Определение среды в растворе химия. Определение характера среды раствора кислот и щелочей с помощью индикаторов. Качественные реакции на ионы в растворе(хлорид-, сульфат-, карбонат-ионы, ион аммония). Получение газооб-разных веществ. в щелочной среде

Химическим путем рН раствора можно определить при помощи кислотно-основных индикаторов.

Кислотно-основные индикаторы – органические вещества, окраска которых зависит от кислотности среды.

Наиболее распространенными индикаторами являются лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин. Лакмус в кислой среде окрашивается в красный цвет, в щелочной – в синий. Фенолфталеин в кислой среде - бесцветный, в щелочной окрашивается в малиновый цвет. Метиловый оранжевый в кислой среде окрашивается в красный цвет, а в щелочной – в желтый.

В лабораторной практике часто смешивают ряд индикаторов, подобранных таким образом, чтобы цвет смеси изменялся в широких пределах значений рН. С их помощью можно определить рН раствора с точностью до единицы. Эти смеси называют универсальными индикаторами .

Имеются специальные приборы – рН–метры, с помощью которых можно определить рН растворов в диапазоне от 0 до 14 с точностью до 0,01 единицы рН.

Гидролиз солей

При растворении некоторых солей в воде нарушается равновесие процесса диссоциации воды и, соответственно, изменяется рН среды. Это объясняется тем, что соли реагируют с водой.

Гидролиз солей – химическое обменное взаимодействие ионов растворенной соли с водой, приводящее к образованию слабодиссоциирующих продуктов (молекул слабых кислот или оснований, анионов кислых солей или катионов основных солей) и сопровождающееся изменением рН среды.

Рассмотрим процесс гидролиза в зависимости от природы оснований и кислот, образующих соль.

Соли, образованные сильными кислотами и сильными основаниями (NaCl, kno3, Na2so4 и др.).

Допустим , что при взаимодействии хлорида натрия с водой происходит реакция гидролиза с образованием кислоты и основания:

NaCl + H 2 O ↔ NaOH + HCl

Для правильного представления о характере этого взаимодействия запишем уравнение реакции в ионном виде, учитывая, что единственным слабодиссоциирующим соединением в этой системе является вода:

Na + + Cl - + HOH ↔ Na + + OH - + H + + Cl -

При сокращении одинаковых ионов в левой и правой частях уравнения остается уравнение диссоциации воды:

Н 2 О ↔ Н + + ОН -

Как видно, в растворе нет избыточных ионов Н + или ОН - по сравнению с их содержанием в воде. Кроме того, никаких других слабодиссоциирующих или труднорастворимых соединений не образуется. Отсюда делаем вывод, что соли, образованные сильными кислотами и основаниями гидролизу не подвергаются, а реакция растворов этих солей такая же, как и в воде, нейтральная (рН=7).

При составлении ионно–молекулярных уравнений реакций гидролиза необходимо:

1) записать уравнение диссоциации соли;

2) определить природу катиона и аниона (найти катион слабого основания или анион слабой кислоты);

3) записать ионно-молекулярное уравнение реакции, учитывая, что вода - слабый электролит- и что сумма зарядов должна быть одинаковой в обеих частях уравнения.

Соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием

(Na 2 CO 3 , K 2 S, CH 3 COONa и др .)

Рассмотрим реакцию гидролиза ацетата натрия. Эта соль в растворе распадается на ионы: CH 3 COONa ↔ CH 3 COO - + Na + ;

Na + -катион сильного основания, CH 3 COO - - анион слабой кислоты.

Катионы Na + не могут связывать ионы воды, так как NaОН – сильное основание - полностью распадается на ионы. Анионы слабой уксусной кислоты CH 3 COO - связывают ионы водорода с образованием малодиссоциированной уксусной кислоты:

CH 3 COO - + НОН ↔ CH 3 COOН + ОН -

Видно, что в результате гидролиза CH 3 COONa в растворе образовался избыток гидроксид-ионов, и реакция среды стала щелочной (рН > 7).

