如何減小氫氧化鈉溶液標定的實驗誤差

摘要：本文分析了氫氧化鈉溶液標定實驗誤差產生的原因，并從系統誤差、偶然誤差和過失誤差三方面入手，提出了減小實驗誤差的方法，從而讓實驗的結果更加準確、可靠。

關鍵詞：氫氧化鈉溶液；標定；實驗誤差

氫氧化鈉標準溶液的配制和標定實驗是滴定分析的一個基本實驗，也是化工檢驗專業學生必須掌握的一個基本實驗，更是化學檢驗工中級考證必考的實操實驗。在實驗的練習和考證中很多學生都能完成這個實驗，但大多數學生的實驗結果存在較大的誤差，其準確度和精密度不能達到規定的允差范圍。為幫助學生減小誤差，提高實驗的準確度和精密度，筆者在教學實驗中，通過對學生的實驗進行觀察、分析和總結，找到了實驗誤差產生的原因并提出對應的解決措施。實驗誤差根據其特性與產生原因的不同，可分為系統誤差、偶然誤差和過失誤差三部分，下文就從這三方面來探討如何減小氫氧化鈉溶液標定實驗的誤差。

一、消除系統誤差

系統誤差是指在實驗過程中，由于某些恒定因素的影響而出現的一種保持恒定或以可預知方式變化的誤差，其特點是該誤差具有單向性、重現性和可測性。它主要影響實驗的準確度，但可以通過適當的方法來加以消除和控制。在氫氧化鈉溶液標定實驗中，主要有如下環節會產生系統誤差。

1.溶液配制過程中所產生的誤差。氫氧化鈉標準溶液配制過程中易形成碳酸鹽-碳酸緩沖溶液，使滴定終點延遲，導致實驗結果偏小，形成系統誤差。要減小此系統誤差對實驗結果的影響，要注意以下兩個方面：一是在實驗中使用的純水一定要是新鮮的純水，以減少水中的二氧化碳的含量，這樣二氧化碳和水形成碳酸的量就會減少。如果實驗室不能制取新鮮的純水，可以把儲存的純水加熱，讓其沸騰一段時間，然后放入干凈的容器中密閉冷卻，這樣也可以得到新鮮的純水。二是飽和氫氧化鈉溶液的配置要提前配制，然后進行陳化，取上層澄清的溶液來配制氫氧化鈉標準溶液，從而減少氫氧化鈉標準溶液中碳酸鹽的含量。只要把上述的兩個環節控制好，就可以有效減小氫氧化鈉標準溶液中的碳酸鹽-碳酸緩沖溶液的濃度，從而把緩沖溶液所產生的誤差控制在允差范圍之內。

2.指示劑產生的誤差。指示劑顯示的滴定終點和實際化學反應的等當量點一般來講很難完全重合，從而產生系統誤差。在本實驗所使用的指示劑是酚酞溶液，其突躍范圍的Ph是8～10，偏離等當量點7，達到滴定終點時氫氧化鈉稍微過量，使實驗結果偏小。要減小此系統誤差對實驗結果的影響，可進行空白實驗。空白實驗就是在同等體積的水中加入同等體積的酚酞指示劑，然后用氫氧化鈉標準溶液按相同的方法進行滴定，記錄所消耗的氫氧化鈉體積，再把鄰苯二甲酸氫鉀所消耗的氫氧化鈉標準溶液的體積減去其在空白實驗所消耗的體積，這樣可以消除指示劑所產生的誤差。

3.鄰苯二甲酸氫鉀中水分含量所產生的誤差。鄰苯二甲酸氫鉀中含有少量的水分，水分的存在使鄰苯二甲酸氫鉀的實際質量小于其稱量的質量，這樣在標定氫氧化鈉溶液時會使實驗結果偏大，產生系統誤差。故在稱量前要對其進行干燥，除去其中的水分，在干燥過程中一定要干燥到直至其恒重，然后放進干燥器中冷卻，再進行稱重。在這個環節中重點是把握“恒重”而不是干燥時間，這樣就可以把水分所產生的誤差控制在允差范圍之內。

二、減小偶然誤差

偶然誤差是指在實驗過程中，由于某些無法控制和避免的偶然因素所造成，并以不可預知方式變化著，主要影響實驗結果的精密度，可以通過增加平行測定的次數等減小偶然誤差。在氫氧化鈉溶液標定實驗中，主要有以下的環節會導致偶然誤差的產生。

1.稱量所產生的誤差。在稱量鄰苯二甲酸氫鉀時，會由于天平本身以及操作人員等因素而造成偶然誤差的產生。要減小誤差對實驗結果的影響，首先應該選擇稱量精度達到要求的天平進行稱量，其次要求操作人員能熟練掌握正確的稱量方法，最后可通過增加平行測定的次數來減小此誤差對實驗結果的影響。

2.滴定管讀數所產生的誤差。在讀取氫氧化鈉的體積時，由于操作人員的因素也可能產生偶然誤差，為此，可要求操作人員掌握正確的讀數方法，同時通過增加平行測定的次數來減小誤差對實驗結果的影響。

3.滴定管刻度的不均勻所產生的實驗誤差。在本實驗中，為提高實驗的準確度，往往設計三次平行測定實驗，但部分學生為了省事，往往在后兩次實驗中，沒有對滴定管中氫氧化鈉溶液進行調零，使滴定管的刻度存在不均勻性，若每次實驗滴定管中的氫氧化鈉標準溶液的液面高度不一致，就會因滴定管刻度的不均勻而產生實驗誤差。因此，每次實驗時都應對滴定管中氫氧化鈉溶液進行調零，消除由于滴定管刻度的不均勻所帶來的誤差。

