атомы металлов, и кислотных остатков ... , H SO , CH

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ
Теория
Кисло́ты - сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на
атомы металлов, и кислотных остатков (HCl, HNO3, H2SO4, CH3COOH и др.) и
диссоциирующие в воде с образованием ионов Н+ (точнее, ионов гидроксония H3O+).
Присутствие этих ионов обусловливает характерный острый вкус водных растворов
кислот, а также их способность изменять окраску химических индикаторов. По числу
отщепляющихся протонов различают кислоты одноосновные (например, азотная HNO3,
соляная HCl, уксусная CH3COOH), двухосновные (серная H2SO4, угольная H2CO3),
трехосновные (ортофосфорная H3PO4).
Основания - сложные вещества, содержащие гидроксильную группу OH (КОН, NaOH,
Ca(OH)2 и др.), и способные диссоциировать в водном растворе с образованием
гидроксильных ионов OH-. Большинство оснований нерастворимо в воде. Растворимые в
воде основания называют щелочами. Присутствием ионов OH- и объясняется характерный
щелочной вкус растворов щелочей, а также их способность изменять окраску
индикаторов. Основания с одной, двумя, тремя гидроксильными группами называются
соответственно одно-, двух- и трёхкислотными. Не полностью диссоциирующие при
растворении в воде основания называются, как и кислоты, слабыми. К сильным
основаниям относятся гидрокиды калия KOH, натрия NaOH, бария Ba (OH)2 и др.
Одно из важнейших свойств водных растворов – их кислотность (или щелочность),
которая определяется концентрацией ионов Н+ и ОН–. Концентрации этих ионов в водных
растворах связаны простой зависимостью
[H+][OH–] = Кw
Квадратными скобками принято обозначать концентрацию в единицах моль/л. Величина
Kw называется ионным произведением воды и при данной температуре постоянна.
В абсолютно чистой воде, не содержащей даже растворенных газов, концентрации ионов
Н+ и ОН– равны (раствор нейтрален). В других случаях эти концентрации не совпадают: в
кислых растворах преобладают ионы Н+, в щелочных – ионы ОН–. Но их произведение в
любых водных растворах постоянно. Поэтому, если увеличить концентрацию одного из
этих ионов, то концентрация другого иона уменьшится во столько же раз. Так, в слабом
растворе кислоты, в котором [H+] = 10–5 моль/л, [OH–] = 10–9 моль/л, а их произведение попрежнему равно 10–14. Аналогично, в щелочном растворе при [OH–] = 3,710–3 моль/л
концентрация ионов водорода равна [H+] = 10–14/(3,710–3) = 2,710–11 моль/л.
Водородный показатель численно равен отрицательному десятичному логарифму
активности или концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр:
pH=-lg[ H+],
соответственно
рОН= -lg[ОH-]
рН отражает баланс между ионами H+ и OH-.
Среда
Нейтральная
Кислая
Щелочная
Баланс между
ионами H+ и OH[H+] = [OH-]
[H+] > [OH-]
[H+] < [OH-]
Концентрация ионов
водорода H+, моль/л
10-7
>10-7
<10-7
рН
7
<7
>7
1
рН изменяется в интервале от 0 до 14. Реже применяют показатель рОН.
рН + рОН = 14
Шкала рН широко используется в химии, биологии, медицине, экологии, пищевой
промышленности для определения и контроля кислотности или основности растворов.
Шкала рН является логарифмической, поэтому изменение рН на единицу означает
десятикратное изменение концентрации ионов водорода. Это значит, что среда с рН=4,0 в
10 раз кислее, чем с рН=5,0, в 100 раз кислее, чем с рН=6,0 и в 1000 раз кислее, чем с
рН=7,0 ( рис.1).
Рис. 1. Зависимость рН раствора от концентрации ионов водорода.
