Страница 113 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. С помощью самодельного индикатора исследуйте на предмет содержания щёлочи некоторые препараты бытовой химии и гигиены.

1. С помощью самодельного индикатора исследуйте на предмет содержания щёлочи некоторые препараты бытовой химии и гигиены.

Решение:

Для проведения данного исследования необходимо выполнить несколько шагов: приготовить индикатор, подготовить образцы, провести эксперимент и проанализировать результаты.

Этап 1: Приготовление самодельного индикатора

В качестве природного индикатора, чувствительного к изменению кислотности среды, отлично подходит отвар краснокочанной капусты. Красящие вещества (антоцианы), содержащиеся в ней, меняют цвет в зависимости от уровня pH.

Процесс приготовления:

1. Мелко нарезать несколько листьев краснокочанной капусты.
2. Залить нарезанные листья небольшим количеством кипятка.
3. Дать настояться в течение 20–30 минут, пока вода не приобретет насыщенный фиолетовый цвет.
4. Процедить отвар, отделив его от листьев. Полученная жидкость является индикатором.

Принцип действия индикатора:

• В кислой среде ($pH < 7$) цвет изменяется на розовый или красный.
• В нейтральной среде ($pH = 7$) индикатор имеет свой исходный фиолетовый цвет.
• В щелочной среде ($pH > 7$) цвет изменяется на синий, зелёный или даже жёлтый при высокой концентрации щёлочи.

Этап 2: Подготовка образцов для исследования

Для исследования выберем распространенные бытовые средства. Для контроля также возьмем вещества с заведомо известной средой.

Список образцов:

• Раствор хозяйственного мыла (кусочек мыла растворить в теплой воде).
• Раствор стирального порошка.
• Средство для мытья посуды.
• Шампунь для волос.
• Раствор пищевой соды ($NaHCO_3$).
• Средство для мытья окон (с нашатырным спиртом).
• Столовый уксус (кислотная среда для контроля).
• Питьевая вода (нейтральная среда для контроля).

Жидкие средства можно использовать в чистом виде или слегка разбавить водой. Твердые вещества необходимо растворить в воде до получения однородного раствора.

Этап 3: Проведение эксперимента и анализ результатов

В каждую пробу с исследуемым веществом необходимо добавить несколько капель капустного индикатора и наблюдать за изменением цвета. Результаты удобно представить в виде таблицы.

Вывод:

Изменение цвета индикатора на синий, зелёный или жёлтый в растворах хозяйственного мыла, стирального порошка, пищевой соды и средства для мытья окон подтверждает наличие в них щёлочи. Щелочные компоненты (гидроксиды, карбонаты, фосфаты, аммиак) добавляются в моющие и чистящие средства для эффективного расщепления жиров и других загрязнений. Средства личной гигиены, такие как шампунь, и средства для мытья посуды обычно имеют нейтральный или слабокислый pH, чтобы не повредить кожу и волосы.

Ответ: С помощью самодельного индикатора из краснокочанной капусты было проведено исследование бытовых препаратов. Установлено, что щелочную среду ($pH > 7$) имеют раствор хозяйственного мыла, стиральный порошок, раствор пищевой соды и средство для мытья окон с аммиаком, что подтверждается изменением цвета индикатора на сине-зелёные оттенки. Шампунь и средство для мытья посуды показывают нейтральную или слабокислую реакцию. Следовательно, многие чистящие средства содержат щёлочь, в то время как средства, контактирующие с кожей, имеют pH, близкий к нейтральному.

2. Испытайте с помощью индикаторной бумаги или самодельного индикатора свежие разрезы яблока и груши. Какую среду имеют яблочный и грушевый соки?

Решение

Для определения среды яблочного и грушевого соков необходимо провести эксперимент с использованием кислотно-основного индикатора.

В яблоках и грушах содержатся органические кислоты, в основном яблочная кислота ($C_4H_6O_5$). Присутствие этих кислот обуславливает кислую реакцию среды их соков.

Проведение опыта с индикаторной бумагой:

1. Берем свежее яблоко и грушу и разрезаем их.
2. К влажному срезу яблока прикладываем полоску универсальной индикаторной бумаги. Бумага изменит свой цвет на желто-оранжевый или красный. Это соответствует кислой среде с водородным показателем pH примерно 3-4.
3. Повторяем тот же опыт со свежим срезом груши. Индикаторная бумага также покажет кислую среду (pH около 4), изменив цвет на желтый или светло-оранжевый.