4.滴定管的測量精度所產生的誤差。本實驗所使用的滴定管，其最小分度值為0.1ml，而滴定液的體積卻要求精確到0.01ml，此時最后一位數只能估讀。要保證誤差控制在0.1%之內，通過計算，滴定時消耗的氫氧化鈉標準溶液的總體積不能小于20ml，這就要求在稱量鄰苯二甲酸氫鉀時要保證對應的質量，如0.1mol/L的氫氧化鈉溶液一般要求稱取質量為0.5000g～0.5500g鄰苯二甲酸氫鉀，這樣在滴定時才能保證所消耗的滴定液的體積超過20ml，從而把由于滴定管的測量精度所產生的誤差控制在允差范圍之內。

三、避免過失誤差

過失誤差是指超出規定條件下預期的誤差，這種誤差沒有一定的規律可循，但是可以完全避免，在本實驗中主要有以下環節會導致過失誤差的產生。

1.在稱量時產生誤差。在稱量鄰苯二甲酸氫鉀時采用的是減量稱量法，在往錐形瓶中傾倒藥品時，部分學生由于操作不謹慎而把部分藥品倒到錐形瓶外，造成過失誤差。

2.鄰苯二甲酸氫鉀溶解不完全產生的誤差。在常溫下鄰苯二甲酸氫鉀很難完全溶解在純水中，若溶解不完全，在滴定過程中會有部分鄰苯二甲酸氫鉀未參與反應，這使得氫氧化鈉溶液的實際用量減少，導致實驗結果偏大。所以應采用熱水或加熱的方式溶解鄰苯二甲酸氫鉀，以保證鄰苯二甲酸氫鉀完全參與反應。

3.用氫氧化鈉標準溶液潤洗滴定管所產生的誤差。經過洗滌的滴定管其管壁內殘留少量的蒸餾水，為減少管內殘留的水對實驗結果的影響，要用氫氧化鈉標準液對滴定管進行潤洗。實驗中有些學生為了省事，往往只進行1～2次的潤洗，這樣就會造成滴定管內殘留水分對裝入滴定管的氫氧化鈉標準液產生的稀釋，導致滴定管內氫氧化鈉標準液的濃度下降而產生實驗誤差。所以在實驗中應嚴格按照實驗要求對滴定管進行3～4次的潤洗，把殘留水分所產生的實驗誤差控制在允差范圍之內。

4.滴定管內形成氣泡所產生的誤差。在滴定管內有兩個操作會形成氣泡，一是向滴定管內裝氫氧化鈉標準液時，在滴定管出口內易形成氣泡。氣泡占據滴定管的有效體積，導致氫氧化鈉溶液的讀數用量大于實際用量，從而產生實驗誤差。排除空氣的方法是將裝滿溶液的滴定管垂直固定在滴定管架上，左手的食指和拇指放在稍高于玻璃珠所在的位置，讓橡皮管向上彎曲使出口管斜向上，往一旁輕輕擠壓橡皮管，使溶液從管口流出，一邊捏住橡皮管不放，一邊慢慢將其放直，從而排除出口管內的氣體。二是在滴定過程中在滴定管的出管口內形成氣泡，在滴定時由于手捏玻璃珠的位置不對從而形成氣泡，消除此誤差，要有正確的操作方法，手應該捏在玻璃珠的中下方而不是其中上方，這樣就不會形成氣泡。

5.在滴定操作時產生誤差。在滴定操作時，部分學生晃動錐形瓶操作不當，把錐形瓶內的液體濺出瓶外造成過失誤差。還有學生因對滴定終點臨近判斷失誤，到終點出現時也沒有改變滴定速度，從而使氫氧化鈉過量造成過失誤差。避免此誤差應按以下方法進行操作，在滴定過程中，發現變色可暫時地擴散至全部溶液且搖動1～2次后變色立即消失，表明終點臨近，此時改為每滴1次，搖幾下。待2～3次后，顏色變化緩慢消失時，說明離終點已經很近，此時調整擠壓的力度，使溶液在出管口形成半滴液，懸而未落，用錐形瓶的內壁將其靠下，然后將錐形瓶傾斜把附于壁上的溶液洗入瓶中，再搖均勻。如此重復，直到剛剛出現達到終點的顏色不再消失為止，一般30秒內不再變色即達到終點。

綜上所述，在以上的大部分環節中所產生的誤差都比較小，以致學生在實驗時不太重視這些環節，但小誤差累積起來就會形成大誤差，所以必須要求學生在整個實驗過程中都要有嚴謹的態度，每個環節都要做到認真、細心、嚴格。同時，還要讓學生正確而熟練地掌握各種儀器的使用方法，從而把各種因素和各個環節所產生的誤差消除或控制在允差范圍之內，使實驗結果更加準確可靠。

（作者單位：茂名市高級技工學校）

參考文獻：

[1]朱煥勤，朱成章編.油料化驗員讀本[M].北京:中國石化出版社，2007.

[2]李淑榮編.化學檢驗工（中級）[M].北京:化學工業出版社，2007.

[3]武漢大學主編.分析化學[M].北京:高等教育出版社，2004.

[4]姜淑敏編.化學實驗基本操作技術[M].北京:化學工業出版社，2008.

責任編輯何麗華