Таким образом можно сделать вывод, что соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием гидролизуются по аниону ( An n - ). При этом анионы соли связывают ионы Н + , а в растворе накапливаются ионы ОН - , что обуславливает щелочную среду (рН>7):

An n - + HOH ↔ Han (n -1)- + OH - , (при n=1 образуется HAn – слабая кислота).

Гидролиз солей, образованных двух- и трехосновными слабыми кислотами и сильными основаниями, протекает ступенчато

Рассмотрим гидролиз сульфида калия. К 2 S диссоциирует в растворе:

К 2 S ↔ 2К + + S 2- ;

К + - катион сильного основания, S 2 - анион слабой кислоты.

Катионы калия не принимают участия в реакции гидролиза, взаимодействуют с водой только анионы слабой сероводородной кислоты. В данной реакции по первой ступени происходит образование слабодиссоциирующих ионов HS - , по второй ступени – образование слабой кислоты H 2 S:

1-я ступень: S 2- + HOH ↔ HS - + OH - ;

2-я ступень: HS - + HOH ↔ H 2 S + OH - .

Образующиеся по первой ступени гидролиза ионы ОН - значительно снижают вероятность гидролиза по следующей ступени. В результате практическое значение обычно имеет процесс, идущий только по первой ступени, которым, как правило, и ограничиваются при оценке гидролиза солей в обычных условиях.

В зависимости от того какие ионы H + или OH — находятся в водном растворе в избытке, различают следующие типы (характеры) сред растворов:

1) кислая

2) щелочная

3) нейтральная

При кислотном характере среды в растворе содержится избыток катионов водорода H + , а концентрация гидроксид-ионов близка к нулю.

При щелочном характере среды в растворе избыток гидроксид-ионов OH — , а концентрация катионов H + близка к нулю.

При нейтральной среде раствора концентрации ионов H + и OH — равны между собой и практически равны нулю (0,0000001 моль/л).

Существуют некоторые органические вещества, цвет которых меняется в зависимости от характера среды. Данное явление находит широкое применение в химии. Одними из наиболее распространенных индикаторов являются лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый (метилоранж). То, какую окраску имеют данные вещества в зависимости от характера среды, представлено в следующей таблице:

Как можно заметить, специфическим свойством фенолфталеина является то, что данный индикатор не позволяет различить нейтральную и кислую среды — и в той, и в другой средах он никак не окрашен. Такое его свойство несомненно является недостатком, однако фенолфталеин широко применяется ввиду своей исключительной чувствительности к даже незначительному избытку ионов OH — .

Очевидно, что с помощью индикаторов можно отличить кислоты, щелочи и дистиллированную воду друг от друга. Однако следует вспомнить то, что кислая, щелочная и нейтральная среды могут наблюдаться не только в растворах кислот, щелочей и дистиллированной воде. Среда растворов также может быть различной в растворах солей в зависимости от их отношения к гидролизу .

Так, например, раствор сульфита натрия от раствора сульфата натрия можно различить с помощью фенолфталеина. Сульфит натрия — соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, поэтому его растворы будут иметь щелочную реакцию среды. Фенолфталеин окрасится в его растворе в малиновый цвет. Сульфат натрия же образован сильным основанием и сильной кислотой, т.е. гидролизу не подвергается, и его водные растворы будут иметь нейтральную реакцию среды. В случае раствора сульфата натрия фенолфталеин останется бесцветным.

Химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород со степенью окисления ($-2$).

Общая формула оксидов: $Э_{m}O_n$, где $m$ — число атомов элемента $Э$, а $n$ — число атомов кислорода. Оксиды могут быть твердыми (песок $SiO_2$, разновидности кварца), жидкими (оксид водорода $H_2O$), газообразными (оксиды углерода: углекислый $CO_2$ и угарный $CO$ газы). По химическим свойствам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие.

