我們在做實驗時 常用到許多強酸和強鹼 使用後剩下的藥品不可直接傾倒在水槽 需要進行酸鹼中和後 依規定回收廢液 那我們要怎麼知道要加入多少的酸鹼來進行中和呢？ 在過程中溶液的pH值變化又是如何呢？ 在這支影片中 讓我們用強酸強鹼的滴定曲線來進行說明 所謂滴定 是將已知濃度的標準溶液加入未知濃度的待測溶液中 利用指示劑或其他工具的輔助 計算待測溶液濃度的實驗方法 常見的滴定有酸鹼滴定、氧化還原滴定 沉澱滴定和錯合滴定等 而將滴定過程中加入的溶液體積和pH值變化繪製成圖 即為滴定曲線 為了更瞭解滴定曲線 讓我們來試著計算在已知濃度的鹽酸溶液中 滴入不同體積的氫氧化鈉後 溶液的pH值分別為何 以0.1 M的氫氧化鈉滴定0.1 M的鹽酸50毫升為例 溶液pH值的計算是這麼做的： 在未加入氫氧化鈉之前 可以直接以鹽酸的濃度來計算pH值 由於鹽酸為強酸 在水中會完全解離 故水溶液中鹽酸的濃度會等於氫離子的濃度0.1 M 即10的負一次方M pH等於氫離子濃度取對數後再加上負號所得數值 此時水溶液的pH值為1 如果在50毫升的鹽酸溶液中滴入25毫升的氫氧化鈉溶液 此時溶液的pH值為多少呢？ 由於鹽酸為強酸、氫氧化鈉為強鹼 故在酸鹼中和反應式可寫作畫面的式子 因為酸鹼中和為水解離的逆反應 已知水的解離反應程度很低 所以酸鹼中和可視為幾乎百分之百反應 在反應前 鹽酸的莫耳數為5毫莫耳 加入的氫氧化鈉莫耳數為2.5毫莫耳 酸鹼中和時氫氧化鈉會全部用盡 鹽酸則剩下2.5毫莫耳 此時混合溶液的總體積為25加50 等於75毫升 故鹽酸的濃度 也就是氫離子濃度如畫面所示 即為三分之一乘10的負一次方M 此時水溶液的pH值等於取負log後等於1.48 則溶液為酸性 如果繼續滴入氫氧化鈉 直到加入了49毫升氫氧化鈉 溶液的pH值會變成多少呢？ 此時 鹽酸的莫耳數為5毫莫耳 加入的氫氧化鈉莫耳數為4.9毫莫耳 請同學們按下暫停鍵算算看 混合後溶液中會剩下什麼離子？ 濃度又是多少呢？ 根據反應式 酸鹼中和時會用盡的仍是氫氧化鈉 剩下0.1毫莫耳的鹽酸 此時混合溶液的總體積為49加50 等於99毫升 故氫離子濃度如畫面計算 約為10的負三次方M 此時水溶液的pH值約等於3 溶液仍為酸性 如果加入50毫升的氫氧化鈉呢？ 此時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數都是5毫莫耳 酸鹼中和後兩者皆完全用盡 此時溶液剩下不會水解的鈉離子、氯離子 溶液為中性 pH值為7 如果再加入更多的氫氧化鈉 可推測反應後會剩下部分的氫氧根離子 溶液為鹼性 我們用一樣的方法來計算溶液的pH值 加入51毫升的氫氧化鈉時 氫氧化鈉莫耳數等於5.1毫莫耳 根據反應式 此時用盡的反而是鹽酸 剩下0.1毫莫耳的氫氧化鈉 氫氧化鈉的濃度 也就是氫氧根離子濃度約等於10的負3M 即pOH等於3 若為25度C 因為pH加pOH等於14 所以pH等於11 此時溶液為鹼性 接著輪到你了 請計算若加入75毫升的氫氧化鈉後 溶液的pH值和酸鹼性應該為何？ 在反應前 5毫莫耳的鹽酸 加入 7.5 毫莫耳的氫氧化鈉 酸鹼中和時鹽酸會全部用盡 剩下2.5毫莫耳的氫氧化鈉 此時氫氧根離子濃度為2乘10的負二次方M 而水溶液的pOH值等於1.7 則pH值為12.3 溶液為鹼性 利用我們剛剛所計算所得的pH值 即可繪製以加入的氫氧化鈉溶液體積為X軸 pH值變化為Y軸的強鹼滴定強酸的曲線 將數據標示在座標圖上 並以平滑曲線連接之後 得到滴定曲線如畫面所示 由圖中我們可以發現 剛開始加入氫氧化鈉時 溶液的pH變化很小 滴定曲線上升斜率平緩 而在強酸強鹼滴定的過程中 當強酸提供的氫離子莫耳數 等於強鹼提供的氫氧根離子莫耳數時 稱作當量點 以畫面的圖表為例 加入氫氧化鈉溶液50毫升時即為當量點 在當量點前後溶液的pH值有大幅度的變化 這一段的滴定曲線幾乎為垂直線 當酸鹼滴定達pH值為7時 我們稱為中性點 由圖可知 當強酸強鹼滴定時 當量點即為中性點 利用當量點 「酸提供的氫離子莫耳數等於鹼提供的氫氧根離子莫耳數」的原理 即可求出未知物濃度 但因為鹽酸和氫氧化鈉都是無色 所以需要酸鹼指示劑協助找到當量點 最好的指示劑應該是變色範圍為5至8 恰好落於當量點的石蕊指示劑 而指示劑變色的點稱為滴定終點 但由滴定曲線可知 因為當量點前後的pH變化極大 所以只要選擇變色範圍落在垂直線段變色的指示劑 讓滴定終點時的氫氧化鈉用量和當量點時的氫氧化鈉用量 幾乎相等即可 例如 酚酞指示劑的變色範圍為pH 8.3至pH 10 所以即使達到當量點了 溶液仍呈現無色 但只要再多加入1滴的氫氧化鈉 溶液的pH值即會超過10 我們可以觀察到溶液由無色變為粉紅色 而變色範圍在pH 4.4至6.2的甲基紅 也是可以選用的指示劑 在今天的影片裡 我們學會了 如何計算不同體積的強酸強鹼混合後的pH值 在酸鹼滴定過程中 可利用加入的氫氧化鈉溶液體積和pH值關係繪製成滴定曲線 在圖形中接近鉛垂直線中點（即當量點） 此時強酸提供的氫離子莫耳數等於強鹼提供的氫氧根離子莫耳數 利用達當量點時所使用的氫氧化鈉溶液體積 可以求出錐形瓶中未知的鹽酸濃度 強酸強鹼滴定的當量點 pH值恰等於7 故也為中性點 由於使用的酸鹼皆為無色溶液 根據滴定曲線中pH值的變化配合不同指示劑的變色範圍 可選擇酸性、鹼性或中性的指示劑來幫助判斷滴定終點 也就是指示劑變色的點 實驗室中除了強酸強鹼外 也有許多弱酸和弱鹼 如果把今天所使用的酸鹼溶液 替換成弱酸或弱鹼 得到的滴定曲線是否有所不同呢？ 同學們不妨先想想看 答案我們下回揭曉