因為越來越多人習慣外食 蔬菜水果常常攝取不足 會想藉由補充維生素C來維持身體健康 若是我們想檢測市面上某兩個廠牌 每一錠的維生素C的有效含量誰比較多 可以怎麼做呢？ 因為維生素C是還原劑 所以我們可以選用常見的氧化劑 例如過錳酸鉀來進行氧化還原滴定 由於過錳酸鉀本身顏色為深紫色 故本身就能當作滴定終點的指示劑 同時 我們也可用前一單元提到的碘滴定 並選用澱粉溶液作為滴定終點的指示劑 已知 碘離子在澱粉水溶液中為無色 碘分子與澱粉作用會呈現明顯的藍黑色 因此我們可以將碘分子與碘化鉀 配製成已知濃度的三碘錯離子溶液作為標準液 並在待測液加入澱粉作為指示劑 來進行氧化還原滴定 就能求出維生素C的含量 因此 本單元要介紹如何利用碘離子與碘分子 遇到澱粉時的明顯顏色不同 來求得待測的氧化劑或還原劑溶液濃度的方法 稱為「碘滴定法」 碘滴定法分為直接碘滴定法、間接碘滴定法兩種 首先介紹直接碘滴定法 適用在待測物為還原劑的情況 例如待測物為 含維生素C、硫化氫、二氧化硫、硫代硫酸鹽的水溶液 因為碘分子難溶於水 所以我們是將碘分子溶於碘化鉀水溶液中 使碘分子與碘離子形成三碘錯離子的棕色水溶液 且由於碘分子、碘離子、三碘錯離子 三者在溶液中形成平衡狀態 故遇到澱粉溶液時 碘分子能與澱粉呈現藍黑色 要特別注意的是 因為碘分子在鹼性環境下 會進行自身氧化還原反應 反應式如畫面所示 故碘滴定實驗必須在中性或弱酸性水溶液的環境下進行 通常 我們把已知濃度的三碘錯離子水溶液置於滴定管中 含未知濃度的還原劑待測水溶液置於錐形瓶 並加入澱粉水溶液作為指示劑 因為澱粉溶液是無色的 所以一開始 錐形瓶中溶液的顏色應該僅呈現還原劑的顏色 可能是維生素C的淡黃色或是無色 測定開始 滴定管中棕色的三碘錯離子水溶液慢慢加入錐形瓶 由於還原劑馬上與三碘錯離子中的碘分子反應 使其變成無色的碘離子 所以錐形瓶中溶液的顏色不會改變 一直到還原劑用完 達到當量點時 再多加進去的三碘錯離子溶液所含的碘分子會與澱粉反應 使溶液瞬間變成藍黑色 此時即為滴定終點 其中涉及到的反應為 三碘錯離子溶液中的碘分子進行還原 其還原半反應式可以寫為如畫面所示的兩個反應式 即1莫耳的三碘錯離子溶液中的碘分子 可得到2莫耳的電子 也就是氧化劑的m等於2 藉由還原劑失去的電子總莫耳數 與三碘錯離子溶液中的碘分子得到的電子總莫耳數相等 可以求出還原劑的濃度 換句話說 也就是用當量數相等的觀念來計算 氧化劑當量數等於還原劑當量數 公式如畫面所示 其中 C是體積莫耳濃度 V是溶液體積公升數 m是每莫耳氧化劑得到的電子莫耳數 而n是每莫耳還原劑失去的電子莫耳數 例如 將適量的碘分子溶於碘化鉀水溶液中 配製成0.2體積莫耳濃度的三碘錯離子溶液以作為標準液 以此溶液潤洗滴定管後 並裝填於滴定管內 用來滴定錐形瓶中50毫升的酸性亞錫離子溶液 滴定前 先在錐形瓶中加入數滴澱粉液作為指示劑 達滴定終點時 可以看到錐形瓶中溶液的顏色由無色變成藍黑色 若此時共用去三碘錯離子溶液100毫升 則亞錫離子溶液的濃度可用以下的方法求出 已知1莫耳的三碘錯離子可得到2莫耳的電子 故m等於2 而亞錫離子氧化為錫離子 化學式如畫面所示 故還原劑的n等於2 這時套用公式 可以求得亞錫離子溶液的濃度為0.4體積莫耳濃度 同學們 試試看 你學會了嗎？ 而間接碘滴定法適用在待測物為氧化劑 例如過錳酸根、二鉻酸根、碘酸根 同樣使用澱粉溶液作為指示劑 但與直接碘滴定法不同的地方是 我們會先在待測的氧化劑溶液中 加入過量的碘化鉀 使碘離子氧化為碘分子 此時 碘分子會與澱粉反應 使溶液呈藍黑色 接著以已知濃度的硫代硫酸鈉水溶液滴定上述所生成的碘分子 達滴定終點時 溶液由藍色轉為無色 表示碘分子已反應完 在這連續的反應過程中 碘原子的變化由碘離子變成碘分子 又變回碘離子 因此 可視為前後過程 碘離子與碘分子失去和得到的電子數相同 又各自與待測的氧化劑和硫代硫酸根 所得到和失去的電子數相同 因此 待測的氧化劑的當量數等於硫代硫酸根的當量數 即待測的氧化劑得到的電子總莫耳數 等於硫代硫酸根所失去的電子總莫耳數 又已知1莫耳的硫代硫酸根與碘分子反應時 會失去1莫耳的電子 所以n等於1 而計算式子如畫面所示 例如 在20.0毫升未知濃度的酸性過錳酸鉀溶液中 加入過量的碘化鉀 使過錳酸鉀完全還原成亞錳離子 碘離子氧化成碘分子 此時 再滴加澱粉液為指示劑 以0.050體積莫耳濃度的硫代硫酸鈉溶液進行滴定 當用去硫代硫酸鈉50.0毫升時 溶液由藍色變為無色 則過錳酸鉀溶液的濃度為多少體積莫耳濃度？ 此為間接碘滴定法的使用 因此我們可以利用過錳酸根的當量數等於硫代硫酸根的當量數來計算 又已知反應式如畫面所示 每1莫耳的過錳酸根在酸性環境下 可得到5莫耳的電子 故m等於5 套用公式後 可以得到過錳酸鉀的濃度 也就是過錳酸根的濃度等於0.025體積莫耳濃度 讓我們來做個小練習 試試看 同學們你學會了嗎？ 我們來統整一下這個單元所學到的觀念 「碘滴定法」是以澱粉液為指示劑的氧化還原滴定法 分為直接碘滴定法、間接碘滴定法兩種 且必須在中性或弱酸性的環境下進行 直接碘滴定法適用在待測物為還原劑的情況 當碘分子與還原劑反應完 碘分子過量而與澱粉反應 使溶液由無色變為藍黑色時 表示達到滴定終點 間接碘滴定法則適用在待測物為氧化劑的情況 先加入過量的碘化鉀使氧化劑反應完 再以已知濃度的硫代硫酸鈉水溶液滴定所生成的碘分子 最後達滴定終點時 溶液會由藍黑色轉為無色 再利用氧化劑當量數等於硫代硫酸鈉當量數 求出待測氧化劑溶液的濃度 由此可知 澱粉指示劑可以在碘滴定法中 使實驗者容易清楚觀察到滴定終點 同學們 看完本單元你是否已經學會「碘的滴定實驗」相關觀念了呢？ 歡迎到留言區與我們分享你的學習心得喔 我們下次再見