Лабораторная работа № 5. Водородный показатель

Величина концентрации ионов водорода является одной из важнейших характеристик раствора. Более удобной характеристикой является водородный показатель рН.

рН = - lg [H⁺]. (5.1)

Для приближенной оценки среды (кислотности или щелочности раствора) применяются кислотно-основные индикаторы. Количественно рН раствора измеряется с помощью приборов — рН-метров.

Экспериментальная часть

На рис. 5.1 приведен схема измерительной панели рН-метра марки рН-340.

Рис. 5.1. Схема измерительной панели прибора рН-340

Порядок работы на рН-340

1. Включить прибор в сеть (220 В).

2. Установить переключатель «Размах» в положение «15 рН».

3. Повернуть тумблер «сеть» по часовой стрелке до щелчка и прогреть прибор 3-5 мин.

4. Налить в стаканчик исследуемый раствор и опустить в него электроды датчика (на рис. 5.1 датчик не изображен). Установить стаканчик на столике датчика.

5. Сделать отсчет показаний по нижней шкале (-1 ÷ 14) прибора.

6. Для более точного определения рН необходимо: установить переключатель в положение, при котором результат, получаемый в п.5, попадет в выбранный предел измерения. Установить переключатель «Размах» в положение «3 рН»; сделать отсчет показаний по верхней шкале прибора (0 ÷ 3).

По окончании измерений электроды датчика опустить в стаканчик с дистиллированной водой. Перед измерением рН каждого раствора стаканчик и электроды датчика необходимо сполоснуть дистиллированной водой.

При отсутствии датчика температурной компенсации ручку «темпер.» установить в положение 20-25 (комнатная температура).

• Опыт 1. Определение рН растворов. Гидролиз солей

Гидролизом соли называют ионно-обменную реакцию, идущую между ионами соли и ионами воды с образованием слабого электролита.

Составьте таблицу по образцу

Формула соли	Происходит ли гидролиз	Реакция среды	Измеренное значении рН

Запишите в таблицу формулы солей, предназначенных для проведения опыта. Укажите, для каких из этих солей происходит гидролиз, а для каких — нет. Укажите реакцию среды в растворах (кислая или щелочная).

Проведите измерение рН растворов гидролизующихся солей.

Напишите уравнение реакций гидролиза для этих солей (1-я ступень, в ионно-молекулярном виде), Укажите соли, у которых гидролиз идет: а) по катиону, б) по аниону, в) и по катиону и по аниону.

Рассчитайте концентрации ионов водорода (Н⁺) и гидроксила (ОН^-) для одного из растворов гидролизующихся солей. Объясните отсутствие гидролиза в растворах некоторых солей.

• Опыт 2. Потенциометрическое титрование раствора щелочи (NaOH) раствором кислоты (HCl)

Титрование сводится к определению объема раствора кислоты (V_к) известной концентрации (титрованного) раствора, необходимого для полной нейтрализации определенного объема раствора щелочи (V_щ). Зная объем титрованного раствора (и его концентрацию), можно рассчитать концентрацию раствора щелочи и, следовательно, ее массу, содержащуюся в данном объеме раствора.

В процессе потенциометрического титрования раствора щелочи раствором кислоты наблюдают изменение рН раствора щелочи в зависимости от объема добавленного раствора кислоты (рис. 5.2).

При добавлении кислоты рН раствора щелочи сначала изменяется медленно (рН >7), так как в растворе остается избыток непрореагировавшей щелочи. Когда количество добавленной кислоты будет достаточным для полной нейтрализации всей щелочи в растворе, наблюдается резкое уменьшение значения рН. При дальнейшем приливании избытка раствора кислоты рН раствора изменяется очень медленно (рН <7). По кривой титрования определяется объем кислоты V_HCl, необходимый для полной нейтрализации щелочи, т.е. объем кислоты V_HCl, при котором значение рН раствора становится равным примерно 7 (точка перегиба, рис. 5.2).

Рис. 5.2. Кривая титрования

Экспериментальная часть

Получите у преподавателя мерную колбу объемом 100 мл с раствором щелочи (NaOH). Полученный раствор разбавьте дистиллированной водой и доведите объем до метки. Закройте колбу пробкой и переверните ее 8-10 раз для тщательного перемешивания раствора. Полностью перелейте раствор в стакан емкостью 150-200 мл, добавьте 3-4 капли раствора метилрота (индикатор). Какую окраску имеет метилрот в щелочной среде?

Проведите измерение рН раствора. (Все измерения рН при потенциометрическом титровании производятся по нижней шкале — тумблер «Размах» в положении «15 рН»).

Заполните бюретку титрованным раствором соляной кислоты (0,1 н раствор HCl) до нулевой отметки.

Оттитруйте раствор щелочи раствором кислоты. Для этого к раствору щелочи приливайте кислоту из бюретки по 1 мл. После приливания каждой порции раствор тщательно перемешивайте, измеряйте значение рН раствора и отмечайте цвет индикатора. Результаты измерений сразу записывайте в таблицу по образцу

Объем 0,1 н раствора кислоты, мл	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
рН раствора
Окраска индикатора

Постройте график зависимости рН раствора от объема кислоты. Укажите на графике цвет индикатора. Найдите объем соляной кислоты V_HCl, необходимый для нейтрализации щелочи (NaOH).

Определите концентрацию раствора С_н (моль-экв/л) и массу щелочи, содержащейся в колбе. Объем раствора щелочи (V_щ) — 100 мл.

Проверьте полученные результаты у преподавателя. Определите относительную ошибку опыта.