Несолеобразующими называются такие оксиды, которые не взаимодействуют ни со щелочами, ни с кислотами и не образуют солей. Их немного, в их состав входят неметаллы.

Солеобразующими называются такие оксиды, которые взаимодействуют с кислотами или основаниями и образуют при этом соль и воду.

Среди солеобразующих оксидов различают оксиды основные, кислотные, амфотерные.

Основные оксиды — это такие оксиды, которым соответствуют основания. Например: $CaO$ соответствует $Ca(OH)_2, Na_2O — NaOH$.

Типичные реакции основных оксидов:

1. Основный оксид + кислота → соль + вода (реакция обмена):

$CaO+2HNO_3=Ca(NO_3)_2+H_2O$.

2. Основный оксид + кислотный оксид → соль (реакция соединения):

$MgO+SiO_2{→}↖{t}MgSiO_3$.

3. Основный оксид + вода → щелочь (реакция соединения):

$K_2O+H_2O=2KOH$.

Кислотные оксиды — это такие оксиды, которым соответствуют кислоты. Это оксиды неметаллов:

N2O5 соответствует $HNO_3, SO_3 — H_2SO_4, CO_2 — H_2CO_3, P_2O_5 — H_3PO_4$, а также оксиды металлов с большим значением степеней окисления: ${Cr}↖{+6}O_3$ соответствует $H_2CrO_4, {Mn_2}↖{+7}O_7 — HMnO_4$.

Типичные реакции кислотных оксидов:

1. Кислотный оксид + основание → соль + вода (реакция обмена):

$SO_2+2NaOH=Na_2SO_3+H_2O$.

2. Кислотный оксид + основный оксид → соль (реакция соединения):

$CaO+CO_2=CaCO_3$.

3. Кислотный оксид + вода → кислота (реакция соединения):

$N_2O_5+H_2O=2HNO_3$.

Такая реакция возможна, только если кислотный оксид растворим в воде.

Амфотерными называются оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. Это $ZnO, Al_2O_3, Cr_2O_3, V_2O_5$. Амфотерные оксиды с водой непосредственно не соединяются.

Типичные реакции амфотерных оксидов:

1. Амфотерный оксид + кислота → соль + вода (реакция обмена):

$ZnO+2HCl=ZnCl_2+H_2O$.

2. Амфотерный оксид + основание → соль + вода или комплексное соединение:

$Al_2O_3+2NaOH+3H_2O{=2Na,}↙{\text"тетрагидроксоалюминат натрия"}$

$Al_2O_3+2NaOH={2NaAlO_2}↙{\text"алюминат натрия"}+H_2O$.

Урок, проводимый с использованием тетради для практических работ И.И.Новошинского, Н.С.Новошинской к учебнику Химия 8 класс в МОУ “СОШ №11” г. Северодвинска Архангельской области учителем химии О.А.Олькиной в 8 классах (на параллели).

Цель урока: Формирование, закрепление и контроль умений учащихся определять реакцию среды растворов с помощью различных индикаторов, в том числе природных, используя тетрадь для практических работ И.И.Новошинского, Н.С.Новошинской к учебнику Химия 8 класс.

Задачи урока:

1. Образовательные. Закрепить следующие понятия индикаторы, реакция среды (типы) , pH, фильтрат, фильтрование на основе выполнения заданий практической работы. Проверить знания учащихся, которые отражают зависимость “ раствор вещества (формула) – значение pH (числовое значение) – реакция среды”. Рассказать учащимся о способах снижения кислотности почв Архангельской области.
2. Развивающие. Способствовать развитию логического мышления учащихся на основании анализа результатов, полученные в ходе практической работы, их обобщения, а также умения делать вывод. Подтвердить правило: практика доказывает теорию или опровергает ее. Продолжить формирование эстетических качеств личность учащихся на основе разнообразного спектра представленных растворов, а также поддержать интерес ребят к изучаемому предмету “Химия”.
3. Воспитывающие. Продолжить формировать умения учащихся выполнять задания практической работы, придерживаясь, правил по охране труда и технике безопасности, в том числе правильно выполнять процессы фильтрования, нагревания.

