Лабораторная работа №3, страница 82, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Экспериментальное подтверждение рН растворов качественного состава кислот, оснований и солей

Реактивы: кристаллы ацетата натрия, сульфата алюминия, силиката натрия, ацетата аммония, хлорида калия. Раствор лакмуса, универсальная индикаторная бумага.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: пробирки, штатив для пробирок, стеклянные палочки, микрошпатель.

Ход работы

В шесть пробирок налейте нейтральный раствора лакмуса. Одну из пробирок оставьте в качестве контрольной, а в остальные добавьте по одному микрошпателю солей: в первую — ацетата натрия $CH_3COONa$, во вторую — сульфата алюминия $Al_2(SO_4)_3$, в третью — силиката натрия $Na_2SiO_3$, в четвертую — ацетата аммония $CH_3COONH_4$, в пятую — хлорида калия $KCl$.

Какой реакции среды следует ожидать в растворах указанных средних солей?

Размешайте раствор в каждой пробирке отдельной палочкой. Как изменилась окраска раствора лакмуса при добавлении каждой соли?

Какая реакция среды характеризуется получившимся цветом лакмуса?

Повторите опыт, используя вместо кристаллических солей их 0,1 М. раствора, а раствор лакмуса замените универсальной индикаторной бумагой.

Результаты наблюдений оформите в виде таблицы.

№ п/п

Формула соли

Окраска лакмуса pH раствора ожидаемая фактическая

Окраска универсальной pH индикаторной раствора бумаги

В результате какого процесса могли появиться избыточные ионы $H^+$ или $OH^-$ в водных растворах средних солей?

Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения гидролиза соответствующих солей. В случае ступенчатого гидролиза напишите уравнение реакции лишь для первой ступени, так как практически при данной концентрации раствора последующие ступени гидролиза протекают очень слабо. Сформулируйте определение процесса гидролиза и сделайте общий вывод о реакции водных растворов солей, образованных: а) сильным основанием и сильной кислотой; б) сильным основанием и слабой кислотой; в) слабым основанием и сильной кислотой; г) слабым основанием и слабой кислотой.

Какой реакции среды следует ожидать в растворах указанных средних солей? Как изменилась окраска раствора лакмуса при добавлении каждой соли?

Реакция среды в растворах солей определяется процессом гидролиза — взаимодействия ионов соли с водой. Реакция среды зависит от силы кислоты и основания, образующих соль.

• Контрольная пробирка (вода + лакмус): среда нейтральная ($pH \approx 7$), лакмус фиолетовый.
• Ацетат натрия $CH_3COONa$: соль сильного основания ($NaOH$) и слабой кислоты ($CH_3COOH$). Гидролиз идет по аниону, накапливаются ионы $OH^-$. Ожидается щелочная среда ($pH > 7$), лакмус станет синим.
• Сульфат алюминия $Al_2(SO_4)_3$: соль слабого основания ($Al(OH)_3$) и сильной кислоты ($H_2SO_4$). Гидролиз идет по катиону, накапливаются ионы $H^+$. Ожидается кислая среда ($pH < 7$), лакмус станет красным.
• Силикат натрия $Na_2SiO_3$: соль сильного основания ($NaOH$) и слабой кислоты ($H_2SiO_3$). Гидролиз идет по аниону, накапливаются ионы $OH^-$. Ожидается сильнощелочная среда ($pH >> 7$), лакмус станет синим.
• Ацетат аммония $CH_3COONH_4$: соль слабого основания ($NH_4OH$) и слабой кислоты ($CH_3COOH$). Гидролиз идет и по катиону, и по аниону. Так как константы диссоциации кислоты ($K_a(CH_3COOH) \approx 1.8 \cdot 10^{-5}$) и основания ($K_b(NH_4OH) \approx 1.8 \cdot 10^{-5}$) примерно равны, среда будет близка к нейтральной ($pH \approx 7$). Окраска лакмуса практически не изменится, останется фиолетовой.
• Хлорид калия $KCl$: соль сильного основания ($KOH$) и сильной кислоты ($HCl$). Гидролиз не происходит. Ожидается нейтральная среда ($pH = 7$), окраска лакмуса не изменится и останется фиолетовой.

Какая реакция среды характеризуется получившимся цветом лакмуса?

Цвет индикатора лакмуса характеризует реакцию среды следующим образом:

• Красный цвет лакмуса характеризует кислую среду ($pH < 7$).
• Фиолетовый цвет лакмуса характеризует нейтральную среду ($pH \approx 7$).
• Синий цвет лакмуса характеризует щелочную среду ($pH > 7$).

