Номер 1, страница 10 - гдз по химии 10 класс тетрадь для практических работ Матулис, Матулис

Объясните наблюдаемые явления.

Наблюдаемые явления связаны с процессом нейтрализации кислот щелочами и изменением кислотности (pH) раствора. Индикаторы (метилоранж и лакмус) меняют свою окраску в зависимости от значения pH.

Изначально в обеих пробирках находятся растворы кислот: соляной кислоты (сильная кислота) и уксусной кислоты (слабая кислота).

Если используется метилоранж: в кислой среде (pH ниже 3.1) он имеет красный или розовый цвет. При добавлении раствора щелочи происходит реакция нейтрализации, концентрация ионов водорода ($H^+$) уменьшается, а pH раствора постепенно увеличивается. Когда pH достигает диапазона 3.1-4.4, метилоранж изменяет свою окраску на оранжевую, а затем, при дальнейшем добавлении щелочи и достижении pH выше 4.4, становится желтым.

Если используется лакмус: в кислой среде (pH ниже 4.5) он имеет красный цвет. По мере добавления щелочи и повышения pH лакмус переходит в фиолетовый цвет (вблизи нейтрального pH, 4.5-8.3), а затем, при дальнейшем добавлении щелочи и достижении pH выше 8.3, становится синим.

Изменение окраски индикатора свидетельствует о достижении точки эквивалентности (или близкой к ней) в реакции нейтрализации, то есть момента, когда количество добавленной щелочи становится химически эквивалентным количеству кислоты, или когда pH раствора переходит из кислой области в нейтральную или щелочную.

Ответ: Изменение окраски индикаторов (метилоранжа или лакмуса) при добавлении щелочи к кислотам происходит вследствие реакции нейтрализации, которая приводит к изменению pH раствора от кислого к нейтральному или щелочному. Каждый индикатор имеет свой диапазон pH, в котором он изменяет цвет, что позволяет визуально определить точку завершения реакции.

Приведите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

В качестве щелочи возьмем гидроксид натрия ($NaOH$).

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с гидроксидом натрия ($NaOH$):

Молекулярное уравнение: $HCl_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}$

Полное ионное уравнение: $H^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} + Na^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} + H_2O_{(l)}$

Сокращенное ионное уравнение: $H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow H_2O_{(l)}$

Реакция уксусной кислоты ($CH_3COOH$) с гидроксидом натрия ($NaOH$):

Молекулярное уравнение: $CH_3COOH_{(aq)} + NaOH_{(aq)} \rightarrow CH_3COONa_{(aq)} + H_2O_{(l)}$

Полное ионное уравнение: $CH_3COOH_{(aq)} + Na^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow CH_3COO^-_{(aq)} + Na^+_{(aq)} + H_2O_{(l)}$ (Уксусная кислота является слабой кислотой и диссоциирует не полностью, поэтому в ионном виде записывается как молекула.)

Сокращенное ионное уравнение: $CH_3COOH_{(aq)} + OH^-_{(aq)} \rightarrow CH_3COO^-_{(aq)} + H_2O_{(l)}$

Ответ: Уравнения реакций приведены выше.

Можно ли в описанном эксперименте в качестве индикатора использовать фенолфталеин? Ответ поясните.

Да, фенолфталеин можно использовать в данном эксперименте, но с некоторыми нюансами. Фенолфталеин меняет свою окраску в диапазоне pH от 8.2 до 10.0 (бесцветный в кислой и нейтральной среде, малиновый в щелочной).

1. Для реакции сильной кислоты (соляной) с сильным основанием (щелочью): точка эквивалентности находится при pH = 7.0. Хотя диапазон перехода фенолфталеина лежит немного выше 7, из-за резкого скачка pH вблизи точки эквивалентности в титровании сильной кислоты сильным основанием, фенолфталеин может быть использован. Изменение цвета произойдет при добавлении лишь минимального избытка щелочи после достижения pH 7.

2. Для реакции слабой кислоты (уксусной) с сильным основанием (щелочью): точка эквивалентности находится в щелочной области (pH > 7) из-за гидролиза образующейся соли (например, ацетата натрия). Для уксусной кислоты и гидроксида натрия точка эквивалентности обычно находится в диапазоне pH 8.7-9.0, что прекрасно совпадает с диапазоном изменения цвета фенолфталеина (8.2-10.0). В этом случае фенолфталеин является очень подходящим индикатором.

Таким образом, фенолфталеин подходит для обоих типов реакций нейтрализации, описанных в эксперименте.

Ответ: Да, фенолфталеин можно использовать в описанном эксперименте. Он подходит для титрования как сильной кислоты сильным основанием (из-за резкого скачка pH вблизи точки эквивалентности), так и особенно хорошо для титрования слабой кислоты сильным основанием, поскольку точка эквивалентности в последнем случае находится в щелочной области pH, соответствующей диапазону изменения цвета фенолфталеина.