Лабораторная работа по химии №
Тема: "Определение рН растворов"
Цель: сформировать представления о значениях рН некоторых растворов, умения определять рН растворов с помощью универсального индикатора и универсальной индикаторной бумаги
Оборудование: стеклянные пробирки, 0,1 н. раствора HCl, 0,1М раствора KOH, лакмус, фенолфталеин, метилоранж, набор универсальной индикаторной бумаги
Основные понятия
Дистиллированная вода в очень небольшой степени проводит электрический ток. Вода является слабым электролитом, ее молекулы диссоциируют на ионы. Электролитическая диссоциация воды:
H2O - H+ + OH?
2H2O – H3O+ + OH?
По закону действующих масс к обратному процессу диссоциации, можно записать выражение константы диссоциации воды. По величине электропроводности воды известна степень диссоциации воды, концентрация ионов H+ и OH?, а также значение константы диссоциации:
Так как степень диссоциации воды очень мала, то концентрацию недиссоциированных молекул [H2O] можно считать постоянной и равной 55,56 моль.
Кдис[H2O] = [H+] [OH?]=1.8*10-16*55.56
[H+] [OH?]=1*10-14
Ионное произведение воды
Кводы = [H+] [OH?]=1*10-14
При диссоциации молекулы воды получается один ион H+ и один ион OH?, поэтому концентрации обоих ионов будут равны 10-7 моль/л: [H+]=[OH?]= моль/л
Растворы, в которых концентрация ионов H+ равна концентрации ионов OH?, называются нейтральными растворами.
Растворы, в которых концентрация ионов H+ больше концентрации ионов OH?, являются кислыми растворами.
[H+]>[OH?]>10-7
Растворы, в которых концентрация ионов H+ меньше концентрации ионов OH?, являются щелочными растворами.
[H+]<[OH?]<10-7
Следовательно, концентрация ионов водорода выступает в качестве характеристики среды.
а) Если [H+]=[OH?]=10-7 моль/л - среда нейтральная
б) Если [H+]>[OH?]>10-7 моль/л (например 10-4) - среда кислая
в) Если [H+]<[OH?]<10-7 моль/л (например 10-12) - среда щелочная
Так как степенные выражения концентрации ионов H+ неудобны то их заменили логарифмическими функциями. Вместо концентрации ионов водорода для характеристики кислотности среды используют десятичный логарифм концентрации ионов H+, взятый с обратным знаком. Эту величина называется водородным показателем и её обозначают pH:
рH = - lg [H+]
а) Среда нейтральная
рН = -lg 10-7 = 7
б) Среда кислая
рН <7, например рН = -lg10-4 = 4
в) Среда щелочная
рН >7, например рН = -lg10-12 = 12
| [Н+] | 1,0 | 10-3 | 10-4 | 10-6 | 10-7 | 10-8 | 10-9 | 10-10 | 10-11 | |
| рН | ||||||||||
| хар-р р-ра среды | кислый | слабо-кислый | нейт-ральный | основной | щелочной | нейт-ральный |
14 < рН< 0 рН + рОН = 14
В качестве индикаторов используют органические вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от концентрации ионов водорода в растворе. Для каждого индикатора имеется свой интервал значений рН, при котором изменяется его окраска. Наиболее распространены индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метилоранж.
Опыт №1. Окраска кислотно-щелочных индикаторов в кислой и щелочной среде
ионный индикаторный гидроксид - натрий
Пронумеровать 6 пробирок, в первые три налить по 1-2 мл 0,1 н. раствора HCl, в три другие налить по 1-2 мл 0,1М раствора KOH. Поместить пробирки в штатив и добавить в каждую по одной капле индикаторов. Отметить окраску взятых веществ в сильнокислой и сильнощелочной среде. Рассчитать значения рН в этих растворах. Записать результаты в таблицу.
HCl 0,1 н.=0,1 М f=0,86 [H+]=0,086=8,6*10-2 pH= -lg[H+]=1,06
NaCl 0,1 М f=0,81 [OH-]=0,081 [H+]=10-14/8,1*10-2=1,2*10-12 pH= -lg[H+]=11,9
| Номер пары пробирок | Индикатор | Наблюдаемая окраска | ||
| В сильнокислой среде рН=1,06 | В сильнощелочной среде рН=11,9 | |||
| 1 и 1а | Фенолфталеин | Бесцветный | Малиновый | |
| 2 и 2а | Лакмус | Розовый | Синий | |
| 3 и 3а | Метилоранж | Красный | Желтый | |
В результате проведения опыта мы выяснили, что для выявления нейтральной среды следует пользоваться метилоранжем или лакмусом, для щелочной- фенолфталеином, для кислой метилоранжем или лакмусом.
Опыт №2 Определение рН раствора при помощи индикаторов
Получить у преподавателя раствор, у которого необходимо определить значение рН. В 3 пробирки налить 1-2 мл раствора и добавить по 1-2 капли каждого индикатора. Отметить цвет раствора в каждой пробирке. Сопоставить данные с таблицей и установить порядок величины рН в исследуемом растворе.
X + фенолфталеин = раствор помутнел
Х + метилоранж = оранжевый
Х + лакмус = фиолетовый
Из таблицы следует, что значение рН находится в пределе от 6 до 8, следовательно, среда нейтральная.
Опыт №3. определение рН раствора при помощи универсальной индикаторной бумаги
Получить у преподавателя образец вещества из опыта № 2. Опустить в него лакмусовую бумагу, после чего проверить ее цвет по цветной шкале из чего ее рН= 6.
Вывод: с помощью нескольких индикаторов можем определить рН данного раствора
Опыт №4. Определение рН раствора уксусной кислоты на рН-метре
Приготовили 50 мл 0,1М раствора уксусной кислоты из 1М уксусной кислоты. Для этого расчетное количество 1М раствора отобрали пипеткой или мерным цилиндром, после чего перенесли в мерную колбу на 50 мл и добавили до метки дистиллированной воды. Приготовленный раствор перелили в стакан на 50 мл и измерили значение рН раствора на рН-метре. Так мы определили практическое значение рН раствора.
рНпрак=2,6
Вычисляем теоретическое значение рН 0,1М раствора уксусной кислоты, учитывая, что константа диссоциации уксусной кислоты К = 1,86*10-5.
1 моль 1 л
0,005 моль х
х=0.005 л
СН3СООН=СН3СОО++Н-
[H+]=с?=с=0,1 моль/л*=1,3*10-3
рНтеор=-lg[H+]=-lg(1,3*10-3)=2,8
Рассчитываем относительную ошибку опыта.
?=%=2,8 - 2,6/2,8*100%=7,14 %