Індикатори кислотно-основного титрування

Індикатори кислотно-основного титрування — слабкі органічні кислоти (або слабкі основи), у яких недисоційовані молекули та утворені ними іони мають різне забарвлення. Тому вони мають загальну назву кислотно-основних індикаторів. Індикатори, які мають властивість приєднувати протони, називають основними індикаторами і позначають IndOH, де Ind - Катіон індикатора. Такі індикатори дисоціюють за схемою Індикатори, які мають властивість віддавати протони, називають кислотними індикаторами і позначають НInd. Молекула такого індикатора відіграє роль донора протона, тобто дає при дисоціації катіон Н+ та аніон Ind~. Існують одноколірні (наприклад, фенолфталеїн) та двокольорові (наприклад, метиловий помаранчевий) індикатори.

• - Забарвлення індикатора має бути інтенсивним і відрізнятися в кислому і лужному середовищі;
• - Зміна забарвлення має бути швидким, чітким і оборотним;
• - Забарвлення індикатора повинно змінюватися у вузькому інтервалі зміни pH розчину;

• - індикатор повинен бути чутливим та змінювати своє забарвлення у присутності мінімального надлишку кислоти або лугу;
• - індикатор повинен бути стабільним, не розкладатися у водному розчині та на повітрі.

Для пояснення природи зміни забарвлення кислотно-основних індикаторів запропоновано різні теорії: іонна, хромофорна, іонно-хромофорна.

Іонна теорія була запропонована В. Оствальдом (1S53-1932). Відповідно до неї нейтральна та іонізована форми індикатора мають різне забарвлення. Наприклад, індикатор – слабка кислота Hind. У водному розчині індикатора встановлюється рівновага:

При збільшенні концентрації іонів водню (зниження pH розчину) рівновага дисоціації індикатора зміщуватиметься вліво - у бік молекулярної форми індикатора, концентрація якої буде підвищуватися і при певному значенні pH переважатиме в розчині, надавши йому червоний колір. Навпаки, при зменшенні концентрації іонів водню (підвищенні pH), тобто при додаванні лугу до розчину, рівновага дисоціації індикатора зміщуватиметься вправо - у бік іонізованої форми індикатора (/nd _ ), концентрація її підвищуватиметься в міру збільшення pH і при певному значенні pH розчин забарвиться в синій колір - іонізована форма індикатора буде переважати у розчині. У табл. 17.1 вказано забарвлення недисоційованих молекул та іонів деяких індикаторів.

Забарвлення деяких індикаторів

Забарвлення недисоційованих молекул

Якщо спрощено позначити молекули фенолфталеїну через Hind, а аніони його - через Ind~, то рівняння дисоціації матиме вигляд

При додаванні до розчину, що містить фенолфталеїн, трохи лугу введені іони ОН-зв'язуватимуть протони з утворенням малодисоціюючих молекул води. При цьому рівновага дисоціації індикатора зміститься праворуч і накопичення аніонів. Indr викличе фарбування розчину малиновий колір.

Іонна теорія має низку недоліків: вона не пояснює механізм і кінетику процесу зміни забарвлення індикаторів; не враховує будови їх молекул та ін.

Хромофорна теорія кислотно-основних індикаторів пояснює наявність забарвлення присутністю у молекулах індикаторів хромофорних груп (хромофорів). Хромофори (носії кольоровості), тобто особливі групи атомів зі сполученими подвійними зв'язками та неподіленими парами електронів:

Остання угруповання атомів називається хіноїдної. При зміні рН розчину або при дисоціації хромофори можуть перегруповуватися. Зміна забарвлення індикаторів, згідно з хромофорною теорією, — це результат змін у їх внутрішній будові. У одноколірних індикаторів це з появою чи зникненням хромофорів. У двоколірних індикаторів ці зміни обумовлені перетворенням одних хромофорів на інші.

