Определение рН растворов

/

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

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

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

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⁺]=с?=с=0,1 моль/л*=1,3*10^-3

рН_теор=-lg[H⁺]=-lg(1,3*10^-3)=2,8

Рассчитываем относительную ошибку опыта.

?=%=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

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