酚酞的颜色和结构

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酚酞的颜色和结构

朱泽琛

（华南理工大学化学与化工学院，广东广州 510000）

摘要：研究酚酞在酸碱不同的溶液中的颜色和结构的关系。采用量子化学密度泛函B3LYP方法计算

得到不同溶液中酚酞的几何构型，并得到前线分子轨道能量，从而知道该结构的颜色。结果表明，在

强酸性溶液中呈橙红色，在弱酸及中性溶液中为无色，在弱碱性溶液中呈红色，在强碱性溶液中为无

色。

关键词：酚酞；颜色；几何构型；量子化学计算

酚酞，化学式为C20H14O4。酚酞为白色或微带黄色的细小晶体，难溶于水而易溶于酒精。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。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、医用化学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。然而，大量试验研究表明：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，酚酞的变色间隔为Ph8.2-9.8。进一步的试验指出，在强碱性溶液中酚酞的紫红色退去，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。关于酚酞的变色机理已经进行了一系列的研究，得出了初步的结论。六十年代以来，开始应用近代结构分析手段对这个问题进行研究。本文结合近年来的研究结果及我的一些实验结果，对酚酞的变色机理进行简要阐明。

1 早期实验结果

在稀酸和中性溶液中，酚酞分子具有内酯结构（Ⅰ），酚酞分子中三个苯环与一个SP3杂化的中心碳原子相连，三个苯环(生色基)之间未形成共轭关系，因此是无色的。遇碱后，内酯结构在加入碱后，中和一个酚羟基。这个结构不稳定，打开内酯环，通过电子转移生成醌型结构，中心碳原子转化为SP2杂化状态，形成多个生色基共轭体系，因而显色。但在过量碱的作用下，醌型被破坏生成无色的甲醇型，中心碳原子又恢复到SP3杂化状态，共轭体系消失，颜色也随之褪去。

Peters和Redmon认为加入第一个当量碱后酚酞结构为（Ⅱ），且存在互便异构体——醌型结构（Ⅲ）。第二个当量碱和另一个酚羟基生成（Ⅳ）呈紫红色。加入第三个当量碱生成甲醇型（Ⅴ）。

Wittke和Hopkinson认为在浓硫酸中酚酞内酯环由于质子化而打开，生成三苯甲基正碳离子，并进一步在羟基邻位上发生磺化反应。

2 进一步的实验和证明

实验用Gaussview4w软件画出分子结构，使用g03w软件，采用B3LYP/sto-3g计算得到分子优化结构。查看前线轨道能量，的到吸收波长。由吸收波长的互补色可知该结构的颜色。

2.1 计算优化

（1）画出酚酞在弱酸性和中性水溶液中的分子结构（Ⅰ），经计算优化得到的分子结构为：

图1 酚酞的分子结构（Ⅰ）

（2）画出酚酞在弱碱性水溶液中的分子结构（Ⅳ），经计算优化得到的分子结构为：

2010年第12期2010年12月

化学工程与装备

Chemical Engineering & Equipment

6 朱泽琛：酚酞的颜色和结构

图2 酚酞的分子结构（Ⅳ）

2.2 计算结果

表1 酚酞不同结构的计算结果

结构 Ⅰ Ⅳ

Ⅴ

Ⅵ

?E/hartree 0.185490.08399 0.02248 0.10454λ/nm 245.6 542.5 2027 435.8

颜色 无色

红色

无色

橙红色

3 结论

在弱酸及中性溶液中，酚酞无色，酚酞分子具有内酯结构（Ⅰ）。

在弱碱性溶液中，酚酞呈红色，其结构为醌型结构（Ⅳ）。 在强碱性溶液中，酚酞生成无色甲醇型，结构为（Ⅴ）。

在强酸性溶液中，酚酞呈橙红色，酚酞主要生成三苯甲基正碳离子，结构为（Ⅵ）。

酚酞在溶液中的平衡图式如下：

图3 酚酞在溶液中的平衡图

参考文献

[1] 蒯世定．化学教学[J]．1999；20（12）：36-37. [2] 刘四运，吴新民，陈平，等．安庆师范学院学报[J]．自

然科学版，2004；10（1）：63-65.

[3] 王万林，史建公，刘鑫．化学世界[J]．2010；（3）：189-191. [4] 童沈阳，金霞．化学通报[J]．1988；51(08)：52-55.

