Пригадайте
Пригадайте з хімії 8–го класу, що таке індикатори. Які індикатори ви знаєте? Для чого їх використовують?
Індикатори — складні органічні сполуки (або їхні суміші), що змінюють своє забарвлення залежно від наявності кислоти або основи в розчині. Найпоширенішими є лакмус, метилоранж, фенолфталеїн та універсальний індикатор. Їх використовують для виявлення в розчинах кислот і розчинних основ (лугів), більшість з яких є безбарвними сполуками.
Робота з інформацією
Вправа 131
Які йони наявні в надлишку в кислотних розчинах? у лужних?
Чим більше йонів Н+ міститься в розчині, тим більша кислотність середовища, тому в кислотних розчинах в надлишку наявні катіони Гідрогену H+, а в лужних розчинах — гідроксид–іони OH−.
Вправа 132
Які значення рH і вміст йонів H+ у розчинах:
а) нейтральних;
Значення pH=7, а вміст катіонів H+ дорівнює 1•10−7 моль в 1 л розчину.
б) слабокислотних;
Значення pH перебуває в межах від 4 до 6, а вміст катіонів H+ становить від 1•10−4 до 1•10−6 моль в 1 л розчину.
в) слаболужних;
Значення pH перебуває в межах від 8 до 10, а вміст катіонів H+ становить від 1•10−8 до 1•10−10 моль в 1 л розчину.
г) дуже кислотних;
Значеннях pH перебуває в межах від 0 до 1, а вміст катіонів H+ становить від 1•100 до 1•10−1 моль в 1 л розчину.
д) дуже лужних?
Значення pH перебуває в межах від 13 до 14, а вміст катіонів H+ становить від 1•10−13 до 1•10−14 моль в 1 л розчину.
Вправа 133
Водний розчин певної речовини має лужне середовище. Яких йонів більше в цьому розчині: H+ чи OH–?
У цьому розчині більше гідроксид–іонів OH−, бо чим вищою є концентрація йонів OH–, тим більш лужним є середовище розчину.
Вправа 134
У додаткових джерелах знайдіть інформацію про науковця, який уперше запропонував використовувати показник рН для визначення кислотності розчинів.
у 1909 році данський біохімік Сьорен–Петер–Лауріц Сьоренсен (1868 – 1939) запропонував використовувати водневий показник pH для визначення кислотності розчинів. Будучи професором Данського політехнічного інституту, за сумісництвом очолював престижну фізико–хімічну лабораторію при пивоварному заводі Карлсберга в Копенгагені, де зробив свої головні наукові відкриття з теорії розчинів. Вивчав залежність активності ферментів від кислотних розчинів, ввів зручну шкалу, де позначення «p» походить від латинського слова «potentia» (сила, показник), а «H» вказує на Гідроген.
Вправа 135
Порівняйте поняття «рН» і «масова частка», склавши діаграму Венна.
|
Діаграма Венна |
||
|
Відмінне |
Спільне
|
Відмінне |
|
рН |
масова частка |
|
|
Кількісна характеристика кислотності середовища; показує концентрацію йонів Гідрогену.
|
Кількісна характеристика складу.
|
Кількісна характеристика розчину; показує концентрацію розчиненої речовини (масу на 100 г розчину) в розчині. |
Вправа 136
У двох пробірках містяться розчини нітратної кислоти й калій нітрату. Які індикатори можна використати, щоб визначити, у якій пробірці міститься розчин солі?
Кислоту в розчині можна виявити індикатором. У якості індикатора можна використати лакмус, метилоранж або універсальний індикатор, які набудуть кольору кислотного середовища в пробірці з нітратною кислотою, а в розчині солі змін ніяких не спостерігатимемо. Фенолфталеїном не можна виявити кислоту в розчині.
Вправа 137
Із наведеного переліку NaCl, HCl, NaOH, HNO3, H3PO4, H2SO4, Ba(OH)2, H2S, KNO3 випишіть формули речовин, розчини яких мають середовище:
а) кислотне; HCl, HNO3, H3PO4, H2SO4, H2S.
б) лужне; NaOH, Ba(OH)2.
в) нейтральне. NaCl, KNO3.
Вправа 138
Дощова вода має рH = 5,6. Що це означає? Яка речовина, що міститься в повітрі, унаслідок розчинення у воді зумовлює таку кислотність середовища?
Значення pH=5,6 означає, що дощова вода має слабокислотне середовище (pH<7). Така кислотність середовища виникає внаслідок розчинення у воді вуглекислого газу CO2, що міститься в повітрі, з утворенням карбонатної кислоти, яка є слабким електролітом.
H2O + CO2 ⇄ H2CO3
Вправа 139
Яке середовище (кислотне/нейтральне/лужне):
а) у розчині шампуню (рH = 5,5); Кислотне середовище.
