Zapoznanie się z pojęciem pH i wskaźnikami kwasowo-zasadowymi, właściwościami roztworów buforowych oraz zjawiskami dysocjacji i hydrolizy związków chemicznych.
ZAKRES OBOWIĄZUJĄCEGO MATERIAŁU
Pojęcie pH, iloczyn jonowy wody, aktywność jonu, siła jonowa roztworu, stała równowagi, stała i stopień hydrolizy, roztwory buforowe, pojemność buforu, teorie kwasów i zasad, dysocjacja elektrolityczna, stała i stopień dysocjacji, słabe i mocne elektrolity, wskaźniki pH, mechanizm działania indykatorów, iloczyn rozpuszczalności, efekt solny, efekt wspólnego jonu.
ODCZYNNIKI NaOH HCl NH4OH NH4Cl CH3COOH CH3COONa KCl 10% Mg(ClO4)2 20% NaNO3 nasycony PbCrO4 Pb(NO3)2 nasycony Zn(CH3COO)2 nasycony Fe(NO3)3, ZnCl2, Cu(NO3)2, K2HPO4, MgCl2, KI, K2CO3, K2SO4, AlCl3, NaCl, KNO3
Indykatory: fenoloftaleina, oranż metylowy, błękit bromotymolowy, czerwień metylowa, purpura bromokrezolowa, papierki wskaźnikowe.
UWAGA: Wodorotlenki sodu i amonu oraz stężone kwasy: solny i octowy, są silnie żrące. Pracując z nimi obowiązuje stosowanie rękawic ochronnych i okularów. Roztwory wskaźników są silnie plamiące. Sole ołowiu są silnie trujące.
PRZYGOTOWANIE ODCZYNNIKÓW Przygotować: 100 cm3 0,1 M roztworu NaOH 100 cm3 0,1 M roztworu HCl OPIS ĆWICZENIA a. Indykatory kwasowo-zasadowe
Przygotuj 15 probówek. Do pięciu nalej po około 2 ml wody, do kolejnych pięciu po 2 ml 0.1 M roztwór kwasu solnego, do pozostałych taką samą ilość 0.1 M roztworu NaOH. Zbadaj zależność barwy indykatora od pH roztworu dodając po 1 kropli każdego ze wskaźników kolejno, do roztworu kwaśnego, zasadowego i obojętnego (woda destylowana). Sprawdź także wpływ pH na barwę papierka uniwersalnego i lakmusowego nanosząc na nie roztwór kwasu, wodorotlenku i wodę za pomocą bagietki szklanej.
b. Roztwory buforowe
Przygotuj 200 cm3 roztworu buforowego (bufor octanowy lub amonowy) o stężeniu i pH podanym przez prowadzącego. Przygotuj 7 zlewek. W pierwszej umieść 50 ml wody destylowanej, w drugiej 50 ml wody i 5 ml 0,1 M HCl, w trzeciej 50 ml H2O i 5 ml 0,1 mol NaOH. W kolejnych trzech zlewkach przygotuj roztwory w sposób opisany powyżej używając zamiast wody roztwór buforowy. Do siódmej zlewki wlej 25 ml buforu i 25 ml wody destylowanej. Zmierz pH roztworów za pomocą pH-metru. Oblicz pojemność buforową otrzymanego buforu.
UWAGA: ZASADY PRACY Z pH-METREM:
- Przed użyciem pH-metr należy skalibrować zgodnie ze wskazówkami laboranta lub prowadzącego
- Po każdym pomiarze pH, przed zanurzeniem w kolejnym roztworze, zarówno podczas wykonywania
ćwiczenia jak i podczas kalibracji przyrządu, elektrody należy opłukać dokładnie wodą destylowaną a
następnie osuszyć czystą bibułą filtracyjną. Mycie i osuszanie elektrody należy wykonać również przed wykonaniem ćwiczenia (po wyjęciu elektrody z roztworu w którym jest przechowywana) oraz po jego zakończeniu.