Типовий одноколірний індикаторфенолфталеїн. При pH 4,4 жовте забарвлення. Пояснюється це тим, що азот азотгрупи індикатора має властивість приєднувати катіон Н + кислоти і індикатор перетворюється на іон червоного кольору. Таким чином, при дії кислот спостерігається перехід жовтого забарвлення метилового помаранчевого на червоне, а при дії основ відбувається зворотне перетворення. Інакше кажучи, кислотно-основні індикатори можуть існувати у двох взаємоперехідних (таутомерних) формах, що мають різне забарвлення.

Хромофорна теорія пояснює наявність забарвлення, але не пояснює причини таутомерних перетворень та зміни забарвлення індикатора при зміні рН розчину, а також того факту, що забарвлення деяких індикаторів може змінюватися миттєво, на кшталт іонних реакцій.

Іонно-хромофорна теорія поєднує уявлення іонної та хромофорної теорій. Відповідно до цієї теорії кислотно-основні індикатори є слабкими кислотами і основами, причому молекула індикатора та іонна форма індикатора містять різні хромофори. Перехід з однієї форми в іншу відбувається під дією іонів Н + і ОН- оскільки одна з форм індикатора є слабкою органічною кислотою або слабкою основою. На фарбування індикаторів впливає також присутність у з'єднаннях інших угруповань, які називаються ауксохро-мами. До останніх відносять групи -ОН, -NH₂ та їх похідні, що містять ті чи інші радикали, наприклад групи-ОСН₃, -N(CH₃)₂ і т.д. п. На противагу хромофорам ауксохроми самі не повідомляють забарвлення індикаторам, але мають властивість посилювати дію хромофорів, підвищуючи інтенсивність забарвлення, що викликається ними.

У розчинах кислотно-основних індикаторів одночасно відбуваються рівноважні процеси дисоціації молекул і внутрішньомолекулярних перегрупувань одних форм індикаторів в інші, що відрізняються своєю будовою. Таким чином, зміна кольору індикатора в результаті приєднання іонів водню при дії кислот або відібрання іонів Н+ при дії підстав пов'язане зі зміщенням іонних рівноваг індикатора, пов'язаних зі зміною його структури. Властивість молекул різних індикаторів дисоціації у нейтральному середовищі характеризують константами дисоціації. Наприклад, у метилового помаранчевого До_д = 1СІ, у лакмусу До_а = 10~ 8 а у фенолфталеїну Кд = lCh 9 . Отже, фенолфталеїн є найслабшою органічною кислотою цих індикаторів.

Додавання до будь-якого розчину кислоти або лугу тягне зміну концентрації іонів Н+ в ньому, а отже, і pH. Зміна забарвлення у індикаторів також пов'язана із зміною рН розчину. Однак кожен індикатор змінює забарвлення лише у певному, характерному для нього інтервалі значень pH. Так, якщо до розчину кислоти додати кілька крапель фенолфталеїну і поступово нейтралізувати кислоту лугом, то концентрація іонів Н+ поступово зменшуватиметься, а pH розчину зростатиме. Але індикатор залишиться безбарвним, як і до лугу. Навіть коли вся кислота буде нейтралізована і pH стане дещо більше 7, забарвлення розчину ще не зміниться.Малинове фарбування фенолфталеїну з'явиться лише при pH 9. У міру подальшого додавання лугу інтенсивність забарвлення розчину збільшуватиметься, але лише до pH 10. Після цього забарвлення індикатора перестане змінюватись (рис. 17.1). Таким чином, інтенсивність фарбування фенолфталеїну змінюється в інтервалі pH від 8 до 10.

Інтервал значень pH, у межах якого індикатор змінює своє забарвлення, називають областю переходу індикатора. Область переходу оранжевого метилового (див. рис. 17.1) знаходиться в межах pH від 4,4 до 3,1. Усередині цього інтервалу забарвлення індикатора переходить із жовтого в рожеве. При pH > 4,4 він зберігає жовте забарвлення, а за pH 4 чутливі до С0₂. На індикатори сильно впливає присутність речовин, які з макромолекул, наприклад білків, що утворюють колоїдні системи. По-перше, спостерігається взаємодія кислотних та основних груп білків та індикаторів, по-друге, індикатори адсорбуються на поверхні колоїдних частинок (індикатори-основи – на негативно заряджених, а індикатори-кислоти – на позитивно заряджених). Похибка за рахунок присутності колоїдних систем називають білковою помилкою титрування.

