淺談分析化學中雙指示劑法知識點的學習方法

魏紅　姜文清

【摘要】本文針對學生在學習雙指示劑法時遇到的問題，對其講解方法進行了探討，并通過典型例子的解析，說明了解決雙指示劑法題目需要注意的問題以及關鍵點，明確了酚酞作指示劑和甲基橙作指示劑時分別消耗鹽酸標準溶液體積的大小關系。讓學生學會探究問題的本質，真正實現舉一反三，隨機應變解決碰到的實際問題。

【關鍵詞】分析化學? 雙指示劑法? 酸堿滴定法

【基金項目】齊魯師范學院2019年度教學改革研究項目（jg201911）;齊魯師范學院網絡在線開放課程項目（wlkc201723）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）07-0142-03

分析化學中雙指示劑法是酸堿滴定分析方法中應用比較廣泛的一種分析方法。在一些文獻資料中，探討過混合堿滴定分析中指示劑的選擇、混合堿分析方法的改進、混合堿中氫氧化鈉和碳酸鈉含量測定的影響因素與方法等內容，他們一般是根據確定的研究對象，大多從實驗的角度對雙指示劑法進行討論。所以，針對混合堿雙指示劑法知識點的掌握，綜合來說通常是利用課堂對其原理進行講解，再通過理論與實踐相結合的方式，開展相關實驗加深鞏固雙指示劑法原理的學習。通過調研學生學情，發現學生對于雙指示劑法的原理和實驗過程都能較好地理解，但對于雙指示劑法題目的解題卻有些手足無措。這主要是有關雙指示劑法的題目類型豐富和變化多樣導致的，當題目與課堂上所講解的不同或發生變化時，學生就很容易出錯。這說明學生對于雙指示劑法知識點的真正內涵掌握得并不是很透徹[1-4]。因此，本文將對雙指示劑知識點的學習談談自己的看法。

1.雙指示劑法知識點的原理

雙指示劑法的原理指的是準確稱取一定量試樣，溶解后以酚酞為指示劑，用鹽酸標準溶液作滴定劑滴定到指示劑變色（由紅色至紅色剛好消失），即為到達第一滴定終點（可表示為ep1），記錄消耗鹽酸標準溶液的體積為V1;在此基礎上，向該溶液中加入甲基橙指示劑，用同一濃度的鹽酸標準溶液作為滴定劑滴定到指示劑變色（由黃色變為橙色），即為到達第二滴定終點（可表示為ep2），記錄此時消耗鹽酸標準溶液的體積為V2。根據兩個滴定終點所消耗鹽酸標準溶液的體積V1和V2的大小判定混合堿的各組分，再依據具體的組分進行各組分含量的計算[5]。

2.雙指示劑法的解析過程

對于圖1所示的混合堿五種情況的判定，通常是直接采用兩種成分組成的混合堿，比如燒堿中NaOH和Na2CO3含量的測定為例進行講解。根據此種講解方法，如果已知混合堿成分，則根據分析過程，我們可以推斷出到達第一滴定終點所消耗的鹽酸標準溶液體積V1和到達第二滴定終點所消耗的鹽酸標準溶液體積V2的大小關系。但反過來，如果我們知道到達第一滴定終點所消耗的鹽酸標準溶液體積V1和到達第二滴定終點所消耗的鹽酸標準溶液體積V2的大小關系，學生就往往不能明確混合堿的具體成分了，這就說明這種講解方法很難讓學生從本質上來理解該內容，更談不上對其進行知識拓展了。所以，對本部分內容的講解，我們從學生理解問題的角度進行思考，把握住所探討問題的關鍵之處，找到所講內容的切合點，由簡入繁，通過引導、啟發的方式，激發學生想要去解決這種問題的興趣，充分發揮學生的主體作用[6-9];然后再循序漸進對這部分內容進行詳細解析，從而達到學生更深層次的學習效果。此解析方式如下：

假設我們所探討的混合堿中只有Na2CO3一種組分，其中所用滴定劑鹽酸標準溶液的濃度可表示為cHCl。在進行詳細講解過程之前，先讓學生思考兩個小問題：第一個問題是在混合堿中如果只有Na2CO3一種組分的情況下，采用雙指示劑滴定法，溶液中可能會發生哪些化學反應方程式;第二個問題是到達第一滴定終點所消耗的鹽酸標準溶液體積V1和到達第二滴定終點所消耗的鹽酸標準溶液體積V2有無關聯？讓學生思考之后，我們再進入課堂講解。假設此混合堿中Na2CO3的物質的量為x，先往該溶液中加入酚酞作指示劑，用滴定劑鹽酸標準溶液滴定，當到達第一滴定終點時，消耗鹽酸標準溶液的體積可記錄為V1;在此基礎上，再向該溶液中加入甲基橙指示劑，再用同一滴定劑鹽酸標準溶液進行滴定，到達第二滴定終點時，消耗鹽酸標準溶液體積記錄為V2。根據以上實驗內容，我們便可以表示出相對應的反應方程式，如下：