- Końcówka elektrody jest zakończona delikatną, cienkościenną banieczką szklaną dlatego należy posługiwać się nią delikatnie, nie uderzać o ścianki naczynia. W żadnym przypadku nie należy mieszać roztworu elektrodą pH-metryczną!
c. Hydroliza soli
Przygotuj w 11 zlewkach o pojemności 100 cm3 po 50 cm3 1 molowych roztworów azotanu(V) potasu, azotanu(V) żelaza(III), azotanu(V) wapnia, chlorku cynku, chlorku magnezu, chlorku glinu, chlorku sodu, węglanu potasu, wodorofosforanu(V) potasu, jodku potasu oraz siarczanu(VI) potasu w wodzie destylowanej. Następnie zmierz, za pomocą pH-metru pH otrzymanych roztworów. Zapisz równania reakcji oraz spróbuj oszacować wartości stałych hydrolizy dla badanych związków.
d. Wpływ temperatury na stopień hydrolizy
W dwóch probówkach umieść niewielką ilość octanu sodu a następnie rozpuścić go w niewielkiej ilości wody destylowanej. Do pierwszej probówki dodaj kroplę fenoloftaleiny, do drugiej kroplę roztworu błękitu bromotymolowego. Probówki ogrzej w płomieniu palnika. Zaobserwuj zmiany w probówkach po ogrzaniu a następnie po ochłodzeniu roztworu. Zapisz równanie reakcji hydrolizy. Czy proces hydrolizy octanu sodu jest egzo- czy endoenergetyczny.
e. Efekt wspólnego jonu
I.
Niewielką ilość chromianu(VI) ołowiu(II) (ok. 0,5 g) umieść w zlewce zawierającej 50 cm3 wody destylowanej a następnie ogrzej do wrzenia. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej roztwór przesącz przez sączek z bibuły filtracyjnej a następnie dodaj niewielką ilość (ok. 1 cm3) nasyconego wodnego roztworu azotanu(V) ołowiu(II).
II.
Do 10 cm3 nasyconego roztworu octanu cynku dodaj kilka kryształków octanu sodu. Zaobserwuj zmiany zachodzące w probówce.
f. Efekt solny
W dwóch probówkach umieść po 5 cm3 roztworu chlorku potasu o stężeniu 10%. Następnie do obu probówek dodaj kilka kropli 20% roztworu chloranu(VII) magnezu w takiej ilości, aby w probówkach wystąpiło lekkie zmętnienie (UWAGA: Do obu probówek należy dodać taką samą ilość kropli roztworu Mg(ClO4)!). Następnie do pierwszej probówki wlewaj porcjami po 0,5 cm3, nasycony wodny roztwór azotanu(V) sodu do momentu całkowitego rozpuszczenia wytrąconego osadu. Do dodaniu każdej porcji zawartość probówki dokładnie zamieszaj. Do drugiej probówki dodawaj, zamiast roztworu NaNO3, wodę destylowaną, postępując w sposób analogiczny jak w przypadku pierwszej probówki. Porównaj objętości roztworu NaNO3 oraz wody potrzebne do rozpuszczenia osadu KClO4.
g. Amfoteryczność
W zlewce umieść 5 cm3 1M roztworu azotanu(V) glinu a następnie, mieszając roztwór, wlej 15 cm3 1 M roztworu NaOH. Roztwór wraz z wytrąconym osadem przenieś do probówek wirówkowych i odwiruj. Zlej supernatant a do osadu dodaj parę mililitrów wody destylowanej, starannie wytrząśnij i ponownie odwiruj osad wodorotlenku glinu. Przygotuj dwie probówki, jedną zawierającą stężony kwas solny, drugą zawierającą 20% roztwór NaOH (probówki napełnij do ok. ½ objętości). Do obu probówek wrzuć niewielką ilość otrzymanego wcześniej Al(OH)3 i starannie zamieszaj zawartość probówki bagietką. Co obserwujesz? Zapisz równania reakcji.
h. Miareczkowanie alkacymetryczne
Otrzymaną od prowadzącego ćwiczenia próbkę kwasu solnego rozcieńcz w kolbie miarowej do objętości 100 cm3 i dokładnie wymieszaj. Biuretę napełnij mianowanym roztworem wodorotlenku sodu. Z kolby miarowej pobierz, za pomocą pipety, 10 cm3 roztworu HCl, przenieś go do kolby stożkowej o pojemności 250-300 cm3, dodaj ok. 50 cm3 wody destylowanej oraz kilka kropli roztworu oranżu metylowego a następnie miareczkuj za pomocą roztworu NaOH do zmiany barwy z czerwonej na żółtą. Wykonaj minimum trzy miareczkowania (różnica objętości zużytego wodorotlenku nie mogą przekraczać 0,1 cm3), oblicz średnią ilość zużytego NaOH a następnie oblicz ilość gramów HCl w analizowanej próbce.