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改變真的很難!---酸和鹼對緩衝溶液的影響
by yangsp, 2011-04-14 16:18:53, 人氣(9667)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:林美足  N0240035


改變真的很難!---酸和鹼對緩衝溶液的影響

簡介

兩個燒杯分別放入緩衝溶液與水並且加入酸鹼指示劑,同時加入(或鹼),發現裝有緩衝溶液者之指示劑需要加入大量的酸(或鹼)才會變色,而裝有水者之指示劑 只要加入少量即可變色。

示範步驟

 《Ⅰ》使用酚酞指示劑,加氫氧化鈉溶液

1. 取一個燒杯加入 100 mL 的緩衝溶液及 5~8 滴的酚酞指示劑,呈現無色,如圖一的左邊第一杯。
2. 另取一個燒杯加入 100 mL 的水及 5~8 滴酚酞指示劑,呈現無色,如圖一的左邊第二杯所示。
3. 以滴管分別在兩個燒杯中各滴入 5 滴的  0.1 M 氫氧化鈉溶液,以玻棒攪拌促使溶液混合均勻。
圖一  緩衝溶液加酚酞、水加酚酞以及氫氧化鈉溶液
4. 重複步驟 3,直到含酚酞的水溶液之顏色呈現粉紅色為止,而且 30 秒內不褪色,如圖二所示。
5. 繼續在緩衝溶液中滴加 0.1 M 的氫氧化鈉溶液,直到緩衝溶液呈現粉紅色為止,而且 30 秒內不褪色,如圖三所示。
圖二  加入少量的氫氧化鈉後酚酞水溶液先變為粉紅色 圖三  加入多量的氫氧化鈉後緩衝溶液才變成粉紅色

《Ⅱ》使用甲基橙指示劑,加稀鹽酸

1. 取一個燒杯加入 100 mL 的緩衝溶液及 5~8 滴的甲基橙指示劑,呈現黃色,如圖四的左邊第一杯所示。
2. 另取一個燒杯加入 100 mL 的水及 5~8 滴的甲基橙指示劑,呈現黃色,如圖四的左邊第二杯所示。
3. 以滴管分別在兩個燒杯中各滴入 5 滴的 0.1 M 鹽酸溶液,以玻棒攪拌促使溶液混合均勻,如圖四所示。
圖四  分別為緩衝溶液加甲基橙、水加甲基橙以及鹽酸
4. 重複步驟 3,直到甲基橙水溶液的顏色呈現橙色為止 ,而且30秒內不褪色,如圖五所示。
5. 重複步驟 3,直到甲基橙水溶液的顏色呈現紅色為止,而且30秒內不褪色,如圖六所示。
6. 繼續在緩衝溶液內加入 0.1 M 的鹽酸溶液,直到緩衝溶液呈現紅色,而且 30 秒內不褪色,如圖七所示。
圖五  加入少量的鹽酸後水加甲基橙溶液先變為橙色 圖六  多量的鹽酸後含甲基橙水溶液再變為紅色
 
圖七  繼續加入大量的鹽酸後緩衝溶液才變為紅色  

請按此連結:改變真的很難!---酸和鹼對緩衝溶液的影響 ,YouTube。(拍攝者:施孟光)

溶液和器材

1.
0.1 M 氫氧化鈉溶液:取 2.0 克氫氧化鈉 (sodium hydroxide,NaOH) 溶於水後,加水至 500 mL。
2.
0.1 M 鹽酸溶液:取 4.2 mL 濃鹽酸 (conc. hydrochloric acid, conc. HCl, 12 M HCl),加水稀釋至 500 mL。
3.
緩衝溶液:取 2.9 mL 冰醋酸 (acetic acid,CH3COOH),加水稀釋至 500 mL;再以滴管慢慢加入 0.1 M 氫氧化鈉溶液,直到 pH 值約為 7.0 (以 pH 計 或 pH 試紙測量)。
4.
酚酞 (phenolphthalein) 和甲基橙 (methyl orange) 指示劑少許。
5.
蒸餾水。
6.
量瓶 500 mL 一個。
7.
燒杯 250 mL 六個。
8.
量筒 10 mL 一個。
9.
滴管三支。
10.
玻棒兩支。

原理和概念

1.

緩衝溶液是弱酸和它的共軛鹼(陰離子)的混合液,或是弱鹼和它的共軛酸(陽離子)的混合液。當加入少許酸或鹼或用水稀釋時,會發生同離子效應使得緩衝溶液的 pH 值變化不大。

2. 醋酸-醋酸鈉 (acetic acid- sodium acetate,HOAc-NaOAc) 的緩衝溶液與少許的酸或鹼之反應式如下:
   a.  OAc-(aq) + H3O+(aq) →  HOAc(aq) + H2O(l)...........加入酸
   b.  HOAc(aq) + OH-(aq) →  OAc-(aq) + H2O(l).............加入鹼

教學提示

1. 酚酞指示劑呈現的粉紅色不易觀察,可以在背後放置白色紙張。
2. 甲基橙在 pH 值 3.2~4.4 呈現紅色,pH 值 6.2 以上呈黃色,所以加入鹽酸會先變成橙色而後變成紅色。
3. 指示劑除了使用酚酞和甲基橙外,也可以嘗試使用溴甲酚綠 (bromocresol green)、溴甲酚藍 (bromocresol blue)......等。
4. 緩衝溶液配製除了醋酸加氫氧化鈉、醋酸加醋酸納以外,也可以使用氨水 (ammonia solution,NH4OH) 加鹽酸、氨水加氯化銨 (ammonium chloride,NH4Cl)......等。
5. 取用及稀釋冰醋酸時,必須在抽風櫥內進行,並且 要小心操作。
6. 本實驗並非定量實驗,濃度的準確性不必太高。
7. 本實驗可改用培養皿進行微量實驗,在投影機示範實驗,而不需用到體積 100 mL。

問題和參考答案

1. 何謂緩衝溶液?
答: 一種溶液加入少量酸、鹼或用水稀釋時,pH 值不會發生大幅度變化者,謂之緩衝溶液。
2.  緩衝溶液在加入少許的酸或鹼時不會改變 pH 值很大,它是如何作用呢?
答: 加入酸時,醋酸根離子會和酸作用形成醋酸和水,醋酸是弱酸而且水是中性,不會改變 pH 值很大;當加入鹼時,醋酸會和氫氧根離子作用形成醋酸根離子和水,醋酸根離子是弱鹼而且水是中性,不會改變 pH 值很大。
3. 生活週遭還有哪些事物應用到緩衝溶液?舉例說明。
答: 人體的血液本身就是緩衝溶液,當我們攝取酸性或鹼性的食物時,緩衝溶液就會發揮效果,使血液不會受到太大的酸或鹼值的變化,進而影響身體機能。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, p174-p175, American Chemical Society, Washington, D.C..
2. Simple Buffer Demonstration, http://chemed.chem.purdue.edu/demos/demosheets/17.4.html.(擷取日期:2011年04月15日

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 ●示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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