Водородный показатель, гидролиз солей

Лабораторная работа

Водородный показатель, гидролиз солей

ВВЕДЕНИЕ

Протекание различных химических  процессов сильно зависит от реакции среды в растворе. Поэтому величина рН раствора является важнейшим показателем, который необходимо контролировать как при проведении реакций в научно-исследовательских лабораториях, так и в ходе разнообразных технологических процессов.

Настоящая лабораторная работа даёт возможность освоить способы измерения и  методы расчёта рН в водных растворах электролитов. Перед её выполнением необходимо усвоить понятия: ионное произведение воды, характер среды, индикатор, гидролиз солей, водородный показатель.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Освоить методы определения рН растворов.

Изучить методы расчета рН растворов электролитов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

Опыт  №1. Определение рН при помощи индикаторов.

       Для проведения опыта на рабочем столе находятся 5 банок с растворами электролитов. Внесите в первую колонку таблицы1формулы этих пяти электролитов и во вторую колонку (данная) значения их концентрации.  На одной банке не указана концентрация (во второй колонке поставить прочерк) – раствор этого электролита будет использоваться и в первом, и во втором опытах.

Определите окраску индикаторов в растворах указанных пяти электролитов.

а) Для этого налейте в пробирки по 1мл растворов и добавьте в каждую пробирку 1-2 капли фенолфталеина. Результаты наблюдений запишите в табл.1,используя данные  Приложения (таблица 1). Пробирки хорошо помыть для продолжения опыта.

б) Опыт повторите с использованием индикатора метилового оранжевого. Результаты наблюдений также запишите в табл. 1.

в) Для приближенного определения рН раствора пользуются универсальной индикаторной бумагой, или универсальными индикаторами, представляющими собой смесь нескольких индикаторов с различными областями перехода. По прилагаемой к универсальной индикаторной бумаге цветной шкале устанавливают, при каких значениях рН индикаторная бумага окрашивается в тот или иной цвет.

Стеклянной палочкой (или пробкой) нанесите 2-3 капли исследуемого раствора на универсальную индикаторную бумагу, сравните окраску еще сырого пятна с цветной шкалой. Результаты наблюдений внесите в табл. 1

Таблица 1

Фор-мула элект-ролита	Концентрация электролита	Фенолфталеин	Метиловый оранжевый	Универсаль-ный индикатор	рН по показа-нию рН-метра	Кдис слабого электро-лита	Расчет-ное значение рН
дан- ная	См, моль/л	окраска	рН	окраска	рН	окраск	рН
1
2
3
4
5

Опыт 2. Потенциометрическое определение рН.

Опыт выполняется под руководством лаборанта.

В кювету налить раствор электролита с неизвестной концентрацией и погрузить  в нее электроды. Перед погружением в контрольный раствор электроды надо тщательно промыть дистиллированной водой и удалить с поверхности избыток воды фильтровальной бумагой.

Отсчет величины рH по шкале прибора следует производить после того, как показания примут установившееся значение.

Результат измерения внести в табл. 1 (рН по показанию рН-метра) на других строках колонки поставить прочерки.

Сущность потенциометрического метода:

При погружении электрода в раствор между поверхностью шарика стеклянного (литиевого) электрода и раствором происходит обмен ионами, в результате которого ионы лития в поверхностных слоях замещаются ионами и стеклянный электрод приобретает свойства водородного электрода. Между  поверхностью стекла и контрольным раствором возникает разность потенциалов ,величина которой определяется концентрацией ионов в растворе и температурой раствора:

Схема измерения величины рН раствора показана на рисунке.

1-полый шарик из электродного (литиевого) стекла;

2-стеклянный электрод;

3-внутренний контактный электрод;

4-вспомогательный электрод;

5-электролитический ключ;

6-пористая перегородка;

7-рН-метр рН-673. 