б) у крові здорової людини (рH = 7,4); Лужне середовище.
в) у шлунковому соку людини (рH = 1,5); Кислотне середовище.
г) у слині (рH = 7,0)? Нейтральне середовище.
Вправа 140
У складі кам’яного вугілля, яке використовують на теплоелектростанціях, містяться сполуки Нітрогену й Сульфуру. Викид в атмосферу продуктів спалювання вугілля є причиною утворення кислотних дощів, що містять невеликі кількості нітратної або сульфітної кислот. Які значення рH характерні для такої дощової води: більше 7 чи менше 7? Значення pH менше 7 (pH<7), оскільки середовище кислотне.
Вправа 141
До розчину, що містить 1 моль калій гідроксиду, додали розчин фенолфталеїну. Чи зміниться забарвлення розчину, якщо до нього потім додати хлоридну кислоту кількістю речовини:
а) 0,5 моль; Не зміниться забарвлення розчину (залишиться малиновим).
б) 1 моль; Зміниться забарвлення розчину (стане безбарвним).
в) 1,5 моль? Зміниться забарвлення розчину (стане безбарвним).
Пояснення.
Складемо рівняння реакції: KOH + HCl = KCl + H2O
На співвідношення кількості речовини реагентів указують коефіцієнти рівняння (1 моль), тому у реакцію вступають луг і кислота однакової кількості речовини, тобто n(КOH)=n(HCl).
а) 0,5 моль кислоти прореагує з 0,5 моль лугу з утворенням солі та води і в розчині залишиться ще луг кількістю речовини 1 моль – 0,5 моль = 0,5 моль, тому середовище буде лужним і колір розчину залишиться малиновим.
б) 1 моль кислоти прореагує з 1 моль лугу з утворенням солі та води, середовище стане нейтральним, тому розчин стане безбарвним.
а) 1 моль кислоти прореагує з 1 моль лугу з утворенням солі та води і в розчині залишиться ще кислота кількістю речовини 1,5 моль – 1 моль = 0,5 моль, лужне середовище зміниться на кислотне, тому розчин стане безбарвним.
Вправа 142
У трьох пробірках без надписів містяться безбарвні розчини: натрій сульфат, натрій гідроксид і сульфатна кислота. Для всіх розчинів виміряли значення рН: у першій пробірці — 2,3, у другій — 12,6, у третій — 6,9. У якій пробірці міститься яка речовина?
У першій пробірці міститься сульфатна кислота (рН<7), у другій — натрій гідроксид (pH>7), а в третій — натрій сульфат (рН близький до 7).
Вправа 143
Оксана купила в аптеці дистильовану воду. рН–метр показав, що значення рН цієї води дорівнює 6,0. Потім дівчина прокип’ятила цю воду тривалий час, заповнила контейнер до верху гарячою водою і закрила кришкою. Коли вода вихолонула до кімнатної температури, рН–метр показав значення 7,0. Після цього дослідниця трубочкою продмухувала повітря крізь воду, і рН–метр знову показав 6,0. Як можна пояснити зміни значень рН?
Водневий показник pH=6,0 свідчить про те, що в дистильованій воді наявна слабка кислота. Нею є карбонатна кислота H2CO3, яка утворюється внаслідок розчинення вуглекислого газу, що міститься в повітрі.
Тривале кип’ятіння зменшує розчинність вуглекислого газу, а через закриту кришку контейнера не надходить вуглекислий газ з повітря під час охолодження, тому вода показує значення pH=7,0 — нейтрального середовища.
У видихуваному повітрі міститься вуглекислий газ, який знову вступає в реакцію з водою, утворюючи кислоту, яка знижує водневий показник до 6,0.
Вправа 144
Як ви вважаєте, чому у двох пляшках оцту від одного виробника можуть міститися розчини з дещо різними значеннями рН?
Різним буває вміст етанової кислоти в розчині оцту: для 6% оцту значення рН=2,4, а для 9% оцту — рН=2,3.
Вправа 145
На упакуваннях ґрунтових сумішей часто вказують рівень кислотності ґрунту (pH). Поясніть, чому це важливо знати. Із додаткових джерел дізнайтеся, які рослини краще пристосовані до кислотних ґрунтів, а які — до лужних.
Рівень рН ґрунту впливає на життєдіяльність рослин, бо в клітинах відбуваються численні хімічні реакції. У невідповідному ґрунті рослини не можуть поглинати речовини для життєдіяльності, пошкоджуються клітини листків і гинуть корені, що значно зменшує врожайність.
До кислотних ґрунтів добре пристосовані лохина, журавлина, рододендрони, гортензії, верес, щавель і хвойні культури, а до нейтральних та лужних ґрунтів — лаванда, білокачанна капуста, бузок, ковила, дельфініум і конюшина.