У табл. 17.2 наведено значення показників титрування кислотноосновних індикаторів.

Отже, титрування з фенолфталеїном закінчують, коли розчин має лужну реакцію, з помаранчевим метиловим і метиловим червоним - при кислому середовищі розчину. Таким чином, титрування з різними індикаторами припиняють при різних значеннях pH, які зазвичай не збігаються з точкою нейтральності.

Область переходу pH

Показник титрування рт (pH)

Кислоти. Номенклатура. Індикатори Зміна забарвлення індикаторів у різних середовищах

Кислоти. Номенклатура. ІндикаториЗміна забарвлення індикаторів у різних середовищах.

Автор УМК та клас:

О.С. Габрієлян, С.А Сладков, В.І. Сивооків, 8 клас

Дата проведення уроку:

Вивчення нового матеріалу

Форми навчання:

Фронтальна, індивідуальна, групова

Методи навчання:

Словесні (розмова, діалог), наочні (робота зі схемами), практичні (складання схем, пошук інформації)

Сформувати інтерес до вивчення нової теми: кислоти та їх класифікація, фізичних та хімічних властивостей кислот, значення окремих кислот у природі та житті людини, продовжити формування понять про складні іони та індикатори.

Освітні : вивчити склад, ознаки класифікації кислот, розглянути назви основних представників, продовжити знайомство учнів зі складними іонами на прикладі залишків кислотних кисневих кислот, продовжити формування знань про відмінності між зарядами іонів і ступенем окислення елементів, про індикатори;

Розвиваюча: розвивати пізнавальний інтерес та емоції школярів, уміння порівнювати, узагальнювати, робити висновки.

Виховна: продовжити формування діалектико-матеріалістичного світогляду. Формувати вміння працювати в колективі, де розвиваються доброзичливість та вимогливість до себе та свого товариша

Заплановані результати навчання:

Предметні: забезпечити формування уявлення про кислоти; забезпечити знання учнів про склад кислот; забезпечити вміння учнів класифікувати кислоти за різними ознаками; забезпечити вміння учнів знаходити ступінь окислення елементів у кислотах, заряд іонів кислотних залишків.

Метапредметні: здатність свідомо організовувати та регулювати свою навчальну діяльність, володіння вміннями працювати з отриманою інформацією (аналізувати та обґрунтовувати висновки)

Особистісні: відповідальне ставлення до праці, уміння керувати своєю пізнавальною діяльністю, об'єктивно оцінювати результати своєї праці, уміння керувати собою, своєю поведінкою.

Обладнання та реактиви

Лимон, яблуко, розчин сірчаної кислоти, розчин лугу, дистильована вода, пробірка, штатив із пробіркою, універсальний індикаторний папір, таця.

Засоби навчання та література для учнів:

1. Габрієлян О.С, С.А Сладков, В.І. Сивоокий - ХІМІЯ. 8 клас. Поглиблений рівень: підручник

2. Мультимедійний проектор, ноутбук;

3. Презентація на тему « Кислоти. Номенклатура. Індикатори Зміна забарвлення індикаторів у різних середовищах» 4. Роздатковий матеріал (періодична таблиця хімічних елементів Д.І. Менделєєва, таблиця розчинності солей, кислот, основ у воді, електрохімічний ряд напруг металів)

Література та засоби навчання для вчителя:

1. Габрієлян О.С, С.А Сладков, В.І. Сивоокий - ХІМІЯ. 8 клас. Поглиблений рівень: підручник

4. Кислоти. Класифікація кислот. Хімічні характеристики. http://www.hemi.nsu.ru/ucheb183.htm

I. Організаційний момент (1 хв)

-Здрастуйте, хлопці! Сідайте.