酚酞试剂遇水产生白色沉淀的研究

酚酞试剂遇水产生白色沉淀“异常现象”的探究 高若曦1，范艳花2，姚智萍2 （1.陕西省西安中学；2.河南大学化学化工学院） 摘要：酚酞试剂滴加到蒸馏水中产生了白色沉淀，通过一系列实验对这种现象进行了探究，从理论和实验两个方面说明了出现“异常现象”的原因。 关键词：酚酞；化学；变色；性质 一、问题的提出 酚酞的变色范围为：pH 介于0~8.2，无色；pH 介于8.2~12.0，粉红色；pH>12.0，无色。而蒸馏水显中性，pH=7.0，把酚酞试剂滴加到蒸馏水中应该显无色，且溶液透明。然而，在一次实验中却发现，将酚酞滴加到蒸馏水中出现了白色沉淀。怎么会出现这种现象呢？针对这种“异常现象”，我们做了一系列的探究实验，找出了原因，现做一介绍。 二、实验探究 查阅资料得知，酚酞是一种有机弱酸，为白色或微带黄色的细小晶体，分子式为C20H14O4，难溶于水而易溶于酒精，因此通常把酚酞配制成酒精溶液使用。常见的酚酞试剂配制方法有以下三种：（1）0.1g 酚酞溶解于100 mL 60%乙醇；（2）0.05 g 酚酞垣50 mL乙醇垣50 mL 水；（3）每升90%乙醇中溶解1g 酚酞。 实验探究1：用上面三种方法配制酚酞指示剂（实验所用药品均为分析纯，下同），取2 mL 逐滴加入到10 mL 蒸馏水中，观察现象。 通过上述实验发现，使用常见方法配置的酚酞试剂，遇蒸馏水未出现白色沉淀，考虑到酚酞是有机物，难溶于水，猜测浓度大的酚酞溶液遇水可能会产生白色沉淀。 实验探究2：配制较大浓度的酚酞溶液，取2 mL 逐滴加入到10 mL 蒸馏水中。实验现象如下表： 上述实验现象说明，浓度较大的酚酞溶液遇水确实会出现白色沉淀。那么酚酞的浓度到底多大开始出现白色沉淀呢？ 实验探究3：分别配置9 种不同浓度的酚酞乙醇溶液（浓度分别为0.001g/mL、0.002g/mL、0.003g/ mL、0.005g/mL、0.01g/mL、0.015g/mL、0.02g/mL、0.03g/mL、0.04g/mL），取2mL 逐滴加入到10 mL 蒸馏水中，实验现象如下：当酚酞浓度达到0.01 g/mL 时有少量白色沉淀，浓度从0.015~0.04 g /mL 均有明显的白色沉淀。 上述实验显示，当酚酞浓度达到0.01 g/mL 时，便有少量白色沉淀生成，达到0.015 g/mL 时，就有明显的白色沉淀生成。

锅炉水质化验常用试剂的配制和标定(硫酸标液、EDTA、铬黑T、酚酞、甲基橙、氨-氯化铵缓冲溶液)

1.C(2 1H 2SO 4)=0.1000mmol/L 的硫酸标准溶液 ①配制：取3mL 硫酸，缓缓注入1000mL 水中，冷却，摇匀。 ②标定： 称取0.2g 于270-300℃高温炉中灼烧至恒重的基准无水碳酸钠，称准至0.0001g 。溶于50ml 水中，加10滴溴甲酚绿-甲基红混合指示剂，用配好的硫酸溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色，煮沸2min ，冷却后继续滴定至溶液再呈暗红色。同样做空白试验， 计算： m --------无水碳酸钠的质量，单位为克（g ） V1--------硫酸之用量，单位为（mL ） V2--------空白试验硫酸之用量，单位为（mL ） M-------无水碳酸钠的摩尔质量，单位为克每摩尔（g/mol ），M(21Na 2CO 3)=52.994 2.C(EDTA)=0.01mol/L 的标准溶液 ①配制：取4g 乙二胺四乙酸二钠，加1000mL 水，加热溶解，冷却，摇匀。 ②标定：称取0.03g 于800℃士50℃的高温炉中灼烧至恒重的工作基准试剂氧化锌，用少量水湿润，加2 ml 盐酸溶液(20%)溶解，加100 ml 水，用氨水溶液(10%)调节溶液pH 至7--8，加10 ml 氨-氯化铁缓冲溶液甲(PH-10)及5滴铬黑T 指示液(5 g/L)，用配制好的乙二胺四乙酸二

