Водородный показатель

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

рН = - lg [H⁺]. (5.1)

Для приближенной оценки среды (кислотность 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 и сопровождающуюся изменением реакции среды (рН).

1. 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).

2. Проведите измерение рН растворов гидролизующихся солей.

3. 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 Н⁺ и ОН^- для одного из растворов гидролизующихся солей. Объясните отсутствие гидролиза в растворах некоторых солей.

Опыт 2. Потенциометрическое титрование раствора щелочи раствором кислоты.

Титрование сводится к определению объема раствора известной концентрации титрованного раствора, необходимого для полной нейтрализации вещества, содержащегося в образце. Зная объем титрованного раствора (и его концентрацию), можно рассчитать массу реагирующего вещества в образце. Если это вещество находится в растворе, объем которого известен, то можно определить концентрацию этого раствора.

В процессе потенциометрического титрования раствора щелочи раствором кислоты наблюдают изменение рН раствора щелочи в зависимости от объема добавленного раствора кислоты (рис. 6.2). 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. 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 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 кислоты v_HCl, необходимый для нейтрализации щелочи.

Определите массу щелочи, содержащейся в колбе и концентрацию раствора с (моль/л). Объем раствора v_k – 100 мл.

Проверьте полученные результаты у преподавателя. Определите относительную ошибку опыта.