Практическая работа № 6 “Определение pH среды”.

Цель для учащихся: Научится определять реакцию среды растворов разных объектов (кислот, щелочей, солей, почвенного раствора, некоторых растворов и соков), а также изучить растительные объекты как природные индикаторы.

Оборудование и реактивы: штатив с пробирками, пробка, стеклянная палочка, штатив с кольцом, фильтровальная бумага, ножницы, химическая воронка, стаканы, фарфоровая ступка с пестиком, мелкая терка, чистый песок, универсальная индикаторная бумага, испытуемый раствор, почва, кипяченая вода, плоды, ягоды и другой растительный материал, раствор гидроксида натрия и серной кислоты, хлорида натрия.

Ход урока

Ребята! Мы с вами уже познакомились с такими понятиями как реакция среды водных растворов, а также индикаторы.

Какие типы реакции среды водных растворов вы знаете?

• нейтральная, щелочная и кислотная.

Что такое индикаторы?

• вещества, с помощью которых можно определить реакцию среды.

Какие индикаторы вам известны?

• в растворах: фенолфталеин, лакмус, метиловый оранжевый.

• сухие: универсальная индикаторная бумага, лакмусовая бумага, метилоранжевая бумага

Какими способами можно определить реакцию среды водных растворов?

• влажным и сухим.

Что такое pH среды?

• водородный показатель ионов водорода в растворе(pH=– lg )

Давайте вспомним, какой ученый ввел понятие pH среды?

• Датский химик Сёренсен.

Молодцы!!! Теперь откройте тетрадь для практических работ на с.21 и прочитайте задание №1 .

Задание №1.Определите pH раствора при помощи универсального индикатора.

Вспомним правила при работе с кислотами и щелочами!

Выполните опыт из задания №1.

Сделайте вывод. Таким образом, если раствор имеет pH = 7 среда нейтральная, при pH < 7 среда кислотная, при pH > 7 среда щелочная.

Задание №2.Получите почвенный раствор и определите его pH при помощи универсального индикатора.

Прочитайте задание на с.21-с.22, выполните задание по плану, результаты занесите в таблицу.

Вспомним правилами безопасности при работе с нагревательными приборами (спиртовкой).

Что такое фильтрование?

• процесс разделение смеси, который основан на различной пропускной способности пористого материала – фильтрата по отношению к составляющим смесь частицам.

Что такое фильтрат?

• это прозрачный раствор, получаемый после фильтрования.

Результаты оформите в виде таблицы.

Какая реакция среды почвенного раствора?

• Кислая

Что необходимо сделать, чтобы повысить качество почвы в нашем регионе?

• CaCO 3 + H 2 O+CO 2 = Ca(HCO 3) 2

Внесение удобрений, которые имеют щелочную реакцию среды: молотый известняк и других карбонатных минералов: мела, доломита. В Пинежском районе Архангельской области есть залежи такого минерала, как известняк, вблизи карстовых пещер, поэтому он доступен.

Сделайте вывод. Реакция среды полученного почвенного раствора pH=4,слабокислая, следовательно, для повышения качества почвы необходимо известкование.

Задание №3. Определите pH некоторых растворов и соков при помощи универсального индикатора.

Прочитайте задание на с.22, выполните задание по алгоритму, результаты занесите в таблицу.

Сделайте вывод. Таким образом, разные натуральные объекты имеют разные значения pH: pH 1?7– среда кислотная (лимон, клюква, апельсин, помидор, свекла, киви, яблоко, банан, чай, картофель, капуста квашеная, кофе, силикатный клей).

pH 7?14среда щелочная(капуста свежая, раствор питьевой соды).

pH = 7 среда нейтральная(хурма, огурец, молоко).

Задание №4. Изучите растительные индикаторы.