钠溶液滴定至溶液由紫色变为纯蓝色。同时做空白试验。计算： m--------氧化锌的质量，单位为克（g） V1--------乙二胺四乙酸二钠溶液的体积，单位为（mL） V2--------空白试验乙二胺四乙酸二钠溶液的体积，单位为（mL）M-------氧化锌的摩尔质量，单位为克每摩尔（g/mol）， 1ZnO)=81.39 M( 2 3.酚酞指示剂(10g /L) 取1g酚酞，溶于乙醇(95%)，用乙醇(95%)稀释至100 mL 4.甲基橙指示液(1 g/L) 称取0.1 g甲基橙，溶于70℃的水中，冷却，稀释至100 mL。 5.铬黑T指示液(5g/L) 称取0.5 g 铬黑T和2g氯化羟胺(盐酸羟胺)，溶于乙醇(95%)，用乙醇(95%)稀释至100m L。 6.氨-氯化铵缓冲溶液(pH=10) 称取 26.7 g 氯化铵，溶于水，加36 mL氨水，稀释至1000 mL。

钙检测试剂盒(邻甲酚酞络合铜比色法)

钙检测试剂盒(邻甲酚酞络合铜比色法) 简介： 钙(Calcium)是一种金属元素，常温下呈银白色晶体，动物的骨骼、蛤壳、蛋壳都含有碳酸钙。检测生命体钙含量，主要通过检测钙离子浓度实现的。 Leagene 钙检测试剂盒(邻甲酚酞络合铜比色法)是利用溶液中钙离子在碱性条件下能与邻甲酚酞络合铜(OCPC)结合，生成蓝红色的络合物，加入镁离子螯合剂，去除镁离子背景干扰。通过分光光度计检测575nm 处吸光度值，根据公式计算出总钙含。该试剂盒仅用于科研领域，不宜用于临床诊断或其他用途。 组成： 操作步骤(仅供参考)： 1、 (选做)制备样品： ① 血浆、血清样品：血浆、血清按照常规方法制备，可以直接用于本试剂盒的测定， -20℃冻存，用于Ca 的检测。 ②细胞或组织样品：取恰当细胞或组织进行匀浆，低速离心取上清，-20℃冻存，用于Ca 的检测。 高浓度样品：如果样品中含有较高浓度的Ca ，可以使用ddH 2O 稀释，不宜使用普通蒸馏水稀释。 ④(选做)样品准备完毕后可以用BCA 蛋白浓度测定试剂盒测定蛋白浓度，以便于后续计 算单位蛋白重量组织或细胞内的Ca 含量。 2、 Ca 检测：选用经稀盐酸处理及去离子水清洁的的干燥试管或者一次性无菌聚乙烯离心 管，按下表操作。 编号 名称 TC1026 50T Storage 试剂(A): 钙标准(2.5mmol/L) 1ml 4℃ 试剂(B): Ca Assay buffer 50ml RT 避光 试剂(C): OCPC 显色液 50ml 4℃ 避光 试剂(D): ddH 2O 10ml RT 使用说明书 1份 加入物(ml) 空白管 标准管 测定管 ddH 2O 0.025 — — 钙标准(2.5mmol/L) — 0.025 — 待测样品 — — 0.025

三种常见酸碱指示剂性质及其变色原理

酸碱指示剂的变色原理 ---专题简介 原创：S O S O问问精益求精团队。 小虾编辑整理及扩充 人们在实践中发现，有些有机燃料在不同的酸碱性溶液中能显示不同的颜色。于是，人们就利用它们来确定溶液的pH。这种借助其颜色变色来指示溶液 pH的物质叫做酸碱指示剂。 石蕊 酸碱指示剂一般是有机弱酸或有极弱碱。它们的变色原理是由于其它分子 和电离出来的离子的结构不同，因此分子和离子的颜色也不同。在不同pH的溶 液里，由于其分子浓度和离子浓度的比值不同，因此显示出来的颜色也不同。例如，石蕊是一种有机弱酸，它是由地衣值得的一种蓝色色素。如果用HIn代表石 蕊分子，HIn在水中发生下列电离：HIn（红色[酸色]）←=→H++In-（蓝色[碱色]） （注：←=→代表可逆符号，下同）

