Лабораторная работа № 6. Свойства буферных растворов

Свойства буферных растворов

Цель работы: научиться готовить буферные растворы; исследовать зависимость показателя рН буферного раствора от концентраций компонентов буферной системы.

Приборы и оборудование: набор пробирок в штативе; бюретки емкостью 25 мл; воронки диаметром 30 мм; пипетки емкостью 1 мл; стеклянные палочки; капельницы с растворами; пипетки глазные.

Реактивы: 0,1 М и 0,01 М соляная кислота; 0,1 М растворы уксусной кислоты, гидроксида натрия, ацетата натрия; раствор хлорида натрия 0,9 %; раствор лакмоида в этаноле.

Ход работы

1. Приготовление буферных растворов с различным значением рН.

а. Рассчитать объемы исходных растворов для приготовления буферных смесей объемом 10 мл с соотношением концентраций CH₃COONa и СН₃СООН: в пробирке № 1 - 1:9, в пробирке № 2 - 1:1, в пробирке № 3 - 9:1.

б. Объемы растворов уксусной кислоты и ацетата натрия отмерить в пробирки с помощью бюретки; содержимое пробирок тщательно перемешать стеклянной палочкой.

в. Приготовить серию буферных растворов с тем же соотношением концентраций соли и кислоты, но с меньшей суммарной концентрацией компонентов. Для этого пипеткой отобрать по 1 мл приготовленных ранее растворов и к каждому добавить 8 мл дистиллированной воды. Содержимое перемешать (в пробирках № 1 и 4, № 2 и 5, № 3 и 6 находятся растворы с одинаковым соотношением концентраций соли и кислоты, но растворы в пробирках № 4 - 6 являются разбавленными по сравнению с таковыми в пробирках № 1 - 3.)

г. Во все пробирки добавить по 5 капель раствора лакмоида, содержимое пробирок перемешать. На белом фоне сравнить окраску растворов.

5. Результаты наблюдений и расчетов внести в таблицу:

№ пробирки	C(CH3COONa):С(СН3СООН)	рН	Цвет буферного раствора после добавления лакмоида

2. Изучение влияния небольших количеств сильных кислот и оснований на показатель рН буферного раствора.

а. В пробирках № 1, 2 приготовить по 10 мл буферного раствора с соотношением концентраций ацетата натрия и уксусной кислоты 2:3, предварительно рассчитанные объемы растворов отмерив с помощью бюреток.

б. В пробирки № 3 и 4 отобрать пипеткой по 10 мл физиологического раствора (0,9 % раствора хлорида натрия).

в. Ко всем растворам добавить по 5 капель раствора лакмоида и содержимое пробирок перемешать. При необходимости окраску физиологических растворов выравнить, добавив в пробирки № 3 и 4 по каплям 0,01 М соляную кислоту. После каждого добавления капли кислоты раствор перемешать стеклянной палочкой.

г. В пробирки №1 и 3 добавить по 5 капель 0,1 М раствора гидроксида натрия, в № 2 и 4 - по 5 капель 0,1 М соляной кислоты. Все растворы перемешать.

Результаты наблюдений внести в таблицу:

 

 

№ пробирки	Раствор	Цвет раствора
после добавления лакмоида	после добавления лакмоида и 5 капель 0,1 М НС1	после добавления лакмоида и 5 капель 0,1 М NaOH
	Буферный
	Буферный
	Физиологический
	Физиологический

Контрольные вопросы

1. К 50 мл 0,3 М соляной кислоты добавили 120 мл 0,125 М раствора аммиака. Вычислите количество аммиака, которое необходимо добавить к полученному раствору, чтобы получить рН = 9. Ответ: 8,63 ммоль.

2. К 50 мл 0,3 М раствора аммиака добавили в первом случае 75 мл 0,2 М соляной кислоты, во втором - 50 мл 0,5 М соляной кислоты. Рассчитайте рН полученных растворов.

Oтвет: 5,08; 1,00.

3. Вычислите рН раствора, полученного при смешивании
5 мл 0,2 М раствора дигидрофосфата натрия и 10 мл 0,02 М раствора гидроксида натрия. Ответ: 6,61.

Лабораторная работа № 7

Реакции в растворах электролитов.

Произведение растворимости. Гидролиз

Цель работы: изучить процессы, протекающие в растворах электролитов, ознакомиться с явлениями гидролиза, образования осадков.

Приборы и посуда: спиртовка; мерные цилиндры емкостью 10 и 20 мл; шпатель; штатив с пробирками; стеклянная палочка; термометр; воронка.