Какие растительные объекты могут выступать в качестве индикаторов?

• ягоды: соки, лепестки цветов: вытяжки, соки овощей: корнеплодов, листьев.
• вещества, которые могут изменять окраску раствора в разных средах.

Прочитайте задание на с.23 и выполните его по плану.

Результаты оформите в таблицу.

Сделайте вывод. Таким образом, в зависимости от pH среды природные индикаторы: клюква (сок), клубника (сок), черника (сок), черная смородина (сок) приобретают следующие цвета: в кислой среде – красный и оранжевый цвет, в нейтральной – красный, персиково – розовый и фиолетовый цвета, в щелочной среде от розового через сине – фиолетовый до фиолетового цвета.

Следовательно, по интенсивности окраски природного индикатора можно судить по реакции среды того или иного раствора.

По окончании работы приведите в порядок рабочее место.

Ребята! Сегодня был очень необычный урок! Вам понравился?! Можно ли использовать сведения, полученные на данном уроке в повседневной жизни?

Сейчас выполните задание, которое приведено в ваших тетрадях для практических работ.

Задание для контроля. Распределите вещества, формулы которых приведены ниже, по группам в зависимости от pH их растворов: HCl, H 2 O, H 2 SO 4 , Ca (OH) 2 , NaCl, NaOH, KNO 3 , H 3 PO 4 , KOH.

pH 17– среда (кислотная) ,имеют растворы (HCl,H 3 PO 4 ,H 2 SO 4) .

pH 714 среда(щелочная), имеют растворы (Ca(OH) 2 , KOH, NaOH).

pH = 7 среда (нейтральная), имеют растворы (NaCl, H 2 O,KNO 3).

Оценка за работу_______________

В задании 18 ОГЭ по химии мы демонстрируем знания индикаторов и pH, а также качественные реакции на ионы в растворе.

Теория к заданию №18 ОГЭ по химии

Индикаторы

Индикатор - химическое вещество, меняющее окраску в зависимости от pH среды.

Самые известные индикаторы - фенолфталеин, метилоранж, лакмус и универсальный индикатор. Их цвета в зависимости от среды на картинке ниже:

А вот ещё цвета индикаторов более подробно с жизненными примерами:

С индикаторами мы разобрались, перейдем к качественным реакциям на ионы.

Качественные реакции на ионы

Качественные реакции на катионы и анионы представлены в таблице ниже.

Как правильно справиться с заданием 18 в тесте ОГЭ по химии?

Для этого необходимо выбрать качественную реакцию на один из предоставленных вариантов и убедится, что данный реактив не вступает в реакцию со вторым веществом.

Разбор типовых вариантов задания №18 ОГЭ по химии

Первый вариант задания

Установите соответствие между двумя веществами и реактивом, с помощью которого можно различить эти вещества.

Вещества:

А) Na2CO3 и Na2SiO3

Б) К2CO3 и Li2CO3

В) Na2SO4 и NaOH

Реактив:

1) CuCl2

4) K3PO4

Рассмотрим каждый случай.

Na2CO3 и Na2SiO3

1. с хлоридом меди реакция не идет в обоих случаях, так как карбонат и силикат меди разлагается в водном растворе
2. с соляной кислотой в случае карбоната натрия выделяется газ, а в случае силиката выпадает осадок - это качественная реакция на силикаты
3. с фосфатом также нет качественных реакций на натрий

К2CO3 и Li2CO3

1. с хлоридом меди данные вещества не реагируют (на самом деле выпадает осадок гидроксида меди, но этой реакцией не отличить два реагента)
2. с соляной кислотой оба реагируют с выделением углекислого газа
3. с оксидом магния данные вещества не реагируют, и оксид магния не вступает в реакции ионного обмена
4. с фосфатом выпадает литий в виде фосфата , а калий нет

У нас остался последний вариант - это хлорид меди. Действительно, с гидроксидом натрия выпадает гидроксид меди, а с сульфатом реакция не идет.