酸碱中和滴定指示剂的选择及教学处理

2015-01-23陈昊萍张贤金吴新建

教学月刊·中学版（教学参考） 2015年1期

陈昊萍+张贤金+吴新建

一、问题的提出

酸碱中和滴定是中学化学教材中重要的定量实验，教师在组织教学时，经常会碰到各种棘手的问题，其中指示剂的选择就是问题之一。

在鲁科版《化学反应原理》高中化学教科书有关“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”中提供了酚酞和甲基橙两种试剂供选择，最后教科书选择的是酚酞，而没有选择甲基橙。那么，在这个实验中是否可以用甲基橙作指示剂呢？如果可以，在这个实验中酚酞和甲基橙哪一种作指示剂更好？在日常的教师交流研讨中，有教师认为，强酸和强碱互滴时，使用酚酞或甲基橙作指示剂的效果是一样的，不存在哪一种更好的问题。理由是滴定终点存在突变，多滴一滴和少滴一滴即可使溶液的pH存在很大范围的变化，酚酞和甲基橙的变色点在突变范围内或部分在突变范围内，都能观察到颜色变化而确定终点，故两者不存在谁更好的问题。基于此，我们试图从学科专业知识维度探究指示剂的选择问题，并从中学教学处理维度探讨指示剂选择的教学尺度把握问题。

二、从学科专业知识维度分析

选择合适的指示剂能有效减少误差，而酸碱中和滴定中不同浓度的待测溶液、选择不同的指示剂、指示剂的用量等都会影响滴定终点。

（一）不同浓度的溶液对终点突变的影响

下面以两道例题为例来探讨这一问题。

例1 以0.1mol/L的NaOH溶液滴定0.1mol/L的盐酸（已知lg2=0.3 lg5=0.7）

（1）取20.00mL的盐酸于锥形瓶中，用NaOH溶液滴定，当滴入20.00mL的NaOH溶液时，停止滴定，求此时混合溶液的pH。

（2）若滴加NaOH溶液时，往锥形瓶中多加半滴NaOH溶液（设体积为0.02mL），求此时混合溶液的pH。

（3）若滴加NaOH溶液时，往锥形瓶中少加半滴NaOH溶液，求此时混合溶液的pH。

根据反应情况分析及公式应用，可算出（1）pH=7;（2）pH=9.7;（3）pH=4.3。多滴半滴NaOH溶液和少滴半滴NaOH溶液，终点突变的pH变化范围将近6个pH单位，若是多滴一滴或少滴一滴，终点突变的pH变化范围将更大。

例2 将上述的滴定溶液改为0.001mol/L的NaOH溶液和0.001mol/L的盐酸，（1）（2）（3）的条件、问题与例1相同。

根据反应情况分析及公式应用，可算出（1）pH=7;（2）pH=7.7;（3）pH=6.3。多滴半滴NaOH溶液和少滴半滴NaOH溶液，终点突变的pH变化范围只有不到2个pH单位。若溶液更稀，pH的变化范围会更小。

对比例1和例2的计算结果，同时选择其他数据进一步计算，可以发现，滴定中涉及的溶液浓度越大，滴定终点的pH突变范围越大。中学阶段所涉及的酸碱中和滴定大多为类似例1浓度范围的常量滴定。

（二）指示剂的选择

通过查找相关文献发现，[1]指示剂的选择首先以终点突变为依据。指示剂的变色范围处于滴定突变范围内或变色范围有一部分处于滴定突变范围内，就属于可选之列;指示剂的变色范围越小，终点误差越小。基于中学化学的知识背景和学生的认知水平，学生对指示剂的选择只需掌握到这一层面。

为了减少误差，使测量结果更准确，指示剂的选择还要注意颜色的变化情况。从生物学角度分析，人眼感受不同波段的颜色的灵敏度不同，对颜色变化的分辨率也不同。在相同亮度背景下，人眼对颜色由浅到深变化的分辨率更强。在选择指示剂时，在可选之列中选择颜色变化分辨率高、易于观察的指示剂，可以使误差更小。