Реактивы и материалы: цинк; гидроксид кальция Са(ОН)₂; магний (порошок); фенолфталеин; лакмусовая бумага; универсальная индикаторная бумага; фильтровальная бумага; соляная кислота HCl (2 н и ρ = 1,18 г/мл); серная кислота H₂SO₄ (2 н); азотная кислота НNОз (р=1,4 г/мл); уксусная кислота СНзСООН (2 н); гидроксид натрия NaOH (2 н); гидроксид калия KОН (2 н); хлорид калия KС1 (насыщ.); хлорат калия KСlO₃ (насыщ.); хлорат натрия NaClO₃ (насыщ.); ацетат натрия CH₃COONa (2 н и 0,5 н); сульфат натрия Na₂SO₄ (2 н); сульфид натрия Na₂S (1 н); хлорид бария ВаСl₂ (0,5 н и насыщ.); нитрат бария Ba(NO₃)₂ (насыщ.); хлорид стронция SrCl₂ (0,5 н); сульфат стронция SrSO₄ (насыщ.); хлорид кальция СаСl₂ (0,5 н); сульфат кальция CaSO₄ (насыщ.); хлорид меди (II) СuСl₂ (0,5 н); сульфат цинка ZnSO₄ (0,5 н); сульфат железа (II) FeSО₄ (0,5 н) свежеприготовленный; сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ (2 н); xлорид алюминия (III) А1Сl₃ (2 н); xлорид железа (III) FeCl₃ (2 н); нитрит натрия NaNО₂ (2 н); сульфит натрия Na₂SO₃ (2 н); карбонат натрия Na₂CO₃ (2 н); хлорид натрия NaCl (2 н); хлорид сурьмы (III) SbCl₃ (0,5 н).

Ход работы

1. Реакция нейтрализации.

а) Взаимодействие сильной кислоты и сильного основания.

Налить в фарфоровую чашку 5 мл 2 н раствора НС1 и прибавить к нему по каплям 2 н раствор NaOH. Раствор перемешать стеклянной палочкой и испытать его действие на лакмус, перенося каплю раствора на лакмусовую бумагу. Добиться нейтральной реакции. Полученный раствор выпарить досуха. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций.

б) Взаимодействие слабой кислоты и сильного основания.

Налить в пробирку 2 мл 2 н раствора щелочи и добавить одну каплю фенолфталеина. Добавлять по каплям 2 н раствор уксусной кислоты до обесцвечивания раствора. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций. Объяснить, почему равновесие ионной реакции, в которой принимает участие слабый электролит, сдвигается в сторону образования молекул воды.

2. Амфотерность.

Из имеющихся реактивов получить осадок гидроксида цинка. Взболтать полученный осадок и перенести его небольшие количества в две пробирки. В одну из пробирок добавить раствор НС1, в другую - раствор NaOH (в избытке). Написать молекулярные и ионные уравнения реакций.

3. Действие на соль слабой кислоты сильной кислотой.

В две пробирки налить по 5 мл 2 н раствора соляной кислоты и опустить в каждую из них по одинаковому кусочку цинка. Когда в обеих пробирках установится равномерное выделение водорода, прилить в одну из них 5 мл 2 н раствора ацетата натрия CH₃COONa, а в другую - 5 мл воды. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций. Применяя закон действия масс объяснить, почему добавление соли слабой кислоты к раствору сильной кислоты уменьшает реакционную способность последней.

4. Образование труднорастворимых солей.

Налить в три пробирки по 3 мл растворов хлоридов бария, стронция и кальция. В первую пробирку добавить раствор сульфата натрия, во вторую - насыщенный раствор сульфата калия, в третью - насыщенный раствор сульфата стронция. Объяснить наблюдаемые явления. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций.

5. Влияние концентрации одноименных ионов на образование осадков.

Насыщенный раствор хлората калия KСlO₃ налить в две сухие пробирки. В первую прибавить немного насыщенного раствора хлорида калия KС1, во вторую - насыщенного раствора хлората натрия NaClO₃. Перемешать содержимое пробирок. Написать выражение произведения растворимости KСlO₃. Объяснить наблюдаемые явления, пользуясь правилом произведения растворимости.

6. Зависимость растворимости осадков труднорастворимых электролитов от величины их произведения растворимости.

Получить осадки сульфидов железа (II) и меди. Подействовать на полученные осадки 2 н раствором соляной кислоты. Объяснить различие в растворимости осадков, используя значения произведений растворимости, написать ионные уравнения реакций.