Комунікативні:

діалог між учителем та учнями

планування та осмислення учнями етапів уроку

II. Мотивація до вивчення нового матеріалу (3 хв)

Вступна бесіда, постановка проблеми.

Записи у робочому зошиті.

Робота за підручником

Мотивує учнів до визначення теми і постановки пізнавальної мети уроку:

- Отже, хлопці, давайте згадаємо якісь класи неорганічних сполук ви знаєте?

- Сьогодні ми маємо подорожувати одним із цих класів, а яким саме, ви дізнаєтеся, правильно виконавши завдання: Вам необхідно вирішити кросворд і визначити ключове слово. Для цього я Вам роздам листочки із завданнями, які Ви виконуватимете під час уроку. Так само за кожне правильно виконане завдання ставиться певний бал, і наприкінці уроку ми разом порахуємо Ваші бали і за цими результатами оцінимо. (Додаток 1)

1) Реакція, за допомогою якої розпізнають певні речовини, називають…

2) Складні речовини, що складаються з двох хімічних елементів, називаються якими сполуками?

3)Він роз'їдає шкіру, тканини, папір та інші матеріали, тому гідроксид натрію називають їдким.

4) Речовини, що змінюють своє забарвлення залежно від середовища розчину?

5) Складні речовини, що складаються з іонів металів та пов'язаних з ними одного або декількох гідроксид-іонів ВІН -

6) Водорозчинна сильна основа?

7) Складні речовини, що складаються з 2-х елементів, один з яких кисень зі ступенем окислення 2 -

- Назву якого класу речовин ви отримали з літер: О,С,Т,И,Л,К,І – кислоти. Отже, сьогоднішній урок ми присвятимо вивченню кислот.

Учні на листочках відповідають на запитання вчителя (Зразкові відповіді учнів: бінарні

луг) та визначають тему уроку «Кислоти»

Комунікативні:

спілкування з учнями

Постановка навчальної задачі у співпраці з учителем

Пізнавальні:

знайомство з новою темою

Питання вчителя, усні відповіді

I II. Актуалізація опорних знань

Фронтальна бесіда, фронтальний контроль

Активізує знання, необхідні учням вивчення нового матеріалу. Здійснює фронтальний контроль:

- Правильно, тема нашого уроку: "Кислоти".– Чи часто вам у житті зустрічаються кислоти? – Де зустрічаються ці кислоти?

– Які кислоти ви знаєте?

- Зі свого життєвого досвіду ви знаєте, що багато продуктів харчування мають кислий смак. Кислий смак цим продуктам надають кислоти. щавлевої кислоти.

- Кислоти постійно присутні навколо. Наприклад, дощова вода на перший погляд здається чистою. , яка виходить з оксидів азоту, що утворюються при роботі реактивних двигунів літаків (ракет) та під впливом сонячної радіації. Виверження вулканів та згоряння палива сприяють появі в дощовій та сніговій воді сірчаної кислоти.

- У яких областях застосовується сірчана кислота?

Учні слухають та записують у зошитах тему уроку.

Учні відповідають питанням. Зразкові відповіді учнів:

-оцтова, аскорбінова, щавлева, молочна;

-на кухні, в аптечці, автомобіль і т.д.

-в промисловості використовується для осушення газів, з неї готують електроліт в акумулятори, використовується в хімічній промисловості та металургії, у виробництві добрив

Особистісні: мотиваційні основи навчальної діяльності, змістоутворення

Комунікативні: досить повне і точне вираження своїх думок, відповідність до завдань та умов комунікації

Пізнавальні: аналіз, порівняння, аналогія, класифікація, побудова логічного ланцюга, міркування

IV. Засвоєння нових знань та способів дій (24 хв)

Записи у робочому зошиті.