可以看出：由于Na2CO3的物質的量為x，所以在用酚酞做指示劑的時候，所消耗的鹽酸標準溶液的物質的量也是x，生成的碳酸氫鈉的物質的量也是x，這個地方務必注意的是用酚酞作指示劑時，Na2CO3的產物為碳酸氫鈉，而不是CO2和H2O，這是這個問題的關鍵所在。為了加深學生對這個知識點的理解，此處可以讓學生思考：此時溶液中的反應為什么不會生成CO2和H2O？然后再進行闡述：這是因為酚酞指示劑的變色范圍為8.0～10.0，到達酚酞指示劑的變色點時，此時的溶液是偏堿性的，所以生成的產物為碳酸氫鈉，而不會是CO2和H2O;下一步再在此基礎上，往溶液中添加甲基橙指示劑，發生的反應是：由上一步反應生成的碳酸氫鈉和滴定劑鹽酸標準溶液的反應，根據前面分析，此時所消耗的滴定劑鹽酸標準溶液的物質的量也是x。由于兩次滴定過程中所應用的滴定劑鹽酸標準溶液是同一標準溶液，它們濃度是相同的，所以根據這兩種指示劑所對應的反應方程式，我們便可以得出，如果混合堿中只有Na2CO3這一種成分，則V1=V2;反之，當利用雙指示劑法，測定混合堿的時候，如果得出V1=V2，那么混合堿的成分就只有Na2CO3這一種物質。在這個過程中務必要注意的是：V2不包含V1，即V2是凈體積。

在學生能真正理解假設混合堿只有Na2CO3這一種組分的基礎上，再進一步假設如果混合堿是NaOH和Na2CO3兩種組分的話，按照同樣的原理進行分析，便可以得出分別用酚酞指示劑和甲基橙指示劑指示滴定終點時，所發生的化學反應如下：

按照前面所講述的方法，根據反應方程式的推理，便可以得出消耗鹽酸標準溶液的體積V1大于V2;換言之，當V1>V2時，混合堿組成NaOH 和 Na2CO3;下一步再根據化學反應方程式所對應的化學計量系數的關系，將已知量（比如題目中已知混合堿的總質量為ms，NaOH 和 Na2CO3的摩爾質量分別為MNaOH和M）代入后，便可以得到各組分的含量表達式，如下所示：

按照同樣的理解方式，當V1< V2時，混合堿組成為：Na2CO3和NaHCO3;我們再把它們在兩種指示劑下發生的化學反應方程式書寫出來：

此種情況注意的是當往溶液中加入甲基橙指示劑進行滴定的時候，溶液中NaHCO3的量是指酚酞作指示劑時反應生成的NaHCO3和原混合堿本就含有的NaHCO3兩部分的總量。考慮到這些，再根據化學反應方程式所對應的化學計量系數的關系，將已知量代入后，便可以得到這兩種成分各自含量的表達式，如下所示：

對常遇到的有關混合堿成分判定過程進行詳細分析和講解，便更能有利于學生對該內容的理解，讓學生能夠學以致用，根據具體情況具體分析，靈活運用所學知識來解決實際問題。比如下面這個例子：

“有一樣品溶液可能由NaOH、NaHCO3、Na2CO3中的一種或兩種組成，現取等體積的兩份上述溶液，分別以酚酞和甲基橙為指示劑，用同樣濃度的鹽酸標準溶液進行滴定。當達到滴定終點時，消耗鹽酸標準溶液的體積分別為V1和V2，如果V1

對其進行分析，發現這個問題雖然不是我們前面所講述的在同一個錐形瓶中，先向此溶液加入酚酞指示劑，用滴定劑鹽酸標準溶液進行滴定，到達第一滴定終點時，記錄消耗鹽酸標準溶液的體積為V1;再在此基礎上向該溶液中加入甲基橙指示劑，再用同種鹽酸標準溶液進行滴定，到達第二滴定終點時，記錄消耗鹽酸標準溶液的體積為V2，然后根據V1和V2的大小判定混合堿組分的問題，但根據題目涵義，這道題實際上等同于混合堿雙指示劑法的內容。根據已知條件進行分析，學生如果能找到這個切入點，那我們就可以迎刃而解了。解析過程可以表示為：

根據題目已知，用甲基橙作指示劑時，消耗鹽酸標準溶液的體積可以這樣表示：題目中已知條件雖然是“V1

由此可以看出，解決這種類型問題的關鍵是根據題目要求明確酚酞作指示劑和甲基橙作指示劑時分別消耗鹽酸標準溶液體積的大小關系，然后根據兩種情況下對應體積的大小關系判定出混合堿的成分，再在此基礎上寫出反應方程式，將已知條件代入便可解決問題。所以，只要我們明確了這個分析過程，不管題目如何變換，也都可以迎刃而解。

3.結語

通過假設混合堿中只有最簡單的一種成分進行解析，找到解決雙指示劑法問題的本質，追根溯源，需要明確以下幾點：（1）所用的雙指示劑分別為酚酞和甲基橙;（2）注意此分析過程是先向待分析溶液中加入酚酞，用鹽酸標準溶液進行滴定，等酚酞變色之后，再在此基礎上向該溶液加入甲基橙指示劑，再用同種鹽酸標準溶液進行滴定，找到兩種情況下所對應體積的大小的關系;（3）每種指示劑進行滴定的過程中，所發生的化學反應方程式要明確。如果混合堿中含有碳酸鈉，在用酚酞坐指示劑時，Na2CO3的產物為碳酸氫鈉，而不是CO2和H2O，這是問題的關鍵，務必要注意！

總之，“凡現象所表現的，沒有不在本質內的”。對于知識的學習，難題的解決，有人只是理解大意，而有的人則會探其本質，尋找問題中最根本的點，掌握住要點，再結合解題技巧，才可以真正做到舉一反三，隨機應變解決所碰到的實際問題，實現真正意義上知識為我所用。

參考文獻：

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作者簡介：

魏紅（1979年11月-），女，講師，碩士，主要從事分析化學的教學與研究工作。

姜文清（1979年7月-），男，副教授，博士，主要從事物理化學的教研工作與表面活性劑物理化學的研究工作。