Более точно (до сотых долей) значение рН можно определить с помощью специальных
приборов – рН-метров. Такие приборы измеряют электрический потенциал специального
электрода, погруженного в раствор; этот потенциал зависит от концентрации ионов
водорода в растворе, и его можно измерить с высокой точностью.
2
Практическая часть
ОПЫТ 1. Окраска кислотно-основных индикаторов в кислой и щелочной среде
Реактивы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
HCl, раствор;
NaOH, раствор;
Дистиллированная вода;
Метиловый оранжевый, индикатор;
Метиловый красный, индикатор;
Лакмоид, индикатор;
Фенолфталеин, индикатор.
Посуда и принадлежности:
1. Штатив с пробирками;
2. Стеклянная палочка.
Ход работы:
Налейте в четыре пробирки по 1-2 мл разбавленного раствора соляной кислоты.
В другие четыре пробирки по 1-2 мл дистиллированной воды
Ещё в четыре пробирки по 1-2 мл разбавленного раствора гидроксида натрия.
Пробирки распределите на четыре серии : кислота-вода-щёлочь.
Добавьте в каждую пробирку по несколько капель индикаторов:
 в первую серию – метилового оранжевого,
 во вторую серию – метилового красного,
 в третью серию – лакмоида,
 в четвёртую серию – фенолфталеина.
6. В таблицу 1 запишите окраску данных индикаторов в разных средах.
7. В таблицу 1запишите интервал перехода индикатора в единицах рН (для этого
воспользуйтесь справочниками).
1.
2.
3.
4.
5.
Таблица 1. Окраска индикаторов
Индикатор
в кислой
среде
Окраска
в нейтральной
среде
в щелочной
среде
Интервал
перехода, рН
Метиловый
оранжевый
Метиловый
красный
Лакмоид
Фенолфталеин
3
ОПЫТ 2. Определение рН раствора при помощи универсальной индикаторной
бумаги.
Реактивы:
1.
2.
3.
4.
HCl, раствор;
H2SO4, раствор;
NaOH, раствор;
Универсальная индикаторная бумага.
Посуда и принадлежности:
1. Штатив с пробирками;
2. Стеклянная палочка.
Ход работы:
1. Получите у преподавателя раствор, рН которого Вы должны определить.
2. Возьмите полоску универсальной индикаторной бумаги и погрузите её на
несколько секунд в исследуемый раствор.
3. Выньте полоску и сразу же сравните окраску сырой бумаги с цветной шкалой
упаковки. Шкала рН состоит из 13 разноцветных прямоугольников, отображающих
изменение цвета универсального индикатора при изменении рН от 1 до 12. Под
каждым прямоугольником указано, какое значение рН соответствует данному
цвету.
4. Сделайте выводы о рН исследуемого раствора.
5. Укажите реакцию его среды и вычислите концентрацию водородного иона.
6. Результаты занесите в таблицу 2.
Таблица 2. рН исследуемых растворов
Испытуемый
раствор
Цвет индикатора
рН
Концентрация
водородного иона*
* - показать расчёт
4
ОПЫТ 3. Определение рН раствора с помощью рН-метра
Реактивы:
1.
2.
3.
4.
HCl, 0,1М раствор;
H2SO4, 0,1M раствор;
NaOH, 0,1M раствор;
Дистиллированная вода.
Посуда и принадлежности:
1. рН-метр SevenEasy S20;
2. Стаканчики, 100 мл, 3 шт.
Ход работы:
1. Ознакомьтесь с устройством рН-метра SevenEasy S20 и инструкцией работы на
данном приборе.
2. Под наблюдением преподавателя измерьте рН полученного раствора.
3. Рассчитайте концентрацию водородного иона.
4. Заполните таблицу 3.
Таблица 3. рН исследуемых растворов
Испытуемый раствор
рН
Концентрация водородного
иона*
* - показать расчёт
5
ОПЫТ 4. Взаимодействие солей с кислотами
Реактивы:
1. CH3COONa, кристаллический;
2. H2SO4, раствор;
3. Синяя лакмусовая бумага.
