壹 前言 一 動機 啊哈! 七色彩虹變變變! 靈巧小手輕輕一滴, 酚酞由無色變成淡粉紅, 就好比 純真的女孩害羞的面容 ; 溴瑞香草酚藍的黃色轉化成天空的淡藍色, 色彩的世 界真的好奇妙 在日常生活中我們不易取得實驗室中的任何一種指示劑, 所以我們才想要 找尋日常生活中可用又容易取得的材料, 來製作天然的指示劑, 畢竟還是 天然 a 尚好! 二 目的 我們研究目的有以下四個 ( 一 ) 探討指示劑相關原理 ( 二 ) 觀察指示劑的顏色變化 ( 三 ) 學習製作天然指示劑 ( 四 ) 動手製作 ph 試紙 貳 正文 一 實驗原理 ( 一 ) 實驗室中常用的酸鹼指示劑 酸鹼指示劑指示的原理 : 酸鹼指示劑一般是有機弱酸或者有機弱鹼, 當溶液 的 ph 改變時, 指示劑由於結構的改變而發生顏色的改變 通用指示劑是多種酸鹼指示劑的混合物, 它指在不同的 ph 值下顯示相應 不同的顏色下表是一些實驗室中常用的酸鹼指示劑 指示劑通常會在一些 ph 值 範圍顯示過渡顏色轉變 例如 : 酚紅在低 ph 值時呈現黃色, 在高 ph 值時呈現紅色, 但在 ph6.6 至 8.0 間會呈現橙色 其過渡 轉變顏色的 ph 範圍會受指示劑的濃度或溫度的影 響而出現輕微的變化 1
由於酸和減的容易大都是無色的, 因此酸鹼滴定時必須藉助於酸鹼指示劑顏 色的變化來判斷滴定終點 藉此尋找滴定終點 ( 註一 ) 1 酚酞 酚酞是一種弱, 有機酸為 C20H14O4, 在 ph<8.2 的溶液裡為無色, 當 ph>10 時為粉紅色 酚酞是通過鄰苯二甲酸酐與兩分子的苯酚在濃硫酸加熱的情況下 縮合製得的 圖一 酚酞結構式 2 甲基紅 甲基紅本身為鹼性, 分子式 C15H15N3O2, 變色範圍 ph 值 4.4~6.2, 顏色轉變點 的 ph=5.0, 在酸性環境中呈紅色, 在鹼性環境中呈黃色 甲基紅是由鄰氨基苯 甲酸與亞硝酸作用發生重氮化生成重氮鹽, 然後與 N,N- 二甲基苯胺偶聯製得 圖二 甲基紅結構式 3 甲基橙 甲基橙 (methyl orange) 本身為酸性, 分子式 C14H14N3NaO3S, 變色範圍為 ph:3.1~4.4 到 ph<3.1 時變紅,pH>4.4 時變黃,pH 在 3.1~4.4 時呈橙色 甲基橙為橙黃色粉末或魚鱗狀晶體, 微溶於水, 較易溶於熱水, 不溶於乙醇等有機溶劑 圖三 甲基橙的結構式 2
4 溴百里酚藍 ( 溴瑞香草酚藍 ) 溴百里酚藍是測定弱酸弱鹼時使用的一種指示劑, 分子式為 C27H28O5SBr2, 變色範圍 PH 值 6.0~7.6, 其酸性時黃色, 鹼性時為藍色 其形狀為極淺的玫瑰色結晶粉末, 不溶於水, 易溶於乙醇呈淺褐色 其酸鹼平衡為 :C27H28Br2O5S H + + C27H27Br2O5S 圖四 溴百里酚藍結構式 5 溴甲酚綠 對鹼很敏感, 遇鹼性水溶液呈特殊的藍綠, 分子式 C21H14Br4O5S, 變色範圍 PH 值 3.8~5.4,pH<3.8 時呈黃色,pH>5.4 時呈藍綠色,pH=4.5 時開始有顏色的明顯變化 從乙酸中析出者為微細的黃色結晶, 微溶於水, 溶於乙醇 乙醚 乙酸乙酯和苯 圖五 溴甲酚綠結構式 二 滴定原理 將以知濃度的標準酸液加入未知濃度的鹼中, 以求鹼液的濃度 ; 或是將以 知濃度的標準鹼液加入未知濃度的酸中, 以求酸液的濃度, 此種方法叫做 酸鹼 滴定 酸鹼滴定時, 在未知溶液中加入適當的指示劑, 當指示劑顏色改變時, 滴 定即達到 滴定終點 理論上, 此時酸的當量數恰等於鹼的當量數, 因此又稱 為 當量點 ( 註二 ) 三 何謂指示劑 3