基于颜色分辨率规则，酸碱中和滴定不选用石蕊为指示剂，变色范围较大只是原因之一，另一主要原因是颜色变化不易观察分辨。

在常量滴定中，若强碱滴定强酸，用甲基橙作指示剂，滴定终点的颜色由橙色变为黄色（pH=4. 4），不易分辨，实验终点的判定容易出现偏差，使误差变大;若强酸滴定强碱，滴定终点的颜色变化由较浅的黄色变为较深的橙色，颜色变化明显。因此，一般情况下，强酸滴定强碱时，选用甲基橙作指示剂，强碱滴定强酸时，选用酚酞作指示剂，效果更好。

（三）指示剂的用量

酸碱指示剂通常为有机弱酸或有机弱碱，如酚酞为有机弱酸，甲基橙为有机弱碱。在滴定反应过程中，添加的指示剂必然会消耗一定量的待测溶液或标准溶液。若用酚酞为指示剂，会消耗一定量的碱，若用甲基橙为指示剂，会消耗一定量的酸。在滴定过程中，指示剂的用量不能过多，否则会导致滴定误差偏大;指示剂的用量若太少，颜色变化不明显，也会影响滴定结果。因此，在滴定过程中，指示剂的用量一般为2～3滴。

综上所述，从学科专业知识维度分析，不同浓度的待测液和标准溶液会影响滴定终点pH的突变范围，终点的突变范围是选择合适的指示剂的主要依据，为了减少误差，滴定终点颜色变化的分辨率也是选择指示剂需要考虑的因素之一。选择最佳的指示剂，归根到底是为了减少实验误差。

三、存在问题争议的原因分析

中学化学教师对酸碱中和滴定的指示剂选择存在争议，笔者认为，原因有二。

（一）教师化学知识的储备不到位，对教材的研究深度不够

中学化学教材中出现的酸碱中和滴定，只是滴定分析法的一种，主要是让学生常识性掌握酸碱中和滴定原理、仪器操作、实验步骤、数据处理、误差分析等知识，所选择的是常量浓度溶液进行滴定分析。而在科研、检测、化验等领域，滴定对象可能是微量浓度的溶液，指示剂的可选择对象也不只有酚酞和甲基橙，还有甲基红、混合指示剂甲基红—溴甲酚绿等。在不同的背景下，结论可能有出入。中学教师的思维视角被局限在中学化学教材知识体系的框架中，将认知停留在教材中浅显的层面上。endprint

（二）在教学过程中教师对中学部分化学知识的深度、广度定位不准确

鉴于高中学生认知发展的阶段性特点，教科书的编写有时候只能对一些知识进行“模糊处理”，并不是所有的化学知识都表述得非常明确。[2]因此，在中学化学的知识体系背景下，在学生的实际学情的制约下，在传授知识时应留有余地，把握好深度和广度。一味地挖掘、拓展，只会影响学生的学习兴趣和接受能力。

四、从中学教学处理维度分析

（一）指示剂选择教学尺度的把握

无论教师在课堂教学中采用什么样的教学模式，在选修4《化学反应原理》酸碱中和滴定的新课教学中，对于酸碱中和滴定指示剂的选择要达到的目标是：

①了解指示剂的选择依据是指示剂的变色范围和滴定终点的突变范围，指示剂的变色范围越小越适合用作指示剂，石蕊一般不用作滴定指示剂。

②知道强酸强碱互滴时，选择酚酞、甲基橙作指示剂皆可，不必分优劣，并明确滴定终点的颜色变化。

③滴定时，指示剂的用量一般为2～3滴，不必掌握原因。

（二）分层次教学

上述三点为每位学生必须达到的目标，属于集体教学时把握的尺度。若有少部分学生提出疑问，如酚酞和甲基橙作指示剂哪个更好，指示剂的用量如何控制，等等。教师可采取个别辅导、交流、探究等教学的方法进行释疑。

（三）分阶段教学

阶段一：新课阶段。完成上述①②③的教学目标。