Определение pH растворов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Владимирский  государственный университет 
 
 

Кафедра химии 
 
 
 
 

Лабораторная  работа № 8 

«Определение  pH растворов» 
 
 
 
 
 

Работу выполнил

студент  гр. Аи-309

Лукьянцева  Д. А. 

Проверила:

Кузурман  В. А. 
 
 
 
 
 
 

Владимир

2010 г 

Теоретическое введение

     Водные  растворы электролитов характеризуются  содержанием определенного количества ионов водорода, которые и создают  соответствующую среду раствора. Среда может быть нейтральной, если концентрация ионов водорода в растворе равна концентрации гидроксидных ионов, кислой – когда концентрация ионов водорода превышает концентрацию гидроксидных ионов, и щелочной – при концентрации ионов водорода меньше, чем гидроксидных ионов.

     Рассмотрим  процесс диссоциации воды. Вода, как слабый электролит, диссоциирует только частично с образованием ионов  Н⁺ и ОН^-. Процесс диссоциации можно записать так: Н₂О = Н⁺ + ОН^-. Константа диссоциации воды имеет вид К_диц= [Н⁺][ ОН^-]/[ Н₂О]. Она определена экспериментально и равна 1,8∙10^-16. Молярная концентрация воды равна 55,56 М.

Преобразуем выражение для константы диссоциации  воды:

К_диц[ Н₂О]= [Н⁺][ ОН^-]=1,8∙10^-16∙ 55,56= 10^-14

Полученное  выражение называется ионным произведением воды

К_диц = [Н⁺][ ОН^-] =10^-14

Для чистой воды концентрация ионов Н⁺ и ОН^- одинакова, следовательно,

[Н⁺] = [ ОН^-] = 10^-7 моль/л.

       Как было указано выше, концентрация  ионов водорода в растворе  указывает на характер среды;

     [Н⁺]  [ОН^-] = 10^-7        нейтральная среда;

     [Н⁺] >  10^-7                             кислая среда;

     [Н⁺] < 10^-7                              щелочная среда.

     Пользуясь величиной ионного произведения воды, можно вычислить по известной  концентрации ионов ОН^- концентрацию ионов Н⁺ - концентрацию ионов ОН^-:

                                             [Н⁺] = 10^-14/ ОН^-

                                             [ ОН^-] = 10^-14/[Н⁺]

Пример 1. Концентрация ионов ОН^-  равна 4∙10^-5 моль/л. Вычислить                                           концентрацию ионов [Н⁺].

Решение:

[Н⁺] =

       Поэтому степень кислотности  или щелочности растворов выражают  не концентрацией ионов Н⁺ и ОН^-, а их десятичными логарифмами, взятыми с обратным знаком. 

     Эти величины называют водородным и гидроксидным показателем и обозначают рН и рОН соответственно.

    В нейтральной среде 

    рН = 7, т.е. рН = - Ig10^-7 = 7

    В кислой среде

    рН < 7,

например, рН = - Ig1/[Н⁺]= - Ig10^-3= 3

    В щелочной среде

    рН > 7,

например, рН = - Ig1/[Н⁺]= - Ig10^-12=12

     Чем меньше рН, тем выше концентрация ионов  Н⁺  и тем сильнее выражена кислотность раствора. Чем больше рОН, тем выше концентрация ионов ОН^- и тем больше щелочность раствора.

     Между рН и рОН существует следующая  математическая зависимость:

                     рН + рОН = 14

   Пример 2. Вычислить рН раствора, в котором концентрация ионов ОН^- =10^-5 моль/л.

Решение:

Используем  формулу рН + рОН = 14.

Следовательно, рН = 14 – рОН; но рОН = - Ig ОН^-.

Тогда рН = 14 – (-Ig [ОН^-]= 14 + Ig10^-5 = 14 – 5 = 9

Зная значение рН, можно вычислить концентрацию ионов Н⁺ или ОН^-. 

 Пример 3. Имеется раствор с рН = 8,8. Вычислить концентрацию ионов водорода.

Решение:

Используем  формулу рН = - Ig[Н⁺] и находим:

Ig[Н⁺] = -8,8 = (-9 +0,2) = 9,2

По таблице  антилогарифмов находим[Н⁺] = 7,58 ∙10^-9 моль/л.

       Для определения кислотности  или щелочности среды используют  индикаторы – вещества, которые  меняют свою окраску и зависимости  от рН среди. Это изменение  происходит и определенных интервалах  рН. Например, у индикатора метилоранжа окраска от желтой до красной изменяется в интервале рН 4,4-3,1.

       Наиболее распространение индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метилоранж. Эти индикаторы имеют свою  определенную окраску в кислой, нейтральной и щелочной средах. Например, если в исследуемом растворе метилоранж желтеет, а лакмус краснеет, то рН раствора находится между 4,4-5,0. Но это принцип приближенного определения рН.

       На практике удобно пользоваться  универсальными индикатором, который  является смесью нескольких индикаторов с различными интервалами перехода окраски.  

     Выполнение  работы.

Опыт1. Окраска индикаторов в различных средах.

В три пробирки налить по 1,5 – 2 мл. дистиллированной воды и добавить по две капли лакмус. В одну пробирку добавить 2 капли 2М НCI, в другую 2 капли 2М NaOH. Наблюдать окраску лакмуса в нейтральной, кислой и щелочной средах. После выполнения растворы вылить, пробирки тщательно вымыть. То же самое выполнить с использованием индикаторов фенолфталеина и метилоранжа.

Опыт2. Определение рН раствора уксусной кислоты.

В мерной колбе  на 50 мл приготовить 0,1М раствор из 1 М уксусной кислоты. Для этого пипеткой на 5 мл отобрать 5 мл. 1М уксусной кислоты в мерную колбу и долить до метки дистиллированной водой. Вычислить степень диссоциации 0,1 М раствора кислоты по формуле:

            степень диссоциации

             К – константа диссоциации

                                                С_М - молярная концентрация

                                              - число ионов водорода              

 СН₃СООН СН₃СОО^- +Н⁺ (слабый электролит)

[Н⁺] =       

  С_М = 0,1 М,   К = 1,86∙ 10^-5

[Н⁺]= 1,36∙ 10^-2∙0,1∙1 = 1,36∙10^-3 моль/л

рН = - Ig[Н⁺];   рН= 3.

Опыт 3: Определение рН раствора NaOH.

Приготовить 50 мл 0,005 М раствора из 0,05 м NaOH. Для этого пипеткой на 5 мл отобрать нужное количество 0,05 М NaOH в мерную колбу и долить до метки дистиллированной воды.

Вычислить активную концентрацию ионов ОН^- в растворе щелочи по формуле (сильный электролит)

         

NaOH Na⁺ + ОН^- (сильный электролит)

                   
Рассчитать активную концентрацию ионов водорода:

               

Измерить рН приготовительного раствора на рН литре

  1)     

   2)

  3) рН = - Ig[Н⁺] = - Ig 0,22∙10^-11; 

     рН=11

Вывод: во время лабораторной работы я изучала методы                     вычисления рН растворов, рассчиталась.