Лабораторные работы по "Неорганической химии"

Министерство  образования Российской Федерации

Владимирский  Государственный Университет

Кафедра Химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Лабораторная работа по химии №9

"Определение рН растворов"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы Хб-108

Листвина А.А.

 

 

Проверил:

Проф. Орлин Н.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владимир 2008

Теоретическая часть

 

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 назвается 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                                          

 

[H+]	1,0	10-3	10-4	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-14
рН	0	3	4	6	7	8	9	10	11	14
Характер раствора (среды)	Кислый		Слабо - кислый		Нейтраль-ный	Основной			Щелочной

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая  часть

 

Опыт №1. Окраска  кислотно-щелочных индикаторов в кислой и щелочной среде.

 

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.

 

Получили у преподавателя раствор, у которого необходимо определить значение рН. В 3 пробирки налили 1-2 мл раствора и  добавили по 1-2 капли каждого индикатора. Отметили цвет раствора в каждой пробирке. Сопоставили данные с таблицей  и установили 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.

 

Получили у преподавателя образец  вещества из опыта №2. опустили в  него лакмусовую бумагу, после чего проверили 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.

 

рН_прак=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⁺]=сα=с

=0,1 моль/л* =1,3*10^-3

 

рН_теор=-lg[H⁺]=-lg(1,3*10^-3)=2,8

 

Рассчитываем относительную ошибку опыта.

 

ŋ= %=2,8 – 2,6/2,8*100%=7,14 %

 

 

 

 

 

 

 

Опыт №5. Определение рН раствора гидроксида натрия на рН-метре

 

Из 5 мл 0,05М раствора гидроксида натрия и 45 мл дистилированной воды получено 50 мл 0,005М раствора гидроксида натрия. Измеренное в данном растворе при помощи рН-метра значение рН составляет 11,7

 

f = 0,9

а_OH^- = 0,005 * 0,9 = 0,0045

pOH = - lg 0,0045 = 2,35

pH = 11,6

h = (0,01/11,6) * 100% = 0,086%