化學實驗室實驗：簡易的滴定終點判定－兩點電位法（Two-point Potentiometric Titration）〔I〕
化學實驗室實驗：簡易的滴定終點判定－兩點電位法（Two-point Potentiometric Titration）〔I〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之一（Student Handout I）
實驗介紹
本實驗採用簡易型酸鹼度計、PE滴管、10.00 mL的量筒、已標定的NaOH標準溶液及自製小型電磁攪拌器（圖一的左圖和右圖），作為酸鹼滴定的裝置。並且透過兩點電位法酸鹼滴定，來測定食用醋中醋酸的濃度。
圖一 簡易型酸鹼度計、PE滴管、量筒及自製小型電磁攪拌器
使用NaOH標準溶液測定食用醋中醋酸的濃度，是屬於酸鹼滴定中－強鹼滴定弱酸－的類型，當量點pH ＞ 7。傳統上，採用酸鹼指示劑判定滴定終點。本實驗採用兩點電位法來判定滴定終點，與指示劑法不同。兩點電位法是在滴定接近當量點前，記錄兩組滴定體積和pH值的數據（V1，pH1 和V2，pH2 )，透過下面推導的最後式子[式9]，計算出在當量點所需要的NaOH標準溶液的真正體積，並藉由化學計量計算出食用醋中乙酸的濃度。
本實驗以NaOH標準溶液測定食用醋中醋酸的濃度為例，說明兩點電位法在當量點時推導所需NaOH標準溶液的體積之過程。在此，假設醋酸（CH3COOH）的初濃度為C0，待測液體積為V0 ；而且假設NaOH標準溶液的初濃度為C。在當量點時，所消耗NaOH標準溶液的體積設為Ve，依酸鹼中和公式，酸和鹼的莫耳數相等，可得[式1]：
C0×V0 = C×Ve [式1]
在當量點前，加入NaOH標準溶液的體積設為V，此時溶液形成CH3COOH－CH3COONa的緩衝溶液。為了計算在當量點前緩衝溶液各物種的pH值，進而推導在當量點時所需要NaOH標準溶液的體積。首先，知道在當量點前緩衝溶液各物種的莫耳數。
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
起始時CH3COOH莫耳數 C0×V0
當量前使用NaOH莫耳數 C×V
當量前CH3COOH莫耳數 (C0×V0) – (C×V)
當量前CH3COONa莫耳數 C×V
然後，確定在當量點前緩衝溶液CH3COOH和CH3COONa的濃度，分別如[式2]和[式3]所示。
接下來，計算緩衝溶液的pH值，如下所述。先利用緩衝溶液的Henderson–Hasselbalch equation，如[式4]所示。再代入[式2]和[式3]到[式4]，求得此時溶液的pH值，如[式5]所示。
在接近當量點前，記錄兩組滴定體積和pH值的數據（V1，pH1 和V2，pH2 )，代入[式5]中，分別得下列[式6]及[式7]：
此時[式7]減[式6]，可得下列[式8]：
最後，整理[式8]，可得在當量點時所需要NaOH標準溶液的體積（Ve），得到[式9]。
自製小型電磁攪拌器
A. 使用器材
1. 電腦散熱風扇 1個/組
2. LM317(三端子可調整穩壓IC) 1個/組
3. 220歐姆電阻 1個/組
4. 1000歐姆可變電阻 1個/組
5. 9伏特電池盒（附開關，含9V乾電池） 1套/組
6. 快乾膠 2條/班
7. 小型麵包板 1個 /組
8. 跳線 數條/組
9. 小磁鐵 2枚/組
10. 扁平紙盒或塑膠盒（如1號濾紙空盒） 1個/組
11. 塑膠容器（小型） 1個/組
12. 小磁石 1個/組
B. 組裝過程
1. 依照圖二的線路圖，佈線相關電子零件於麵包板上，完成電磁攪拌器的控制電路。
圖二 電磁攪拌器的控制電路
2. 以快乾膠對稱黏貼兩塊小磁鐵在電腦散熱風扇的背面上。黏貼時，一塊小磁鐵的S極朝上與另一塊N極對稱朝上放置，如圖三所示。
圖三 黏貼兩塊小磁鐵在電腦散熱風扇的背面上
3. 在扁平紙盒或塑膠盒（如1號濾紙空盒）的一邊割出一個小洞以導出電線，再黏貼散熱風扇組在扁平盒內。連接散熱風扇電源排線至電磁攪拌器的控制電路上，並且連接控制電路到一個9伏特電池盒（附開關，含9V乾電池），形成一個自製小型電磁攪拌器，如圖四所示。
圖四 自製小型電磁攪拌器
C. 操作說明
1. 放置一個小磁石到一個含有待測液的塑膠容器中，並放置於自製小型電磁攪拌器的正上方，如圖五所示。
圖五 待測液在塑膠容器中
2. 調整控制電路中的可變電阻，以調整適當的攪拌速率，如圖六所示。
圖六 調整可變電阻以控制攪拌速率
3. 準備一支PE滴管、一支10.00 mL的量筒、待測液的塑膠容器及自製小型電磁攪拌器，完成滴定實驗的準備工作，如圖七所示。
圖七 滴定實驗的裝置
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