Для практических занятий по химии

Цель: Сформировать знания об основных положениях протолитической теории кислот и оснований, водородном и гидроксильном показателях как количественной характеристики реакции среды; механизме действия буферных растворов; применить знания при расчете рН раствора на основе таких параметров как концентрация, степень диссоциации, Ка, Кв кислоты или основания и приготовлении буферных растворов с заданным значением рН.

Задачи обучения: студент должен знать основные положения протолитической теории кислот и оснований, водородный и гидроксильный показатели как количественная характеристика реакции среды, механизм действия буферных растворов;должен уметь рассчитывать рН раствора на основе таких параметров как концентрация, степень диссоциации, Ка, Кв кислоты или основания, измерять рН колориметрическим методом.

Основные вопросы темы:

1. Теории кислот и оснований. Протолитическая теория. Сила кислот и оснований, константы кислотности (Ка) и основности (Кв). РКа, РКв.

2. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН мера активной

реакции среды. Эмпирическая шкала кислотности и щелочности. Значения рН

биологических жидкостей в норме и патологии.

3. Методы измерения рН. Сущность колориметрического метода измерения рН.

4. Буферные системы: определение, классификация, состав.

5. рН буферного раствора. вывод уравнения Гендерсона-Гассельбаха.

6. Зона буферного действия.

7. Механизм действия буферных систем (избыток Н+, избыток ОН-, разбавление).

8. Буферные системы крови. Механизм действия. Понятие о кислотно-щелочном равновесии крови и щелочном резерве крови (ЩРК). Сравнительная величина емкости буерных систем крови.

Методы обучения и преподавания: лабораторное занятие №1 (лабораторные опыты, анализ работы)

Лабораторная работа

Приготовление буферных растворов.

В шесть пробирок вносят 0,1н. раствор уксусной кислоты и 0,1н. раствор ацетата натрия в количестве, указанном в таблице

В пробирках растворы смешивают и добавляют к каждому по 2 капли универсального индикатора. Универсальный индикатор – это смесь индикаторов, позволяющая приближенно определить значение рН.

Полученные окраски сравнивают с цветной таблицей для универсального индикатора, находят приближенное значение рН буферной смеси для каждой пробирки и записывают в таблицу.

Сопоставляют значение рН, найденное в опыте, с вычисленным.

Вычисление концентрации водородных ионов высчитывают по формуле:

[кислота]

[H⁺] = K -------------,

α [соль]

после чего рассчитывают рН раствора.

Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,86 * 10^-5, а степень диссоциации 0,1н. раствора ацетата натрия составляет 0,79.

Рассчитаем концентрацию ионов водорода и рН для буферной смеси, состоящей из 5 мл кислоты и 5 мл соли:

[H⁺] = 1,86 * 10^-5 * 2,5/ (2,5 * 0,79) = 2,3 * 10^-5

Учитывая, что рН = -lg [H⁺], найдем его величину:

- lg[H⁺] = - lg 2.3 + 5 = -0.36 + 5 = 4.6

рН = 4,6

По данным значений рН и объемов соли строят график буферной кривой, т.е. кривую зависимости рН буферной смеси от соотношения объемов кислоты и соли, откладывая по оси ординат объем раствора соли, а по оси абсцисс – значение рН

При помощи буферной кривой можно быстро высчитать объемы кислоты и соли буферной смеси с любой концентрацией водородных ионов (в пределах шкалы). Для этого находят заданное значение рН и из этой точки восстанавливают перпендикуляр до пересечения с буферной кривой. Найденную точку на кривой соединяют прямой, параллельной оси абсцисс, с осью ординат и таким образом определяют объем соли и кислоты.

Влияние кислоты и щелочи на рН буферного раствора.

В 3 пробирки (каждая с 5 мл буферного раствора, рН которого равен 5) добавляют по 2 капли индикатора метилового красного. Во вторую пробирку, кроме того, вносят 3-4 капли 0,1н. раствора соляной кислоты, а во вторую – 3-4 капли 0,1н. раствора едкого натра. Растворы перемешивают и сравнивают цвет растворов во второй и третьей пробирках с первой (она является свидетелем). Отмечают, что, несмотря на прибавление кислоты и щелочи, цвет не изменился. Следовательно, добавление небольших количеств кислоты и щелочи не влияет на рН буферного раствора.

Влияние разведения на рН буферного раствора.

В 3 пробирки вносят определенные объемы буферного раствора с рН =5: в первую – 6 мл, во вторую – 3 мл, в третью – 2 мл. Во все три пробирки добавляют по 2 капли раствора индикатора метилового красного, а затем во вторую пробирку еще 3 мл и в третью 4 мл дистиллированной воды и перемешивают. Сравнивают окраску растворов во второй и третьей пробирках с первой. Она остается одинаковой. Следовательно, разведение заметно не изменяет рН буферного раствора.

Определение буферной емкости растворов.

В колбочку вносят 10 мл буферного раствора с рН = 5 и, добавив 3 капли раствора метилового красного, титруют 0,1н. раствором едкого натра до появления желтой окраски раствора (рН =6). Вычисляют буферную емкость ацетатной смеси, как указано ниже.

Пример расчета: Предположим, что на титрование 10 мл буферной смеси пошло 4,8 мл щелочи, тогда на титрование 1 л смеси пойдет следующий объем щелочи: V = 4.8 *1000 / 10 = 480 мл

Буферная емкость, или число мг8экв щелочи В, содержащееся в данном объеме рассчитывают по формуле:

В = N * V,

Где N- нормальность щелочи, или количество мг*экв ее в 1 мл (в данном случае N =0.1); V -объем щелочи, т.е. В = 0,1 * 480 = 48

Литература:

1. Конспект лекций.

2. с.с.Оленин, г.н.Фадеев. Неорганическая химия. М., Высшая школа, 1979 г.

3. А.С.Ленский. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., 1989.

4. Н.Л. Глинка Общая химия. М., 2003, стр. 120-128.

Контроль:

1. Найти рН угольной кислоты, если в 0,1н. растворе степень диссоциации равна 0,003.

2. Вычислите значение [H⁺], если рН раствора равно 5,64.

3. Найдите рН, рОН и [OH^-] раствора уксусной кислоты, если [H⁺] = 0,0024 * 10^-3.

4. Найти рН уксусной кислоты, если в 0,5н. растворе степень диссоциации равна 0,002.

5. Вычислите значение [H⁺], если рН раствора равно 7,16.

6. Найдите рН, рОН и [OH^-] раствора серной кислоты, если [H⁺] = 56 * 10^-3.

7. В 300 мл раствора содержится 15 г. гидроксида натрия. Вычислите рОН раствора, зная, что степень диссоциации данного раствора равна 1,2 * 10 ^-3

8. Вычислите значение [H⁺], если рН раствора равно 9,57

9. Определите рН, рОН и [OH^-] раствора серной кислоты, если [H⁺] = 1,9 * 10^-4

10. Определите рН, рОН и [OH^-] раствора серной кислоты, если [H⁺] = 0,56 * 10^-8