Результаты наблюдений оформите в виде таблицы.

В результате какого процесса могли появиться избыточные ионы H⁺ или OH⁻ в водных растворах средних солей?

Избыточные ионы $H^+$ или $OH^-$ в водных растворах средних солей могли появиться в результате гидролиза солей. Это процесс обменного взаимодействия ионов соли с молекулами воды, приводящий к образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания) и, как следствие, к изменению концентрации ионов $H^+$ и $OH^-$ в растворе.

Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения гидролиза соответствующих солей.

1. Ацетат натрия $CH_3COONa$ (гидролиз по аниону):

Краткое ионное уравнение:

$CH_3COO^- + H_2o \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$

Молекулярное уравнение:

$CH_3COONa + H_2o \rightleftharpoons CH_3COOH + NaOH$

Среда щелочная ($pH > 7$).

2. Сульфат алюминия $Al_2(SO_4)_3$ (гидролиз по катиону, первая ступень):

Краткое ионное уравнение:

$Al^{3+} + H_2o \rightleftharpoons AlOH^{2+} + H^+$

Молекулярное уравнение (для первой ступени):

$Al_2(SO_4)_3 + 2H_2o \rightleftharpoons 2Al(OH)SO_4 + H_2SO_4$

Среда кислая ($pH < 7$).

3. Силикат натрия $Na_2SiO_3$ (гидролиз по аниону, первая ступень):

Краткое ионное уравнение:

$SiO_3^{2-} + H_2o \rightleftharpoons HSiO_3^{-} + OH^-$

Молекулярное уравнение (для первой ступени):

$Na_2SiO_3 + H_2o \rightleftharpoons NaHSiO_3 + NaOH$

Среда щелочная ($pH > 7$).

4. Ацетат аммония $CH_3COONH_4$ (гидролиз по катиону и аниону):

Краткое ионное уравнение:

$NH_4^+ + CH_3COO^- + H_2o \rightleftharpoons NH_4OH + CH_3COOH$

Молекулярное уравнение:

$CH_3COONH_4 + H_2o \rightleftharpoons CH_3COOH + NH_4OH$

Среда нейтральная ($pH \approx 7$).

5. Хлорид калия $KCl$:

Соль образована сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($HCl$), поэтому гидролизу не подвергается. Среда нейтральная ($pH = 7$).

Сформулируйте определение процесса гидролиза и сделайте общий вывод о реакции водных растворов солей, образованных:

Определение: Гидролиз соли — это обратимый процесс взаимодействия ионов соли с водой, который приводит к образованию слабого электролита (слабой кислоты или слабого основания) и изменению кислотно-основного равновесия воды, в результате чего реакция среды раствора становится кислой, щелочной или остается нейтральной.

Общие выводы:

а) сильным основанием и сильной кислотой;

Растворы солей, образованных сильным основанием и сильной кислотой (например, $KCl$, $Na_2SO_4$), не подвергаются гидролизу, так как в растворе нет ионов, способных связывать $H^+$ или $OH^-$ из воды в слабый электролит. Реакция среды таких растворов нейтральная ($pH = 7$).

б) сильным основанием и слабой кислотой;

Растворы солей, образованных сильным основанием и слабой кислотой (например, $CH_3COONa$, $K_2CO_3$), подвергаются гидролизу по аниону. Анион слабой кислоты взаимодействует с водой, образуя слабую кислоту и избыток ионов $OH^-$. Реакция среды таких растворов щелочная ($pH > 7$).

в) слабым основанием и сильной кислотой;

Растворы солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой (например, $NH_4Cl$, $Al_2(SO_4)_3$), подвергаются гидролизу по катиону. Катион слабого основания взаимодействует с водой, образуя слабое основание и избыток ионов $H^+$. Реакция среды таких растворов кислая ($pH < 7$).

г) слабым основанием и слабой кислотой.

Растворы солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой (например, $CH_3COONH_4$), подвергаются гидролизу и по катиону, и по аниону. Реакция среды зависит от относительной силы образующихся кислоты и основания, которые определяются их константами диссоциации ($K_a$ и $K_b$).

• Если $K_a \approx K_b$ (кислота и основание примерно равны по силе), среда нейтральная ($pH \approx 7$).
• Если $K_a > K_b$ (кислота сильнее основания), среда слабокислая ($pH < 7$).
• Если $K_a < K_b$ (основание сильнее кислоты), среда слабощелочная ($pH > 7$).