酚酞指示剂碱溶液变色机理研究

赵金和，卢政明

(1.百色学院化学与生命科学系，广西 百色 533000；2.金华职业技术学院，浙江 金华 321061)

酚酞，化学式为C20H14O4，为白色或微带黄色的细小晶体，难溶于水而易溶于酒精[1~2]，因此通常把酚酞配制成酒精溶液使用。酚酞是最重要的酸碱指示剂之一[3]。自英国科学家波义耳发现酸碱指示剂及1877年勒克人工合成酚酞指示剂以来，酚酞的乙醇溶液被广泛用作化学、化工[4~5]、医用化学[6]等基础实验常用试剂。多年来，在中学、大学化学教材乃至众多学者都认为酚酞指示剂遇碱显示红色，在酸性溶液中不显色[7]。然而，大量化学工作者试验研究表明，酚酞在弱碱性及中性水溶性中无色，在弱碱性溶液中呈紫红色，酚酞的pH变色范围为8.2~9.8。进一步的试验指出，在强碱性溶液中酚酞的桃红色褪去，在浓度较大的无机酸溶液中呈现绿色、棕黄色、粉色等不同颜色，且颜色随酚酞指示剂浓度的增大而加深[8]。作者在前人系统研究酸溶液与酚酞作用的基础上[9]，通过大量试验，较为系统地研究了酚酞在不同碱溶液中的变色现象，并尝试从最大吸收波长、pH值、空间位阻等角度探讨了酚酞在不同浓度的碱溶液的变色机理，以使化学工作者对酚酞指示剂的性质有较全面的认识，为化学实验和科学研究提供科学的理论指导。

1 试验部分

1.1 试剂及仪器

酚酞（AR），乙醇（AR），碳酸钠（AR），硫化钠（AR），氢氧化钠（AR），苯胺（AR），乙二胺（AR），氨水（AR）。

721型可见分光光度计，雷磁精密pH计(pHS-3C)，容量瓶，移液管，量筒。

1.2 溶液的配制

酚酞指示剂：将0.1g 酚酞溶解于100mL 90%的乙醇中。将各种碱稀释成不同指定浓度的碱溶液。

1.3 实验步骤

将各种碱稀释成不同指定浓度的溶液并分组；按组分别取不同浓度的碱溶液4mL于试管中，并依次向各试管中滴加1滴酚酞指示剂、过量酚酞指示剂（3滴）、将溶液稀释1倍、2倍，观察并记录实验现象

2 试验现象及结果

酚酞指示剂在氢氧化钠、氨水、硫化钠、碳酸钠、乙二胺、苯胺等六种溶液中的颜色变化、pH值及可见吸收波长分别见图1~6。

图1 酚酞在0.001M NaOH的吸收波长情况

图2 酚酞在0.001M氨水的吸收波长情况

图3 酚酞在0.001M Na2S的吸收波长情况

图4 酚酞在0.001M Na2CO3的吸收波长情况

图5 酚酞在0.001M乙二胺的吸收波长情况

图6 酚酞在0.001M苯胺的吸收波长情况

3 结果分析

从以上实验结果可以清楚地知道：（1）酚酞在NaOH、NH3·H2O、Na2S、Na2CO3和乙二胺中显色（红色的醌式结构），在苯胺中不显色（无色的内酯式），这可能是由于苯胺的空间位阻较大和苯胺的碱性实在太弱的原因（Kb=3.98×10-10，溶液pH为6.65~7.74）。（2）图1~5的正常显色的5种碱，最大吸收峰的位置基本接近，都在540 nm左右，但图5乙二胺最大吸收波长约在560 nm处，这表明在上述5种不同碱溶液中显色物质结构相同，但精细结构有差别。由于乙二胺是富电子体，导致酚酞在乙二胺溶液中的最大吸收波长红移。（3）图1~5的吸光度大小顺序都是浅红色﹥黑色﹥草绿色﹥淡黄色。从曲线上的实验操作说明可以看出，影响吸光度大小的最主要因素是显色离子浓度，除此之外，温度、溶液碱性大小对吸光度都有不同程度的影响。

4 讨论与展望

部分吸光度数值大于1，还有苯胺的吸光度呈现负值，可能是配制酚酞时引入了乙醇，而参比溶液选择水的原因。由于选择吸光光度法作为实验结果的主要监测方法，大浓度碱溶液的实验受到限制，碱溶液遇碱变红再变无色的阈值没能找出，值得进一步探索。

[1] 朱泽琛. 酚酞的颜色和结构[J].化学工程与装备, 2010，（12）：5-6.

[2] 薛循育,柯德宏.酚酞合成方法的改进[J].化学试剂,2006，28（11）：697-698.

[3] Rimantas Vaitkus&Stefan Sjoberg. Large inclusion constants of b-cyclodextrin with carborane derivatives [J] . Incl Phenom Macrocycl Chem., 2011，（69）：393-395.

[4] Po Yang &Yi Gu. Synthesis and curing behavior of a benzoxazine basedon phenolphthalein and its high performance polymer[J].Polym Res., 2010，（10）：1007-1016.

[5] D.Yu.Antonov,N.V.Vorontsova,S.N.Salazkin,etal. Network Polymers Based on 3,3 Bis（4'hydroxyphenyl） phthalide and [2.2]Paracyclophane 4,16 dicarboxylic Acid [J].Polymer Science, 2011，53（3）：151-159.

[6] 黄诺嘉，杨文红，黄奕滨.减肥类中成药、保健食品、食品中非法添加酚酞、西布曲明等化学成分的快筛检测方法研究[J].食品与药品，2011，13（3）：114-116.

[7] 刘四运，吴新民，陈平，等.酚酞指示剂在酸碱溶液中变色复杂性探讨[J].安庆师范学院学报(自然科学版),2004，10（1）：63-65.

[8] 吴淑琰,应桃开,朱伟琴.酚酞遇碱褪色又一说[J].化学教育， 2005，(12)：58.

[9] 王万林，史建公，刘鑫.酚酞指示剂在酸溶液中的颜色变化及其变色机理[J].化学世界， 2010（3）：189-192.