石蕊什么情况下变色？ 在酸性溶液里，分子是其存在的主要形式，使溶液呈红色;（由于[H+]增大，平衡向左移）在碱性溶液里，石蕊水解发生的电离平衡向右移动，电离产生的酸根离子是其存在的主要形式，故使溶液呈蓝色;（由于[OH-]增大，平衡右移） 在中性溶液里，分子和酸根离子共存，因而溶液呈紫色。（[HZ]=[Z-]） 遇酸变红PH<5.0 遇碱变蓝PH>8.0 石蕊是什么物质? 石蕊 蓝紫色粉末。是从植物中提取得到的蓝色色素，能部分地溶解于水而显蓝色。石蕊是一种常用的指示剂，变色范围是pH5.0—8.0之间。石蕊起指示剂作用是由于石蕊中含石蕊精(C7H7O4N)的原因。其原理是石蕊也是一种弱酸 在中性溶液中：[HZ]=[Z-] 在酸性溶液中：由于[H+]则大，平衡向左移，溶液呈红色。 在碱性溶液中：由于[OH-]增大，平衡右移，则溶液呈蓝色。 [石蕊试液的配制] (1)先用热酒精溶解去除杂质，把酒精倾去。(2)加水溶解石蕊，搅拌、静置、过滤。(3)滤液稀释至1%即得石蕊试液。 石蕊（shirei）（Cladonia）地衣门、石蕊科中的石蕊属。种类多。 地衣体壳状至鳞片状，并从地衣体上长出空心的果柄，不分枝或具多分枝。子囊盘生果柄顶端，子囊盘网衣型，子囊孢子单胞型，无色，椭圆形。土生或生于腐木或岩石表土上。广布于全国各地石蕊在医药和化学试剂方面，有重要价值。有些种类可提取抗菌素，如雀石蕊、软石蕊、红头石蕊、粉杆红石蕊、粉杯红石蕊等；有些种类可提取石蕊试剂，如石蕊、鳞片石蕊、杯腋石蕊、喇叭石蕊等。酸性物质把试液变红。石蕊和酚酞都是酸碱指示剂，它们是一种弱的有机酸。在溶液里，随着溶液酸碱性的变化，指示剂的分子结构发生变化而显示出不同的颜色.石蕊(主要成分用HL表示)在水溶液里能发生如下电离：HL红色H+ L-

酚酞溶液测碳化深度

实验报告 课程名称结构试验与量测技术 实验名称混凝土碳化深度试验 指导教师赵菊梅 姓名张雪磊 学号20097109 班级桥梁2班 试验日期2012年6月21日

一、实验目的： 1、促进了解酚酞乙醇溶液的配制方法、步骤。 2、增进熟悉和掌握酚酞乙醇溶液测混凝土碳化深度的基本步骤、原理和方法。 二、实验仪器： 电子称，酚酞，乙醇，量筒，引流棒，滴管，C20混凝土试块（水养28天后又养护30天） 三、实验原理： 混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中ＣＯ２气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ｃａ（ＯＨ）2＋ＣＯ2＝ＣａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Ｆｅ2Ｏ3和Ｆｅ3Ｏ4，称为钝化膜（碱性氧化膜）。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。 利用混凝土的弱碱性和碳化部分的中性，运用酚酞溶液可直观测试混凝土表面碳化深度。

四、实验步骤： 1、1%浓度酚酞乙醇溶液的配制： （1）用电子称称取0.1克酚酞； 用纸垫在电子称上，去皮后用小勺取酚酞适量到电子称上称量，直至电子称显示所取酚酞重0.1克止。 （2）用量筒量取10ml乙醇； 将乙醇沿引流棒倒入量筒内，倒时注意观察，看到接近10ml时停止，改用滴管滴取乙醇，直至乙醇液面到达量筒10ml处停止。 （3）将0.1克酚酞溶解于这10ml乙醇中，制成酚酞乙醇溶液。 将称取的酚酞倒入量取的乙醇内，轻轻震荡，使酚酞溶解于乙醇中，若溶解困难，可用振捣棒搅拌，加速酚酞的溶解，直至溶液清澈为止。 到此酚酞乙醇溶液配制完毕。 2、碳化深度的测定： （1）压坏混凝土试块； 取C20的混凝土试块，置于压力机上，对非自由面施加压力，直至试块破坏。