7. Реакция среды растворов солей при гидролизе.

а) Из имеющихся реактивов подобрать растворы солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием. Налить в одну пробирку раствор соли, образованной одноосновной кислотой, в другую - раствор соли, образованной многоосновной кислотой, и исследовать реакцию среды растворов, нанося каплю раствора на лакмусовую бумагу стеклянной палочкой. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза взятых солей. В каком случае гидролиз будет происходить ступенчато?

б) Написать уравнение реакции гидролиза сульфата меди (II) в молекулярной и ионной форме. Как действует его раствор на лакмус? Проверить правильность заключения, проделав опыт.

в) Какую реакцию на лакмус должен показывать раствор хлорида натрия? Проверить правильность заключения, осуществив опыт.

Результаты испытаний растворов солей на индикатор представить в виде таблицы:

Формула	Окраска лакмуса	Реакция среды	Значение рН раствора: рН = 7, рН < 7, рН > 7

8. Исследование продуктов гидролиза.

Налить в пробирку немного раствора хлорида железа (III) FeCl₃ и испытать его действие на лакмусовую бумагу. Написать уравнение реакции гидролиза FeCl₃ по первой ступени. В раствор FeCl₃ внести немного порошка магния. Наблюдать выделение пузырьков газа.

 

9. Влияние температуры на степень гидролиза.

Смешать в пробирке по 3 мл растворов хлорида железа (III) и ацетата натрия. Заметны ли внешние признаки протекания химической реакции? Нагреть жидкость до кипения. Написать уравнения реакций образования ацетата железа (III) и его гидролиза.

10. Влияние разбавления раствора на степень гидролиза.

Налить в пробирку 1 мл раствора хлорида сурьмы (III) и добавить в него по каплям дистиллированную воду до образования осадка. Написать уравнения реакций гидролиза, считая, что до разбавления гидролиз протекает по первой ступени. После разбавления усиливается вторая ступень гидролиза и образуется SbOCl. Раствор с полученным осадком сохранить для следующего опыта.

11. Обратимость гидролиза.

а) К раствору с осадком, полученным в п. 10, прилить НС1 до растворения осадка, затем снова добавить воду. Дать объяснение наблюдаемым явлениям. Как влияет изменение концентрации ионов водорода на равновесие гидролиза?

б) Написать уравнение реакции гидролиза ацетата натрия CH₃COONa в молекулярной и ионной форме. Какова должна быть реакция среды? К раствору CH₃COONa добавить 3 капли фенолфталеина. Отметить интенсивность окраски. Половину полученного раствора отлить в другую пробирку и оставить для сравнения, а оставшийся раствор нагреть до кипения. Как меняется интенсивность окраски? Охладить раствор и сравнить его с контрольным образцом. Объяснить наблюдаемые явления.

12. Полный гидролиз.

К раствору соли алюминия прилить раствор карбоната натрия Na₂CO₃. Нагреть пробирку, отфильтровать образовавшийся осадок и промыть его на фильтре горячей водой для удаления избытка Na₂CO₃. Доказать опытным путем, что полученный осадок является не солью угольной кислоты, а гидроксидом алюминия. Составить уравнения реакций образования карбоната алюминия и его гидролиза.

Контрольные вопросы

1. Составить молекулярные и ионные уравнения реакций образования нерастворимых веществ: Ag₃PO₄, HgCrO₄, СаСО₃, Cu(OH)₂, FeS.

2. В 500 мл насыщенного раствора содержится 0,94·10^{-3 г} AgCl. Вычислить произведение растворимости этой соли.

3. Образуется ли осадок BaSO₄ при смешении равных объемов 0,2 н раствора нитрата бария и 0,1 н раствора сульфата бария? Ответ подтвердите расчетом.

4. Произведение растворимости иодида свинца при 25 °С равно 8,7·10^-9. Вычислить растворимость этой соли.

5. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций, объяснить причину смещения равновесий вправо:

а) NaOH + H₂S → б) Na₂CO₃ + H₂SO₄ → в) MnS + HCl →

г) Al(OH)₃ + HNO₃ → д) Ag₂SO₄ + NaCl →

6. При смешивании растворов A1₂(SO₄)₃ и Na₂S в осадок выпадает Аl(ОН)₃. Привести соответствующие уравнения реакций.

7. Вычислить рН 0,1 н раствора СН₃СООН. α_дис = 1,3 %.