Робота з презентації

Пояснює новий матеріал, використовуючи презентацію та підручник. Формулює завдання:

- Дайте визначення кислот. Записуємо загальну формулу кислот: H _n A n - Число атомів водню А - кислотний залишок

Для складання формул отриманих речовин важливо знати, що валентність залишку кислотного визначається числом атомів водню в кислоті, здатних заміщатися атомами металів.

Кислотний залишок у хімічній реакції зберігається і переходить з однієї сполуки до іншої.

1. За складом кислоти діляться на безкисневі та кисневмісні (за наявністю кисню): безкисневі (HCl, H₂S), кисневмісні
(HNO₃ ,H₂SO₄, H₂CO₃, H₃PO₄)

2. За кількістю атомів водню: число атомів водню (n) визначає основність кислот:
одноосновні (HCl, HNO₃), двоосновні (H₂S, H₂SO₄, H₂CO₃), триосновні (H₃PO₄)

3.Розчинність у воді: розчинні (H₂S, H₂SO₄, HNO₃), нерозчинні ( H ₂ SiO ₃ )

4. за стабільністю: стабільні (HCl, H ₂ SO ₄ , H ₃ PO ₄ ), нестабільні (H ₂ SO ₃ , H ₂ CO ₃ , H ₂ SiO ₃ )

Фізичні властивості кислот: По агрегатному стану: Газоподібні (HCl, H₂S ) Рідкі ( HNO₃ , H₂SO₄ ) Тверді ( H₃PO₄ , H₂SiO₃ Колір кислот - в основному кислоти безбарвні, в концентрованому стані мають жовтуватий колір Запах - в основному не мають, але сірководень має запах «тухлих яєць», а також органічні кислоти мають запах. - Який смак у кислот?

За формулами кислот можна визначити ступеня окиснення атомів хімічних елементів, що утворюють кислоти.

Для бінарних кислот це зробити легко. Оскільки у водню ступінь окиснення +1, то з'єднанні у хлору ступінь окиснення -1, а з'єднанні у сірки ступінь окиснення -2.

Нескладно буде розрахувати і ступеня окислення атомів елементів-неметалів, що утворюють кислотні залишки кисневмісних кислот. Потрібно пам'ятати, що сумарна ступінь окислення атомів всіх елементів у поєднанні дорівнює нулю, а ступеня окислення водню +1 і кисню -2. Тоді, наприклад, за формулою сірчаної кислоти можна скласти рівняння:

де х - ступінь окислення сірки, звідки х = +6. Звідси формула сірчаної кислоти з проставленими ступенями окиснення набуває вигляду.

Знаючи ступінь окислення елемента-неметалу, що утворює кислотний залишок кисневмісної кислоти, можна визначити, який оксид їй відповідає.

Наприклад, сірчаної кислоти , в якій сірка ступінь окислення дорівнює +6, відповідає оксид сірки (VI) ; азотної кислоти , у якій азоту ступінь окислення дорівнює +5, відповідає оксид азоту (V) .

У природі зустрічається багато кислот: лимонна кислота в лимонах, яблучна кислота в яблуках, щавлева кислота в листі щавлю, мурашина кислота в бджолиній отруті та пекучих волосках кропиви (рис. 62). Мурахи захищаються від ворогів, розбризкуючи їдкі крапельки, що містять мурашину кислоту.

При скисанні виноградного соку виходить оцтова кислота, а при скисанні молока - молочна кислота. Вона ж утворюється при квашенні капусти та при силосуванні кормів для худоби. У побуті часто застосовують лимонну та оцтову кислоти. Оцет, що вживається в їжу, - це розчин оцтової кислоти.

Багато кислот, наприклад сірчана та соляна, потрібні у народному господарстві у величезних кількостях.

Сірчана кислота H₂SO₄ — безбарвна рідина, в'язка, як олія, що не має запаху, майже вдвічі важча за воду. Сірчана кислота поглинає вологу з повітря та інших газів.Цю властивість сірчаної кислоти використовують для осушення деяких газів.