Задание № 3.Теоретическое:

  а) для раствора кислоты или основания с неизвестной концентрацией:

       1.написать уравнение электролитической диссоциации с учетом силы электролита;

Для слабых электролитов в таблицу1 внести значения константы диссоциации(к1 ), 

используя Приложение, таблица2;

       2а. в растворе кислоты,  используя значение рН по рН-метру, рассчитать концентрацию ионов водорода по формуле [Н+] = 10-рН ;

выразить из соответствующей формулы для расчета иона  сильного или слабого электролита значение концентрации и сделать расчет.

               2б. в растворе основания, используя значение рН по рН-метру, найти рОН=14-рН и

сделать расчет концентрации гидроксид - ионов по формуле [ОН-] = 10-рОН ;

выразить из соответствующей формулы для расчета иона  сильного или слабого электролита значение концентрации и сделать расчет.

       б) для растворов кислот и оснований с известной концентрацией (сначала все пункты для одного раствора, затем — для второго, а затем -  и для третьего):

          1.сделать перерасчет данной концентрации в молярную концентрацию. Плотность

  раствора принять равной 1г/мл;

         2.написать уравнение электролитической диссоциации электролита. Указать обратим  ли процесс для данного электролита; Для слабых электролитов в таблицу1 внести значения константы диссоциации(к1 ), используя Приложение, таблица2;

         3. рассчитать концентрацию иона, определяющего кислотность, по соответствующей формуле для слабого или сильного электролита;

         4. рассчитать рН;

         5. сравнить расчетное значение с показаниями опыта1, сделать вывод.

  в) для раствора соли(сначала все пункты для раствора одной соли, затем — для раствора  второй соли):

         1. сделать перерасчет данной концентрации в молярную концентрацию. Плотность раствора принять равной 1г/мл;

         2. написать уравнение электролитической диссоциации электролита. Указать обратим ли процесс для данного электролита; Определить, каким слабым электролитом образована соль, и значение константы диссоциации данного слабого электролита по последней ступени  внести в таблицу1, используя Приложение, таблица2;

         3. написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза по 1 ступени, указать по какому иону протекает гидролиз, кислотность среды и рН (< 7, > 7 или = 7);

         4. рассчитать рН;

         5. сравнить расчетное значение с показаниями опыта1, сделать вывод.

       г) основываясь на результатах наблюдения, сделайте вывод:

       1. Можно ли с помощью фенолфталеина отличить:

               а)кислую среду от нейтральной; 

               б)нейтральную от слабощелочной рН=8;

               в) слабощелочную от умеренно щелочной рН=11?

         2. Можно ли с помощью метилового оранжевого отличить:

               а) умеренно кислую среду рН=З от слабокислой рН=5,0;

               б)слабокислую среду от нейтральной;

               в) нейтральную среду от щелочной?

       3.Какой метод определения рН Вы считаете наиболее точным, какой наиболее быстрым и достаточно точным.

       5. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ

Отчет о работе должен содержать:

1.Название работы

2.Цель работы

3. Таблицу наблюдений и расчетов

4. Названия проделанных опытов

5.Схему измерения величины рН раствора и сущность метода

6. Расчеты.(смотри задание № 3. Теоретическое: а, б, в)

7.Вывод.(смотри задание № 3. Теоретическое: г)

       

Приложение

                                                                               Таблица 1

Зависимость между pH и окраской различных индикаторов.

pH	PH ≤ 3,1	3,1 ≤ pH ≤4,4	PH ≥ 4,4
Метиловый оранжевый	Красный	Оранжевый	Желтый

pH	PH ≤ 8,2	8,2 ≤ pH ≤10	pH ≥ 10,0
Фенолфталеин	Бесцветный	Розовый	Малиновый

Таблица 2

Константы диссоциации слабых электролитов(25С)

Название электролита	Формула	Константа диссоциации
Азотистая кислота
Сернистая кислота
Сероводородная кислота
Угольная кислота
Уксусная кислота
Фосфорная кислота
Гидроксид аммония
Гидроксид цинка
Гидроксид магния	Mg(OH)2
Щавелевая кислота
Гидроксид алюминия	Al(OН)3	К3  = 1,38·10-9