Проведение опыта с самодельным индикатором (например, отваром краснокочанной капусты):

1. Готовим индикатор: мелко нарезаем листья краснокочанной капусты и кипятим в небольшом количестве воды. Полученный фиолетовый отвар сцеживаем.
2. Наносим несколько капель отвара на свежий срез яблока и груши.
3. В месте нанесения индикатора фиолетовый цвет изменится на розовый или красный, что подтверждает наличие кислой среды.

Таким образом, оба эксперимента показывают, что соки яблока и груши имеют кислую среду из-за содержания в них фруктовых кислот.

Ответ: Яблочный и грушевый соки имеют кислую среду.

Как вы знаете, среда раствора бывает кислотной, щелочной и нейтральной. Нейтральную среду имеет чистая вода. А какие ещё растворимые соединения могут иметь нейтральную среду?

Нейтральную среду ($pH \approx 7$), помимо чистой воды, имеют водные растворы определённых солей. Среда раствора соли зависит от силы кислоты и основания, из которых эта соль образована.

1. Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой.

Это основной класс соединений, растворы которых нейтральны. При растворении в воде такая соль диссоциирует на ионы. Например, поваренная соль (хлорид натрия) $NaCl$ диссоциирует на катион натрия ($Na^+$) и хлорид-анион ($Cl^-$).

$NaCl \rightleftharpoons Na^+ + Cl^-$

Катион $Na^+$ образован сильным основанием ($NaOH$), а анион $Cl^-$ — сильной кислотой ($HCl$). Ионы, происходящие от сильных кислот и оснований, не вступают в реакцию с водой (не гидролизуются), так как соответствующие им кислота и основание являются сильными электролитами и в воде полностью диссоциированы. В результате в растворе не происходит изменения концентраций ионов водорода ($H^+$) и гидроксид-ионов ($OH^-$) по сравнению с чистой водой, и среда раствора остается нейтральной.

Примеры таких солей: хлорид калия ($KCl$), нитрат натрия ($NaNO_3$), сульфат калия ($K_2SO_4$), хлорид бария ($BaCl_2$), йодид лития ($LiI$).

2. Соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием.

Растворы таких солей также могут быть нейтральными, но только в особом случае — когда силы слабой кислоты и слабого основания, из которых образована соль, примерно одинаковы. Сила кислоты характеризуется константой кислотности ($K_a$), а сила основания — константой основности ($K_b$). Если $K_a \approx K_b$, то гидролиз катиона (который создает кислотную среду) и гидролиз аниона (который создает щелочную среду) компенсируют друг друга.

Классическим примером является ацетат аммония ($CH_3COONH_4$). Он образован слабой уксусной кислотой ($CH_3COOH$, $K_a \approx 1.8 \cdot 10^{-5}$) и слабым основанием — гидратом аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$, $K_b \approx 1.8 \cdot 10^{-5}$). Поскольку их константы практически равны, водный раствор ацетата аммония имеет нейтральную среду.

Ответ: Нейтральную среду имеют растворы солей, образованных сильным основанием и сильной кислотой (например, $NaCl$, $KNO_3$, $BaCl_2$), а также соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием с близкими по значению константами диссоциации (например, ацетат аммония $CH_3COONH_4$).

Лабораторный опыт № 13

В три пробирки, помещённые в штатив, прилейте по 1–2 мл раствора гидроксида натрия, соляной кислоты и раствора хлорида натрия. Затем в каждую из пробирок добавьте несколько капель раствора лакмуса. Что вы наблюдаете?

В ходе лабораторного опыта будут наблюдаться следующие изменения окраски индикатора лакмуса в зависимости от среды раствора в каждой из пробирок.

Раствор гидроксида натрия ($NaOH$)

Гидроксид натрия является сильным основанием (щёлочью). В водном растворе он диссоциирует на ионы $Na^+$ и гидроксид-ионы $OH^-$. Наличие гидроксид-ионов создаёт щелочную среду ($pH > 7$). В щелочной среде индикатор лакмус изменяет свою фиолетовую окраску на синюю.

Ответ: Раствор в пробирке окрасится в синий цвет.

Соляная кислота ($HCl$)

Соляная кислота является сильной кислотой. В водном растворе она диссоциирует на ионы водорода $H^+$ и хлорид-ионы $Cl^-$. Наличие ионов водорода создаёт кислую среду ($pH < 7$). В кислой среде индикатор лакмус изменяет свою фиолетовую окраску на красную.

Ответ: Раствор в пробирке окрасится в красный цвет.

Раствор хлорида натрия ($NaCl$)

Хлорид натрия — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($HCl$). Раствор такой соли имеет нейтральную среду ($pH \approx 7$), так как гидролиз по катиону и аниону не протекает. В нейтральной среде лакмус не изменяет свой цвет и остаётся фиолетовым.

Ответ: Окраска раствора не изменится и останется фиолетовой.