Посуда и принадлежности:
1. Штатив с приборами;
2. Стеклянная палочка;
3. Промывалка с дистиллированной водой.
Ход работы:
1. В пробирку поместите немного кристаллического ацетата натрия CH3COONa
2. Добавьте 1 мл разбавленной серной кислоты.
3. Определите выделяющуюся уксусную кислоту по запаху.
4. Осторожно внесите в верхнюю часть пробирки (не касаясь стенок пробирки!)
смоченную водой синюю лакмусовую бумажку.
5. Отметьте изменение цвета.
6. Напишите уравнение реакции.
7. Заполните таблицу 4.
Таблица 4. Взаимодействие солей с кислотами
Исходные вещества
Изменение окраски
лакмусовой бумажки
Уравнение реакции
ОПЫТ 5. Взаимодействие щелочного металла с водой
Реактивы:
1. Kалий (или натрий) металлический;
2. Дистиллированная вода;
3. Фенолфталеин, индикатор.
Посуда и принадлежности:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Кристаллизатор;
Скальпель;
Предметное стекло;
Пинцет;
Защитная маска;
Перчатки.
6
Ход работы: ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ОПЫТ! ПРОВОДИТ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ!
1. Налейте в кристаллизатор примерно 200 мл дистиллированной воды.
2. Добавьте несколько капель раствора индикатора фенолфталеина.
3. Отметьте окраску индикатора в воде.
4. Поместите в воду маленький кусочек металлического калия (или натрия).
5. Наблюдайте и опишите происходящие явления.
6. Заполните таблицу 5.
Таблица 5. Взаимодействие щелочного металла с водой
Наблюдаемые явления
Уравнение реакции
Объяснение наблюдаемых
явлений
Опыт 6. Взаимодействие кислот с основаниями
Реактивы:
1.
2.
3.
4.
HCl, раствор;
NaOH, раствор;
Метиловый оранжевый, индикатор;
Фенолфталеин, индикатор.
Посуда и принадлежности:
1. Штатив с пробирками;
2. Пипетка;
3. Стеклянная палочка.
Ход работы:
1. Налейте в две пробирки по 1 мл раствора гидроксида натрия.
2. Добавьте в одну пробирку 1 каплю индикатора метиловый оранжевый, в другую
пробирку 1 каплю индикатора фенолфталеин.
3. Запишите окраску раствора.
4. Пипеткой добавляйте в каждую пробирку по каплям раствор соляной кислоты.
5. После каждой капли тщательно перемешивайте раствор стеклянной палочкой.
6. Отметьте изменение цвета индикаторов в обеих пробирках.
7. Обьясните причину изменения окраски индикаторов.
8. Заполните таблицу 6.
7
Таблица 6. Взаимодействие кислот с основаниями
Окраска раствора
Исходный
раствор с
индикатором
10 капель
HCl
14 капель
HCl
16 капель
HCl
18 капель
HCl
20 капель
HCl
NaOH +
метиловый
оранжевый
NaOH +
фенолфталеин
Уравнение
реакции
Причина
изменения
окраски
индикаторов
Контрольные вопросы:
Что такое индикаторы?
Обьясните термин «интервал перехода индикатора» .
Что характеризует водородный показатель рН?
Какое значение имеет рН для кислых, щелочных и нейтральных растворов?
Чему равна концентрация ионов Н+ и ОН- в абсолютно чистой воде?
Рассчитайте рН раствора, в котором:
а) концентрация ионов [Н+] = 9,3·10-4 моль/л.
б) концентрация ионов [ОН-] = 2,7·10-3 моль/л.
7. Какие вещества образуются при взаимодействии солей с кислотами?
8. Какие вещества образуются при взаимодействии оснований с кислотами?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Студент:
…………………………………
фамилия, имя
Работа выполнена:
……………….
дата
Работа защищена:
…………………………………………………………….
Подпись преподавателя, дата
Преподаватель:
………………
подпись
8