Модуль 1. Теоретические основы химии
Лабораторная работа № 5
Тема: Экспериментальное определение водородного показателя
Водородный показатель рН — это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:
PH = -lg[H+],
где [Н ] - концентрация ионов водорода, моль/л.
С помощью рН реакция среды раствора характеризуется следующим образом:
рН = 7 - среда нейтральная,.
рН < 7 - среда кислая,
рН > 7 - среда щелочная.
Гидроксильный показатель рОН - величина, характеризующая концентрацию гидроксильных ионов и численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации гидроксид-ионов:
POH = -lg[OH]
Связь между рН и рОН одного и того же раствора выражается следующим образом:
рН + рОН = 14.
Концентрации ионов водорода и гидроксид-иона можно выразить через рН и рОН,соответственно:.
[Н+]= 10-рН [ОН-]=10-рОН
Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов называется ионным произведением воды:
Kb= [H+] [OH-]
Для определения рН растворов существуют различные методы, среди которых наиболее распространены колориметрический, потенциометрический.
Цель работы: изучение методов экспериментального определения рН водных растворов.
Приборы и оборудование: рН-метр марки ИМ-120, прибор Михаэлиса, химические стаканы, штатив с пробирками.
Реактивы и растворы: растворы индикаторов фенолфталеина, метилового оранжевого, лакмуса; универсальная индикаторная бумага; растворы соляной кислоты НС1 и гидроксида натрия NaOH, дистиллированная вода.
Определение рН растворов с помощью индикаторов
Возьмите четыре пробирки, налейте по 5 капель дистиллированной воды. В первую пробирку добавьте одну каплю раствора фенолфталеина, во вторую - одну каплю метилового оранжевого, в третью - одну каплю лакмуса, а в четвертую, погрузите полоску универсальной индикаторной бумаги. Наблюдайте окраску индикаторов в дистиллированной воде. Результаты опыта запищите в таблицу.
Такие же опыты проделайте с водопроводной водой, растворами соляной кислоты и гидроксида натрия. Сделайте выводы о реакции среды растворов (кислая, щелочная, нейтральная) и рН (рН > 7, рН < 7). Результаты запишите в таблицу,
| Растворы | Окраска жидких индикаторов | Окраска универсальной индикаторной бумаги | Реакция среды | рН | ||
| Метиловый оранжевый | Фенолфталеин | Лакмус | ||||
| Дистиллированная вода | ||||||
| Водопроводная вода | ||||||
| Раствор HCl | ||||||
| Раствор NaOH |
Определение рН раствора колориметрическим методом
Колориметрический метод определения рН основан на том,-чтo к анализируемому раствору добавляют индикатор и сравнивают окраску полученного раствора с окраской стандартных растворов шкалы с известным значением рН, содержащих тот же индикатор. Если при этом окраска исследуемого раствора и стандартного раствора одинакова, значит рН раствора равна рН эталона.
Для определения рН в растворах колориметрическим методом используют прибор Михаэлиса. Предел измерения рН от 3,0 до 8,0. Точность определения - 0,5 рН.
Для предварительного определения рН в анализируемом растворе используют универсальный индикатор. Чистую пробирку ополосните исследуемым раствором, налейте 5 мл исследуемого раствора, добавьте 0,3 мл универсального индикатора. Взболтайте смесь и полученную окраску сравните с цветной пленочной шкалой. Для этого в крайнее гнездо компаратора, освобожденное от стекла, вставьте пробирку с дистиллированной водой; рядом, с левой стороны, - пробирку с исследуемым раствором и продвигайте цветную пленочную шкалу до совпадения окраски исследуемого раствора ицветной шкалы. Сравнение шкалы производите лицом к дневному свету.
При колориметрическом определении необходимо, чтобы исследуемый раствор был прозрачным. Измерьте рН раствора, выданного преподавателем, с помощью прибора Михаэлиса. Результаты запишите в таблицу,
Измерение рН раствора потенциометрическим методом
Потенциометрический метод определения рН основан на определении концентрации ионов водорода по величине потенциала электрода. Для измерения рН используют стеклянные электроды сТ водородной функцией: ЭСЛ-43-07, ЭСЛ-63-07 и др. Стеклянный электрод представляет собой тонкостенный стеклянный шарик, заполненный раствором НС1, в который погружен хлорсеребряный электрод.
В качестве электрода сравнения используют хлорсеребряный электрод ЭВЛ-1МЗ, который представляет собой серебряную проволоку, покрытую слоем AgCl и помещенную в раствор КС1.
Величину рН растворов измеряют с помощью универсальных мономеров (рН-метров) типа ЭВ-74, ИМ-120М со стрелочной и цифровой индикацией. Предел измерения рН от 1 до 14. Чувствительность не ниже 0,01 рН.
Измерьте рН раствора, выданного преподавателем, спомощью рН-метра. По измеренной величине рН вычислите концентрации ионов Н и ОН" в анализируемом растворе. Результаты запишите в таблицу. Сравните точность измерений с помощью рН-метра, прибора Михаэлиса и индикаторной бумаги.
| Анализируемый раствор | рН по рН-метру | Концентрация | рН по прибору Михаэлиса | |
| [Н+] | [ОН-] | |||
Примеры решения задач
1.Вычислите рН раствора, если концентрация Н+ равна 5 10-2 моль/л.
Решение: рН = -lg[H+] - -lg(5 – 10-2) = - (Ig5+ lglO-2) = - lg5 + 21g10=-0,7+ 2= 1,3.
2. Вычислите [Н+], если рН раствора составляет 4,3. Решение: [H+]=10-рН = 10-4,3 = 10-5 
*100,7= 5*10-5 моль/л. Значение 100,7 находим по таблице антилогарифмов.
3. Вычислите концентрацию ОН, если рН раствора составляет 5,6.
Решение: рН + рОН= 14
Отсюда рОН =14-рН=14-5,6 = 8,4.
[ОН] = 10-рОН = 10-8,4=10-9 *100,6=4 * 10-9 моль/л.
Контрольные вопросы и задания:
1. Что называется ионным произведением, воды?
2. Как влияет температура на ионное произведение воды?
3. Дайте определение рН ирОН.
4. Чему равна сумма рН и рОН для любого водного раствора при
5. Каково значение рН в кислой, щелочной, нейтральной средах?
6. Каковы методы определения рН?
7. Что такое кислотно-основные индикаторы? Назовите их.
8. На чем основан колориметрический метод определения рН?
9. В чем сущность потенциометрического метода определения рН?
10. Концентрация ионов Н+ в растворе равна 10 моль/л. Чему равны рН и рОН?
11. Вычислите рН раствора, если концентрация ионов ОН в растворе
равна 10-11 моль/л.
12. Определите концентрацию ионов Н+, если рН раствора равен 3.
13. рН раствора равен 7. Чему равна концентрация ионов ОН?
14. Определите рН 0,01 М раствора H2SO4.
Рекомендуемая литература:
1 Н.Л.Глинка. Общая химия: Учебное пособие для вузов. -25-е изд., исправленное/ Под.ред. В.А. Рабиновича.- Л: Химия, - 704 с.
2 Кульман А.Г. Общая химия. – Изд. 3-е, перераб.и доп. – М.: Колос, 1979. – 528 с., ил.
3 Курс общей химии. Под ред. Н.В. Коровина. -2-е изд., перераб. и доп. – М.:Высш.шк., 1990. – 446 с.: ил.