酸碱指示剂
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第二节 酸碱指示剂
酸碱指示剂是一类在其特定的PH值范围内，随溶液PH值改变而变色的化合物，通常是有机弱酸或有机弱碱。当溶液PH值发生变化时，指示剂可能失去质子由酸色成分变为碱色成分，也可能得到质子由碱色成分变为酸色成分；在转变过程中，由于指示剂本身结构的改变，从而引起溶液颜色的变化。指示剂的酸色成分或碱色成分是一对共轭酸碱。
一、指示剂的变色原理
现以弱酸型指示剂（如酚酞）为例，说明酸碱指示剂的变色原理。
弱酸型酸碱指示剂在溶液中存在下列平衡：
HIn表示弱酸的分子，为酸色成分；In-是弱酸分子离解出H+以后的复杂离子，为碱色成分。酚酞的酸色成分是无色的，碱色的成分则呈红色。根据平衡原理：
或
将等式两边各取负对数得：
或 （3-8）
由式（3-8）可知，溶液的颜色决定于碱色成分的浓度比值，而此比值又与PH和PHHin值有关。一定温度下，对指定的某种指示剂，PHHin是一常数。所以碱色成分与酸色成的浓度比值随溶液PH值的改变而变化，溶液的颜色也随之改变。例如，在酚酞指示剂溶液中加入酸时，H+就大量增多，使酚酞的离解平衡向左移动，这时酸色成分增多，碱色成分减少，溶液的颜色以酸色为主，酚酞在酸液中是无色的。反之，如向溶液中加碱时，则平衡向右移动，碱色成分增加，酸色成分减少，溶液的颜色就以碱色为主，酚酞在碱液中是红色的。所以指示剂可用以指示溶液的酸碱性或测定溶液的PH值。
上述弱酸指示剂的变色原理，同样适用于弱碱指示剂。
二、指示剂的变色范围和变色点
由式（3-8）可以看出，当溶液的PH值大于PKHin时，[ In-]将大于[HIn]，溶液的颜色将以碱色为主。反之，当溶液的PH值小于PKHin时，[In-]就小于[HIn]，溶液的颜色将以酸色为主。通常当[ In-]/[HIn]=10时，即碱色成分的浓度是酸色成分浓度10倍时，溶液将完全呈现碱色成分的颜色，而酸色被遮盖了。这量溶液的PH值为：
即 pH=pK HIn +1
同理，当[In-]/[HIn]=1/10时，即酸色成分浓度是碱色成分浓度10倍时，溶液的颜色将完全呈现指示剂的酸色。这时溶液的PH值为：
即 pH＝pK HIn －1
可见溶液的颜色是在PH=PKHin-1到 PH= PKHin+1的范围内变化的，这个范围称为指示剂的变色范围即变色域。在变色范围内，当溶液的PH值改变时，碱色成分和酸色成分的比值随之改变，指示剂的颜色也发生改变。超出这个范围，如Ph ≥PKHin+1时，看到的只是碱色；而在PH ≤PKHin-1时，则看到的只是酸色。因此指示剂的变色范围约2个PH单位。当[ In-]/[HIn]=1即PH= PKHin时，称为指示剂的变色点。由于人的视觉对各种颜色的敏感程度不同，加上在变色域内指示剂呈现混合色，两种颜色互相影响观察，所以实际观察结果与理论值有差别，大多数指示剂的变色范围小于2个PH单位。表3-4列出了常用指示剂的变色范围。
表3－4 几种常用的酸碱指示剂
酸碱指示剂 变色范围 PKHin 颜色 浓度 用量 酸色 碱色 (滴/10mL试液) 百里酚蓝（麝香草酚蓝） 1.2～2.8 1.65 红 黄 0.1%的20%酒精溶液 1～2 甲基黄 2.9～4.0 3.3 红 黄 0.1%的90%酒精溶液 1 甲基橙 3.1～4.4 3.40 红 黄 0.05%的水溶液 1 溴酚蓝 3.0～4.6 3.85 黄 蓝紫 0.1%的20%酒精溶液或其钠盐水溶液 1 甲基红 4.4～6.2 4.95 红 黄 0.1%的60%酒精溶液或其钠盐水溶液 1 溴百里酚蓝
(溴麝香草酚蓝) 6.2～7.6 7.1 黄 蓝 0.1%的20%酒精溶液或其钠盐水溶液 1 中性红 6.8～8.0 7.4 红 黄 0.1%的60%酒精溶液 1 酚红 6.7～8.4 7.9 黄 红 0.1%的60%酒精溶液或其钠盐水溶液 1 酚酞 8.0～10.0 9.1 无 红 0.5%的90%酒精溶液 1～3 百里酚酞
(麝香草酚酞) 9.4～10.6 10.0 无 蓝 0.1%的90%酒精溶液 1～2
在测定溶液的PH值时，也常用混合指示剂，它是把许多范围不同的指示剂混合起来，使其在不同的PH值范围内显示不同的颜色。一种可以测定PH4-10范围内溶液酸度的混合指示剂的配方是：百里酚蓝0.01g，溴百里酚蓝1.20g,甲基红0.32g,酚酞1.20g.配制时,可将上述指示剂按配方称取,然后研匀,用200mL95%酒精润湿并溶解,加蒸馏水150mL稀释,用0.1mol・L-1的NaOH溶液中和至溶液显绿色，再加水至400mL。其PH值为8.1。它在不同酸度的溶液中显出不同的颜色。例如：
PH： 45 6 7 8 9 10
颜色： 红 橙 黄 绿 青蓝 紫
为了使用方便起见，也可用混合指示剂溶液将试纸润湿，凉干制成PH试纸供测试之用。