天然或人工合成色素, 其顏色會隨溶液的 ph 值之不同而變色者, 常用來指 示溶液的酸鹼性, 故稱為指示劑 指示劑的種類有很多, 而這些各式各樣的指示 劑能告訴我們溶液的酸鹼度 通常指示劑大約分成實驗室指示劑及天然指示劑兩種類型 有些物質遇到參加反應物質中之一種時, 可以呈現出很明顯的顏色反應, 在分析工作中常用這種物質為指示劑 而對於酸或鹼的溶液所使用的指示劑也會有所不同 註三 四 儀器原理 開機 按 CAL 鍵 將電極放入 PH=7 的校正液中 按 ENT 鍵 待出現 洗淨電極 放入 PH=4 校正液中 按 ENT 鍵 待出現 按 MODE 鍵 洗淨電極 校正完畢 放入待測溶液 五 實驗設計及實驗步驟 圖六 ph 計 ( 一 ) 實驗設計 指示劑配製 天然 化合物 黑豆以 HCL 及 NaOH 進行 ph 調色動作 薑 黃 紫色高麗菜 酚 酞 甲 基 紅 甲 基 橙 溴甲酚綠 溴瑞香草酚藍 滴入指示劑, 呈色 變因二 自製天然 ph 試紙 測定酸鹼色澤 4
( 二 ) 實驗步驟 1 酸鹼標定劑配製 0.1M 鹽酸 500ml 水 +4.2ml 濃鹽酸 0.1M 氫氧化鈉 2g 氫氧化鈉固體 +500ml 水 2 化合物指示劑配製 ( 註四 ) 名稱百里酚藍 甲基橙 溴酚藍 溴甲酚 甲基紅 酚酞 1% 百里酚酞 茜素黃 混合指示劑甲基紅 - 溴甲酚綠百里酚酞 - 茜素黃 R 甲酚紅 - 百里酚藍甲基黃 苯酚紅 變色範圍 (ph 範圍 ) 紅 - 黃 (1.2-2.8) 黃 - 藍 (8.0-9.6) 紅 - 黃 (3.1-4.4) 黃 - 紫藍 (3.0-4.6) 黃 - 藍 (3.8-5.4) 紅 - 黃 (4.8-6.0) 無色 - 淡紅 (8.2-10.0) 無色 - 藍色 (9.4-10.6) 黃 - 紫 (10.1-12.1) 紅 - 綠 (5.1) 黃 - 紫 (10.2) 黃 - 紫 (8.3) 紅 - 黃 (2.9-4.0) 黃 - 紅 (6.8-8.4) 配置方法 0.1g 指示劑與 4.3mL 0.05mol/LNaOH 溶液一起研勻, 加水稀釋成 100mL 將 0.1g 甲基橙溶於 100mL 熱水 0.1g 溴酚藍與 3mL 0.05mol/L NaOH 溶液一起研磨均勻, 加水稀釋成 100mL 0.01g 指示劑與 21mL0.05mol/L NaOH 溶液一起研勻, 加水稀釋成 100mL 將 0.1g 甲基紅溶於 60mL 乙醇中, 加水至 100mL 將 1g 酚酞溶於 90mL 乙醇中, 加水至 100mL 將 0.1g 指示劑溶於 90mL 乙醇中加水至 100mL 將 0.1g 茜素黃溶於 100mL 水中 3 份 溴甲酚綠乙醇溶液與 1 份 甲基紅乙醇溶液混合 將 0.1g 茜素黃和 0.2g 百里酚酞溶於 100ml 乙醇中 1 份 甲酚紅鈉鹽水溶液與 3 份 百里酚藍鈉鹽水溶液 0.1g 指示劑溶於 100mL90% 乙醇中 0.1g 苯酚紅溶於 100mL60% 乙醇中 5
3 天然指示劑配製 圖 1-1 準備紫色高麗菜圖 1-2 將 200ml 水 + 適量高麗菜片加熱 圖 1-3 冷卻 圖 1-4 過濾 圖 1-5 完成 圖 2-1 準備黑豆 圖 2-2 將 200ml 水 + 適量黑豆加熱 圖 2-3 冷卻 圖 2-4 過濾 圖 2-5 完成 圖 3-1 準備薑黃 圖 3-2 將 200ml 酒精 + 適量薑黃粉加熱 圖 3-3 冷卻 圖 3-4 過濾 圖 3-5 完成 6