酚酞试液

酚酞试液 酚酞试液化学式：C20H14O4 酚酞为白色或微带黄色的细小晶体。熔点258-262℃，相对密度1.27。溶于乙醇（难溶于水而易溶于酒精。因此通常把酚酞配制成酒精溶液使用），溶于稀碱溶液呈深红色，溶于酸性溶液颜色不发生变化,微溶于醚，不溶于水，无臭，无味。由邻苯二甲酸酐和苯酚在加入脱水剂的条件下加热至115-120℃进行缩合制得。 编辑本段化学用途 酚酞溶液是一种酸碱指示剂。 酚酞是一种弱有机酸，在pH＜8.2的溶液里为无色的内酯式结构，当8.2醌式结构。酚酞的变色范围是8.2 ～10.0，所以酚酞只能检验碱而不能检验酸。（浅红色）（红色） 酚酞作为一种常用指示剂,广泛使用于酸碱滴定过程中。通常情况下酚酞遇酸溶液不变色,遇中性溶液也不变色，遇碱溶液变红色。然而,酚酞在强碱中由红色迅速退为无色,而在浓酸中也会变色,在稀酸溶液中酚酞滴加过量造成沉淀,使溶液变成白色浑浊。（这是由于酒精易溶于水，使试剂中难溶于水的酚酞析出的缘故。)酚酞的醌式或醌式酸盐，在碱性介质中很不稳定，它会慢慢地转化成无色羧酸盐式；遇到较浓的碱液，会立即转变成无色的羧酸盐式。所以，酚酞试剂滴入浓碱液时，酚酞开始变红，很快红色退去变成无色。酚酞遇浓硫酸变橙色。 酚酞指示剂的配制 中华人民共和国国家标准：酚酞指示剂(0.5%酚酞乙醇溶液)：取0.5g酚酞，用95％乙醇溶解，并稀释至100mL，无需加水。 其实个人觉得用无水乙醇也是可以的，因为不能用水配置的原因是因为在水中溶解度小，况且，在用酚酞的时候是要往水溶液中滴加的，自然就会遇水，因此用无水乙醇，肯定不会有其他的什么坏处的，用95％的乙醇我想是考虑到成本原因吧，因此没必要用无水乙醇。

石蕊试液

石蕊试液 石蕊性状 蓝紫色粉末。是从植物中提取得到的蓝色色素，能部分地溶解于水而显紫色。石蕊是一种常用的指示剂，变色范围是pH5.0—8.0之间。石蕊起指示剂作用是由于石蕊中含石蕊精(C7H7O4N)的原因。其原理是石蕊也是一种弱酸，在水溶液中存在如下平衡：HZ代表石蕊分子 在中性溶液中：[HZ]=[Z-] 可逆反应的电离，存在化学电离平衡 在酸性溶液中：由于[H+]增大，平衡向左移，溶液呈红色。 在碱性溶液中：由于[H-]减小，平衡右移，则溶液呈蓝色。 [石蕊试液的配制] (1)先用热酒精溶解去除杂质，把酒精倾去。(2)加水溶解石蕊，搅拌、静置、过滤。(3)滤液稀释至1%即得石蕊试液。 石蕊（shirei）（Cladonia）地衣门、石蕊科中的石蕊属。种类多。 地衣体壳状至鳞片状，并从地衣体上长出空心的果柄，不分枝或具多分枝。子囊盘生果柄顶端，子囊盘网衣型，子囊孢子单胞型，无色，椭圆形。土生或生于腐木或岩石表土上。 广布于全国各地 石蕊在医药和化学试剂方面，有重要价值。有些种类可提取抗菌素，如雀石蕊、软石蕊、红头石蕊、粉杆红石蕊、粉杯红石蕊等；有些种类可提取石蕊试剂，如石蕊、鳞片石蕊、杯腋石蕊、喇叭石蕊等。 酸性物质把试液变红 石蕊和酚酞都是酸碱指示剂，它们是一种弱的有机酸。在溶液里，随着溶液酸碱性的变化，指示剂的分子结构发生变化而显示出不同的颜色. 石蕊(主要成分用HL表示)在水溶液里能发生如下电离： HL红色 H+ L-蓝色 在酸性溶液里，红色的分子是存在的主要形式，溶液显红色；在碱性溶液里，上述电离平衡向右移动，蓝色的离子是存在的主要形式，溶液显蓝色；在中性溶液里，红色的分子和蓝色的酸根离子同时存在，所以溶液显紫色。 石蕊能溶于水，不溶于酒精，变色范围是pH 5.0～8.0。 紫色石蕊试液和酚酞是溶液酸碱性的指示剂，其颜色是否变化，取决于溶液的pH大小。我们通常说的pH<7的溶液使紫色石蕊变红，使无色酚酞不变色，只是一种粗略说法。其实紫色石蕊试液和酚酞有一定的变色范围，参看图。 任何水溶液中都存在H+和OH-，pH的大小决取于溶液H+浓度和OH-浓度的关系。 H+浓度=OH-浓度 pH=7 溶液呈中性 H+浓度>OH-浓度 pH<7溶液呈酸性