盡量接近pH 為7，盡量減小滴定終點的系統誤差。

4 實驗原理

酸堿中和滴定實驗的選擇具體的酸堿反應和酸堿的濃度對滴定終點的變色會有一定的影響。高中化學酸堿滴定一般采用的酸堿濃度為0.1 mol/L。本實驗采用0.1 mol/L 稀鹽酸滴定0.1 mol/L NaOH 溶液。

酚酞變色范圍的影響因素由于酚酞為有機物，水中溶解度很小，小于0.1 g/100 mL，但易溶于乙醇，因此，酚酞一般用乙醇配制，而乙醇的濃度直接影響酚酞的溶解度。由于酚酞為有機物弱酸，酚酞的濃度也會影響滴定終點的觀察，最終配制的酚酞溶液的濃度會影響滴定終點顏色的變化。

手持技術的選擇利用pH 傳感器和PASCO 數據采集器及DataStudio 分析軟件，實時采集混合溶液的pH并同步轉化為圖像輸出。在實驗過程中準確記錄指示劑變色時的pH，找到最接近7 的配制。

根據以上實驗原理所需實驗試劑包括0.1mol/L 濃鹽酸、0.1mol/L 氫氧化鈉、95%的乙醇、蒸餾水、酚酞固體；儀器包括PASCO 數據采集器、高精度滴定計、pH傳感器、計算機及DataStudio 軟件。

5 實驗步驟

第一步：向四組0.1 mol/L NaOH 溶液中分別滴加一滴不同配制方法配制的酚酞作為指示劑，溶液顯紅色。

第二步：將實驗裝置與電腦連接并打開軟件Data-Studio →將“圖表1”拖拽到“pH”上，出現“pH”圖像窗口。

第三步：將0.1 mol/L 稀鹽酸倒入滴定計，打開滴定計下端旋塞，同時點擊電腦中的“啟動”按鈕，記錄滴定過程。

第四步：仔細觀察溶液顏色，當溶液開始變無色時，立即關閉滴定計下端旋塞，停止滴加稀鹽酸，待pH 穩定即兩物質充分反應時，記錄混合溶液的pH，以備分析。

6 實驗指標的確立

學生在初中階段學習酸堿中和滴定實驗時以定性為主，而高中階段則在此基礎上增加了定量的要求。雖然實驗的精確度要求不高，但是指示劑的靈敏度越高，精確度會越好，實驗值與理論計算值就會越接近，如滴定曲線的繪制、中和熱的測定、食醋中乙酸含量的測定等實驗，都需要定量。指示劑的靈敏度和精確度對實驗有直接影響，因此，探究較佳的酚酞指示劑的配制方法，使其能更敏銳地顯示酸堿中和滴定的終點，滴定結果正好在滴定曲線突躍范圍之內就顯得尤為重要了。故本實驗選取反應結束后溶液的pH 偏離7 的百分比作為實驗指標：

7 實驗數據記錄與實驗結果

實驗一：稱取0.5 g 酚酞，用95%乙醇溶解，并稀釋至100mL，無須加水。pH在5.29的時候，指示劑變色，如圖1所示。

圖1 0.5 g 酚酞95%乙醇溶液指示劑

圖2 0.1 g 酚酞60%乙醇溶液指示劑

圖3 0.1 g 酚酞95%乙醇溶液指示劑

實驗二：采用60%的酒精水溶液作為溶劑，稱取0.1 g酚酞，溶于100 mL 60%的酒精水溶液中。pH 在6.03 的時候，指示劑變色，如圖2 所示。

圖4 0.1 g 酚酞90%乙醇溶液指示劑

實驗三：0.1 g 酚酞加60 mL 95%的乙醇，然后用去離子水定容至100 mL。pH 在6.95 的時候，指示劑變色，如圖3 所示。

實驗四：稱取0.1 g 酚酞，用90%乙醇溶解，并稀釋至100 mL，無須加水。pH 在6.37 的時候，指示劑變色，如圖4 所示。

最佳配比：將四組實驗數據用表格進行對比，并計算pH偏離7百分比，數據如表1所示。可見，基于本實驗的探究，第三種酚酞指示劑配制方法較佳，即準確稱取0.1g 酚酞，并用95%乙醇溶解，在中學化學鹽酸和氫氧化鈉的滴定實驗中可以最大限度減小誤差。

表1 實驗數據處理

8 研究反思

首先，酚酞溶液的濃度越小，pH 偏離7 的百分比越小，即指示劑配制過程中所造成的系統誤差對酸堿中和滴定終點指示的影響越小，對滴定終點的顯示也就越精確，指示劑的靈敏度越高；其次，配制酚酞的試劑，相比較是95%的乙醇效果較好，這與酚酞屬于有機物相統一；最后，本實驗局限于高中典型的酸堿中和滴定——鹽酸和氫氧化鈉的反應，對不同酸堿的中和滴定也許會有不同的結果，并沒有進行嘗試，有待進一步探究。■