Опыт 1. Равновесие диссоциации воды. Водородный показатель

Диссоциация молекул воды приводит к тому, что в любом водном растворе – кислом, нейтральном или щелочном, есть как ионы водорода, так и гидроксид-ионы. Их концентрацию можно рассчитать, используя ионное произведение воды. Для характеристики содержания ионов водорода в растворе используется водородный показатель – рН, значение которого можно определить как с помощью приборов (точно) (рН-метры, иономеры), так и с помощью индикаторов.

Для определения рН с помощью рН-метра, ознакомьтесь с устройством и порядком работы с ним. Следует учесть, что для определения рН раствора с помощью иономера, требуется 30-50 мл раствора, поэтому для приготовления растворов их количества, указанные в опытах, кратно увеличивайте. Также помните, что после каждого определения рН данного раствора электроды ополаскивают дистиллированной водой и просушивают фильтровальной бумагой.

 Для определения рН с помощью универсального индикатора необходимо каплю испытуемого раствора нанести с помощью стеклянной палочки или пипетки на полоску индикаторной бумажки (нельзя вносить индикаторную бумажку в раствор!). Окраску индикаторной бумажки сразу сравнивают с цветной шкалой, имеющейся на упаковке индикаторной бумаги.

В три пробирки налейте примерно по 2 мл дистиллированной воды. Добавьте в одну из пробирок 1 каплю 0.1М раствора HCl, в другую 1 каплю 0.1М раствора едкого натра. Измерьте рН жидкостей в каждой пробирке с помощью рН-метра и универсальной индикаторной бумаги.

а) Напишите уравнение диссоциации воды в упрощенном виде и в более точном, с учетом образования иона гидроксония, выражение для ионного произведения воды, его значение, теоретические значения концентраций ионов и значение рН в чистой воде, сравните с экспериментально найденным. Чем можно объяснить отличие (если оно есть) данных эксперимента и теории?

б) Напишите уравнения диссоциации HCl и NaOH. Используя экспериментально найденные значения рН, рассчитайте концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в каждом растворе. Как влияет добавка этих веществ на степень диссоциации воды?

Опыт 2. Равновесие диссоциации слабых электролитов. Степень диссоциации и влияние одноименного иона

Налейте в пробирку примерно 2 мл 0.1М раствора уксусной кислоты, измерьте рН этого раствора с помощью рН-метра и индикаторной бумагой. С помощью шпателя добавьте в пробирку примерно 0.3-0.5 г ацетата натрия, перемешайте до растворения и снова измерьте рН.

Повторите опыт, используя 0.1М раствор аммиака и кристаллический хлорид аммония, запишите найденные значения рН.

а) Напишите уравнения обратимых реакций, идущих в растворах уксусной кислоты и аммиака, выражения констант равновесия для этих реакций и их значения (из справочника). Используя найденные значения рН, рассчитайте концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов в каждом растворе. Рассчитайте степени диссоциации уксусной кислоты и раствора аммиака по этим экспериментальным данным.

б) Повторите свои расчеты по значениям рН, найденным после добавления солей. Как влияет добавка солей, содержащих одноименные ионы, на степень диссоциации слабых электролитов?

Опыт 3. Буферные растворы

а) Смешением равных объемов 0,2М растворов уксусной кислоты и ацетата натрия приготовить 5-8 мл ацетатного буферного раствора и измерить его рН. Напишите уравнения диссоциации веществ в буферном растворе. Какие частицы преобладают в растворе? Используя найденные значения рН определите концентрацию ионов водорода в этом растворе.

б) В две пробирки налить по 1-2 мл приготовленного ацетатного буферного раствора. В одну из них добавить одну(!) каплю 0.1М HCl, в другую – одну каплю 0.1М раствора NaOH. Определить рН полученных растворов.

Сравните величину изменения рН (ΔрН) после добавления кислоты и щелочи в этом опыте и в опыте 1. Объясните различие, используя принцип Ле-Шателье.

в) в) В стаканчик налить несколько капель ацетатного буферного раствора и добавить стократное количество дистиллированной воды. Измерить рН полученного раствора.

Как должно было измениться значение рН при стократном разбавлении раствора соляной кислоты? Как изменилось оно при разбавлении буферного раствора? Чем объясняются буферные свойства буферных растворов?