При змішуванні сірчаної кислоти з водою виділяється багато теплоти. Якщо воду вливати в сірчану кислоту, то вода, не встигнувши змішатись з кислотою, може закипіти і викинути бризки сірчаної кислоти на обличчя та руки працюючого. Щоб цього не трапилося, при розчиненні сірчаної кислоти потрібно вливати її тонким струменем у воду та перемішувати

Хімічні властивості: Вам дано дві пробірки, в одній знаходиться луг в іншій – кислота. Як ви визначите, в якій з них знаходиться кислота. – Так, правильно, за допомогою індикатора.

- Дайте визначення які речовини називають індикаторами. - Який колір у лакмусу у кислому середовищі?

А зараз ми приступимо до виконання лабораторної роботи

Для цього Вам необхідно поділитись по групах. Для цього я роздам кожному картки, де написані хімічні елементи, Ваше завдання розподілитись по командам відповідно до того, в якій групі знаходиться цей елемент. Тобто у нас вийде 5 команд:

Учні слухають, відповідають та записують визначення у своїх зошитах. Зразкові відповіді учнів: Кислоти – складні речовини, що складаються з атомів водню та кислотного залишку. - Фосфорна, соляна, кремнієва, азотна, вугільна, сірчана.

Учні слухають та записують у своїх зошитах.

- За допомогою індикатора

- Речовини, під дією яких розчини кислот і лугів змінюють свій колір, називають індикаторами.

Записують у зошиті схеми хімічних реакцій.

По одному виходять до дошки, решта записують у зошити.

Комунікативні:

організація роботи в парах, взаємодія вчителя та учнів

вміння працювати з інформацією, аналізувати ходи реакцій, структурувати отримані знання

Пізнавальні:

розвиток та вміння отримувати інформацію, описувати, порівнювати встановлювати причинно-наслідкові зв'язки, доводити свої судження

Особистісні: самонавчання

Фронтальне опитування спільно з розповіддю вчителя

V. Закріплення вивченого матеріалу (7 хв)

Записи у робочому зошиті.

Робота з презентації

Організовує роботу із завданнями на тему.

- А зараз виконаємо завдання.

Завдання 1 («Третій зайвий»):

У кожному рядку знайти зайву формулу: 1)НСI, Н₂SО₄,ННО₃

1. Вкажіть формулу кисневмісної кислоти.

1). HClO 3). HCN 2).₂S 4). HBr

2. Вкажіть формулу безкисневої кислоти.

3. Ряд формул, у якому всі речовини – кислоти:

Завдання 3:

Дайте характеристику наступним кислотам: HCl, HNO₃, H ₂ CO ₃
за планом:
1. Наявність кисню
2.основність
3.розчинність
4. ступеня окислення елементів, що утворюють кислоту
5. заряд іона, утвореного кислотним залишком
6.відповідний оксид

Слухають, відповідають питання, записують на листочках відповіді.

Комунікативні:

діалог між учителем та учнями

структурування та систематизування отриманої інформації

Пізнавальні:

обробка та систематизація знань, уміння на основі отриманих знань ставити цілі, виконувати завдання

Особистісні: самонавчання

VI. Домашнє завдання (2 хв)

- Запишіть домашнє завдання: Запишіть домашнє завдання: §21 вивчити, сторінка 126 завдання №1 та 3 письмово, скласти синквейн на тему «Кислоти».

Комунікативні:

діалог між учнями та вчителем

планування знаходити способи вирішення завдань, які виконуватимуться вдома

VII. Рефлексія навчальної діяльності (2 хв)

Акцентує увагу тих, хто навчається на кінцевих результатах навчальної діяльності на уроці:

Вам необхідно написати якісь нові знання ви отримали на уроці, і ваш настрій після уроку.

Здійснюють самоаналіз діяльності.

Відповідають на ці запитання.

Комунікативні:

вміння вступати в діалог, розмова з учителем

усвідомлення рівня засвоєної інформації

Пізнавальні:

аналіз висновків, підбиття підсумків