Дослідження поняття концентрації на прикладі впливу лугів на pH – МАНЛаб


Дослідження поняття концентрації на прикладі впливу лугів на pH

Автор Шаповалов Євгеній
Науковий співробітник НЦ «Мала академія наук України». Сфера наукових інтересів: екологія, біотехнологія, аналітична хімія, загальна хімія, органічна хімія, біохімія, харчова експертиза, фізіологія харчування. Переможець Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт за напрямом «Хімічні технології» (2014 р.), ІІ місце у конкурсі найкращих дипломних робіт за напрямом «Біотехнологія» (2014 р). Автор посібників по використанню цифрових вимірників на уроках хімії та біології
Рівень складності Середній
Рівень небезпеки Безпечно
Доступність використовуваних матеріалів На рівні шкільного обладнання
Орієнтовний час на виконання роботи До 1 години

Блок 1. Резюме

Концентрація речовини може впливати на різні характеристики розчинів, однією з яких є pH. Луги підвищують pH середовища, а їхня концентрація впливає на інтенсивність його зміни. Отже, дослідник може пересвідчитись у тому, що таке концентрація речовин, шляхом реєстрації об’єму, доданого до розчину, та кількості крапель доданого розчину.

Мета роботи: дослідити вплив концентрації лугу на зміну pH.

Завдання роботи: приготувати розчини лугів різної концентрації; дослідити вплив концентрації лугів на рН середовища.

Блок 2. Попередня інформація

Кислоти реагують з лугами. Така реакція називається нейтралізацією. Практично у всіх розчинах містяться як кислоти, так і луги; отже, можливо їх нейтралізувати.  Завершення реакції (точку еквівалентності) фіксують за зміною кольору кислотно-основних індикаторів, або ж вимірюючи рН за допомогою електронного датчика. У точці еквівалентності значення рН робить різкий стрибок. Такий метод кількісного аналізу називають титруванням.

Для титрування важливим є точність у визначенні концентрації та кількості речовин, що реагують. Зазвичай об’єм речовини, що додається до досліджуваного розчину, фіксують за допомогою поділок бюретки –  циліндричної скляної трубки з поділками й краном унизу. Альтернативним засобом фіксації кількості доданої речовини є лічильник крапель. Точку закінчення титрування (точку еквівалентності) можна визначити як за допомогою датчика рН, так і за допомогою pH-метра.

Реакцію нейтралізації умовно можна описати такою схемою:

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O.

Джерела інформації, які попередньо потрібно опрацювати:

https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%96%D0%B7

Аналітична хімія: оптичні та електрохімічні методи аналізу : навч. посіб. / Є. Є. Костенко, В. Г. Дроков, М. Г. Христіансен, О. М. Бутенко ; МОН України, НУХТ. — К. : НУХТ, 2009. — 283 с. — ISBN 978-966-612-082-6.

Блок 3. Обладнання

  1. Піпетки, 2-10 мл, 5 шт.
  2. Стаканчики хімічні, 50 мл або більше, 3 шт.
  3. Колби конічні, 100 мл, 3 шт.
  4. Бюретка, 1 шт.
  5. Датчик крапель (опціонально).
  6. Датчик pH (опціонально).
  7. Магнітна мішалка.

Реактиви та матеріали:

  1. Розчин натрій гідроксиду, 2 н.
  2. Розчин нітратної кислоти, 1 н.
  3. Дистильована вода.

Блок 4. Експериментальна процедура

І. Підготовка розчинів.

В отриманих стаканчиках, використовуючи стандартний розчин натрій гідроксиду та піпетки, зробіть розчини з концентраціями: 1 н., 0,2 н. та 0, 1 н.

ІІ. Проведення експерименту.

  1. Підготуйте установку, показану на рисунку:
  2. У штативі над датчиком крапель розмістіть бюретку.
  3. У конічну колбу наберіть 50 мл дистильованої води.
  4. Додайте 1 мл розчину хлоридної кислоти.
  5. Розмістіть колбу під датчиком крапель та помістіть датчик pH у колбу.
  6. Перевірте, щоб усі датчики в системі були підключені, в інтерфейсі програми на ПК або іншому пристрої.
  7. Виставте такі параметри реєстратора:
  8. Залийте в бюретку розчин NaOH з концентрацією 0,1 н. до мітки 0 на бюретці.
  9. Запустіть реєстрацію даних.
  10. Проведіть титрування до зміни забарвлення розчину або до різкого стрибка рН на графіку.
  11. Зупиніть реєстрацію.
  12. Розчин натрій гідроксиду злийте з бюретки в стаканчик.
  13. Повторіть пп. 8-11 для розчинів натрій гідроксиду з концентраціями 0,2 н., 1 н., 2 н. у порядку зростання концентрацій.

Блок 5. Аналіз отриманих даних

  1. Заповніть таблицю:
Концентрація розчину, н. Кількість крапель до початку стрибку pH
  1. В інтерфейсі програми побудуйте графік залежності зміни pH від кількості витрачених крапель.

Дайте відповіді на запитання:

  1. Які закономірності Ви помітили?
  2. Скільки крапель необхідно буде витратити для того, щоб спостерігати стрибок pH при концентрації 4 н. та 0,05 н.?

Блок 6. Напрями розвитку

  1. Дослідіть процес титрування лугу кислотою. Чи буде за таких умов спостерігатися подібна тенденція?
  2. Запропонуйте інші методи визначення концентрацій речовин, базуючись на знаннях властивостей хімічних сполук, і проведіть подібне дослідження.