4 天然 ph 試紙製作 分別浸入紫色高麗菜 黑豆薑黃指示劑中 10~15 分 鐘後取出 圖 4-1 將濾紙剪為條狀 紫色高麗菜黑豆薑黃 參 結論 圖七 天然 ph 試紙酸鹼顏色 一 實驗結果 ( 一 ) 化合物指示劑 ( 由上至下由左至右 ) 1 酚酞 圖八 酚酞變色範圍 無色無色無色無色無色無色無色無色無色粉紅粉紅粉紅粉紅粉紅 7
2 甲基橙 圖九 甲基橙變色範圍 粉紅粉紅粉紅亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃 3 甲基紅 圖十 甲基紅變色範圍 粉紅粉紅粉紅粉紅亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃 4 溴瑞香草酚藍 圖十一 溴瑞香草酚藍變色範圍 亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃藍色藍色藍色藍色藍色藍色藍色藍色 5 溴甲酚綠 圖十二 溴甲酚綠變色範圍 亮黃亮黃亮黃亮黃亮黃藍綠藍綠藍綠藍綠藍綠藍綠藍綠藍綠藍綠 討論 : 實驗室指示劑大多都只能有兩種色澤, 較難以肉眼判斷其 ph 值 8
( 二 ) 天然指示劑 ( 由上至下由左至右 ) 1 紫色高麗菜 圖十三 紫色高麗菜變色範圍 粉紅粉紅淡粉淡粉淡粉淡粉淡紫淡紫淡藍藍綠翠綠青綠青綠青綠 2 黑豆 圖十四 黑豆變色範圍 橙紅橙紅淺紅淺紅淺紅膚色膚色膚色淺綠淺綠淺綠淺綠淺綠淺綠 3 薑黃 圖十五 薑黃變色範圍 黃色黃色黃色黃色黃色黃色淺澄淺澄淺澄澄色紅色紅色紅色深紅 討論 : 天然指示劑所呈現之色澤較清楚且多樣, 這幾種材料都很適合做為指示 劑 二 結論 ( 一 ) 實驗中, 發現天然指示劑方面會有發霉現象, 尚在使用前需放置於冰箱中 ( 二 ) 製作天然指示劑時, 發現用去離子水所製作出的薑黃指示劑, 於滴定終點 沒改變色澤, 然後改用酒精製作, 方改變此問題 9
( 三 ) 因配製濃度的關係, 所呈現出的色澤有些許不同 濃度高, 所呈現的色澤 較深 ; 濃度低, 則呈現的色澤較淺 肆 附註資料 一 圖一 : 維基百科 指示劑 酚酞 AAAhttp://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%85%9A%E9%85%9E) 二 圖二 : 維基百科 指示劑 甲基紅 http://zh.wikipedia.org/wiki/%e7%94%b2%e5%9f%ba%e7%ba%a2) 三 圖三 : 百度百科 指示劑 甲基橙 http://baike.baidu.com/image/1a94b36e0d7aa3c080cb4a7e 四 圖四 : 自由百科全書 指示劑 溴瑞香草酚藍 http://en.wikipedia.org/wiki/bromothymol_blue 五 圖五 : 百度百科 指示劑 溴甲酚綠 http://baike.baidu.com/view/1290348.htm) 六 註一 : 鄭新讚 鄭茜如 分析化學 II 東大圖書公司 七 註二 : 江孟玲 蔡永昌 (2008) 分析化學 II 台科大圖書 八 註三 : 蔡永昌 升科大四技 普通化學含實驗升學寶典 台科大圖書 九 註四 : 百度百科指示劑 http://baike.baidu.com/view/132918.htm 10