Работа N5. Водородный показатель. Гидролиз

В этой работе надо прежде всего определить водородный показатель растворов по методу индикаторов, а затем применить этот метод к изучению протолитических (с участием ионов водорода) равновесий.

Метод индикаторов основан на том, что каждый индивидуальный индикатор меняет свою окраску при увеличении (или уменьшении) величины рН только один раз и только в свойственном ему узком интервале значений рН. Это значит, что можно найти два индикатора, один из которых укажет верхнюю, а другой - нижнюю границу области значений рН, в котором лежит значение рН исследуемого раствора. Например, индикатор фенолфталеин становится из бесцветного малиновым при увеличении рН от 8 до 10, метилоранж меняет цвет с красного на желтый при изменении рН от 3 до 5. Следовательно, у раствора, в котором фенолфталеин бесцветный, а метилоранж желтый, величина рН лежит в интервале от 5 до 8.

Руководствуясь принципом, изложенным выше, и пользуясь набором индикаторов, можно определить рН раствора с точностью до единиц значений. Задача облегчается благодаря применению специальной наглядной шкалы, составленной из растворов с различными рН, подкрашенных индикаторами. Над каждым раствором указана величина рН или область его значений, в которой индикатор имеет собственную окраску. Изменение окраски индикаторов приведено в таблице.

N	Индикатор	Окраска индикатора	Значение рН
1	Метиловиолет	желто-зеленый голубой фиолетовый	рН£ 0 1 £ рН £ 2 рН ³ 3
2	Метилоранж	красный желтый	рН £ 3 рН ³ 5
3	Пара-нитрофенол	бесцветный желтый	рН £ 5 рН ³ 7
4	Фенол-фталеин	бесцветный малиновый	рН £ 8 рН ³ 10
5	Ализарин желтый	желтый красно-оранжевый	рН £ 10 рН ³ 12
6	Индиго-кармин	синий желтый	рН £ 12 рН ³ 14

 

Во втором методе индикаторов применяется так называемый универсальный индикатор со шкалой индикатора pH = 0 – 14. Универсальный индикатор является смесью индивидуальных, поэтому при изменении рН в широком интервале значений он меняет свою окраску не один, а несколько раз. К индикатору прилагается шкала с указанием значений рН, отвечающих каждой окраске индикатора. Универсальный индикатор применяется в растворе или на индикаторной бумаге.

 

Определение концентрации водородных ионов в растворе.

Все определения pH растворов следует проводить в чистых пробирках.

Используйте объем исследуемых растворов = 1 мл (это ~ 1см по высоте пробирки).

1.1. Налить в пробирку примерно 1 мл (это 1 см по высоте) 1 н раствора HCl и 2 капли метилвиолета. В другую пробирку такой же объем 1 н раствора CH₃COOH и две капли метилвиолета. Отметить окраску раствора и определить соответствующие концентрации водородных ионов в исследуемых растворах кислот. Сделать выводы относительно степени диссоциации кислот. Разбавить эти растворы примерно в 10 раз, добавив соответствующее количество воды. Отметить изменения цвета растворов, сделать соответствующие выводы о влиянии разбавления на рН растворов кислот.

1.2. Определить рН раствора 1н NaOH и и 1 н раствора NH₄OH. Сделать соответствующие выводы об относительной силе этих оснований.

1.3. К раствору 1н CH₃COOH прилить 2 капли метилоранжа. Отметить окраску индикатора. Затем прибавить в ту же пробирку NH₄CH₃COO. Объяснить причину изменения окраски. Написать уравнение соответствующего химического равновесия и указать, как оно смещается при добавлении NH₄CH₃COO.

1.4. К раствору 1н NH₄OH прилить 2 капли ализарина желтого, затем раствор NH₄CH₃COO. Объяснить причину изменения окраски. Записать уравнение соответствующего равновесия.

Гидролиз

Прежде чем начать указанные ниже определения рН растворов солей, попытайтесь, судя по типу соли, предсказать, в какой области будет находиться рН ее раствора: в кислой, нейтральной или щелочной. Проведя опыт, сравните его результат с предсказанием. Затем напишите в ионной и молекулярной форме уравнения каждой реакции гидролиза. В ионной форме следует написать все возможные стадии гидролиза, подчеркнув основную, в молекулярной – только основную.

2.1. Определить рН растворов солей Na₂SO₃, Al₂(SO₄)₃, NaCl, MgSO₄, NH₄CH₃COO. Почему растворы этих солей имеют различный рН. Подтвердить вычислениями.

2.2. Исследовать растворы Na₂CO₃ и NaHCO₃ в отдельных пробирках с помощью фенолфталеина и ализарина. Почему окраска этих растворов различна?.

2.3. Испытать растворы солей Na₃PO₄, Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄ при помощи индикаторов: метилоранжа, паранитрофенола, фенолфталеина, ализарина и индиго-кармина. Отметить окраску индикаторов, определить рН этих растворов и объяснить разницу в значениях рН.

2.4. Пробирку с раствором уксуснокислого натрия и 2 каплями фенолфталеина нагреть почти до кипения. Почему изменилась окраска раствора?

2.5. Пробирку с раствором ZnSO₄ и 3-4 каплями метилрота нагреть до кипения. Объяснить причину изменения окраски индикатора. (Метилрот меняет окраску в области рН от 4 до 6, его окраска при этом изменяется от красной до желтой).

2.6. Подействовать на растворы BaCl₂, CuSO₄ и Al₂(SO₄)₃  раствором Na₂CO_3. Обратить внимание на выделение пузырьков газа в некоторых пробирках. Написать уравнения реакций.

Задача

1. Получите у преподавателя колбу с 20-30 мл раствора и определите его рН первым методом индикаторов. Начинать определение надо с применением индикатора, меняющего окраску в нейтральной или близкой к нейтральной среде: фенолфталеин, паранитрофенол. Это сразу позволит определить, в кислой или щелочной области лежит рН раствора, и сократит число необходимых для определения рН индикаторов.

2. Определить рН раствора методом индикаторов с помощью универсального индикатора.

Показать результаты преподавателю.