Вправа 146
Софія досліджувала кислотність різних природних вод. Вона виміряла pH води в різних місцях і спрогнозувала, які розчинені речовини зумовлюють таку кислотність. Результати дослідження Софія оформила в таблицю.
| Зразок води | Джерело | pH | Основна розчинена речовина |
| Дощова вода | Атмосферні опади | 5,6 | Невелика кількість H2CO3 |
| Вода з річки | р. Дніпро | 6,4 | Сліди органічних кислот |
| Морська вода | Чорне море | 8,2 | NaHCO3, Na2CO3 |
| Озерна вода |
Озеро з водоростями біля поселення |
9,1 | NH3 та органічні сполуки |
| Вода з гейзера |
Гаряче джерело |
2,0 | H2SO4 |
| Вода біля цементного заводу |
Штучне озеро |
11,8 | Ca(OH)2 |
1. Які зразки мають кислотне середовище, а які — лужне?
Кислотне середовище (pH<7,0) мають: дощова вода (pH=5,6), вода з річки (pH=6,4) та вода з гейзера (pH=2,0).
Лужне середовище (pH>7,0) мають: морська вода (pH=8,2), озерна вода (pH=9,1) та вода біля цементного заводу (pH=11,8).
2. Порівняйте рН зразків із розчиненою речовиною, яку запропонувала Софія. Чи згодні ви з її припущеннями?
У розчинах кислот (H2CO3 і H2SO4 та органічні) унаслідок їхньої дисоціації збільшується число йонів H+, тому значення pH<7. У розчинах солей (NaHCO3, Na2CO3), утворених слабкими кислотами, амоніаку та кальцій гідроксиду унаслідок їхньої дисоціації збільшується вміст гідроксид–іонів OH−, тому значення pH>7. Я згоден з припущенням Софії.
3. Порівняйте зразок дощової води з водою з гейзера. Чому рН у них суттєво відрізняється, хоча в обох міститься кислота?
У дощовій воді наявна карбонатна кислота H2CO3, яка є слабким електролітом і дисоціює на йони Н+ частково, тому значення pH=5,6. У воді з гейзера розчинена сульфатна кислота H2SO4, яка є сильним електролітом і дисоціює на йони Н+ повністю, тому значення pH=2,0.
4. Порівняйте зразки води з природного озера та штучного озера біля цементного заводу. Як ви вважаєте, які чинники могли зумовити таку різницю? Як це може бути пов’язане з людською діяльністю?
Значення pH=9,1 озерної води зумовлене слаболужним середовищем внаслідок біологічних процесів гниття органічних решток з виділенням амоніаку NH3. Значення pH=11,8 води біля цементного заводу зумовлене збільшення лужності середовища шляхом потрапляння, внаслідок антропогенної діяльності, сполук кальцію, зокрема гашеного вапна чи вапняної води — Ca(OH)2, що проявляють всі властивості лугів.
5. Порівняйте рН зразків із типом електроліту, що міститься в них (основа / кислота, сильний / слабкий).
Сильні електроліти практично повністю дисоціюють на йони, тому значення водневого показника відхилене від значення нейтрального середовища (pH=7) значно для сильної кислоти H2SO4 (pH=2,0) і для основи Ca(OH)2 (рH=11,8), що проявляє всі властивості лугів.
Слабкі електроліти не повністю дисоціюють на йони, тому значення водневого показника відхилене від значення нейтрального середовища (pH=7) незначно для слабких кислот (pH=5,6–6,4), а також основ та солей (рH=8,2–9,1).
6. У якому зразку pH води найсуттєвіше відрізняється від нейтрального значення 7? Чому електроліт у ньому не можна віднести до категорії слабких кислот або слабких основ?
Значення рН води з гейзера та води біля цементного заводу найсуттєвіше відрізняються від нейтрального значення (рН=7). У першому випадку різниця складає 5 одиниць (7,0–2,0 = 5), а в другому — 4,8 одиниць (11,8 – 7 = 4,8). Електроліти в цих водах не можна віднести до категорії слабких кислот або слабких основ, бо сульфатна кислота H2SO4 і кальцій гідроксид Ca(OH)2 у водних розчинах практично повністю розпадаються на йони (H+ і OH− відповідно), іншими словами, дисоціюють необоротно.
7. Порівняйте результати дослідження з екологічним станом водойм. Які із цих зразків можуть указувати на екологічну небезпеку для живих організмів? Відповідь обґрунтуйте.
Екологічну небезпеку для живих організмів становлять: вода біля цементного заводу (pH=11,8), вода з гейзера (pH=2,0) та озерна вода біля поселення (pH=9,1), бо свідчать про значну кислотність і лужність середовищ — умов, що спричиняють загибель рослин, риб та інших мешканців водойм.