050 – Conductivitat i pH

Els àcids, les bases i els salssón categories fonamentals de compostos químics, cadascuna caracteritzada per propietats i comportaments únics. Els àcids són substàncies que augmenten la concentració d'ions hidrogen (H⁺) en solució, típicament amb un pH inferior a 7. Les bases redueixen la concentració d'ions hidrogen, sovint augmentant els ions hidròxid (OH⁻), i generalment tenen un pH superior a 7. Els salssón, en canvi, compostos iònics neutres que es formen com a productes de reaccions àcid-base i tenen un pH proper a 7.

Aquesta activitat de laboratori té com a objectiu examinar les propietats dels àcids, les bases i les sals mitjançant proves com la conductivitat elèctrica, les reaccions amb magnesi i les mesures de pH. A més, els estudiants exploraran la relació entre la concentració d'un àcid i el seu pH, observant com els canvis en la concentració afecten l'acidesa. En realitzar aquests experiments, els estudiants desenvoluparan una comprensió més profunda de les propietats químiques, el bonding i la importància dels àcids, les bases i les sals en diverses aplicacions.

Objectius educatius

• Comprensió de les propietats dels àcids, les bases i les sals: Els estudiants diferenciaran àcids, bases i sals basant-se en les seves propietats químiques i físiques, incloent-hi el pH, la conductivitat i la reactivitat amb el magnesi.
• Explorant les relacions entre pH i concentració: Els estudiants estudiaran la relació exponencial entre el pH i la concentració d'ions hidrogen en solucions àcides, obtenint una visió de l'equilibri químic.
• Habilitats experimentals pràctiques: Aquesta activitat millorarà la capacitat dels estudiants per dur a terme experiments, utilitzar pH-metres i detectors de conductivitat, i manipular reactius químics de manera segura i eficaç.
• Anàlisi de dades experimentals: En registrar observacions i analitzar resultats, els estudiants desenvoluparan el pensament crític i habilitats d'interpretació de dades.
• Aplicació de la teoria a la pràctica: Els estudiants connectaran conceptes teòrics de la química àcid-base amb aplicacions pràctiques, com ara processos industrials i sistemes biològics.
• Promoció de la col·laboració i el treball en equip: Treballant en petits grups, els estudiants col·laboraran per realitzar experiments, recopilar dades i discutir les seves troballes.
• Fomentar la consciència de seguretat Els estudiants seguiran protocols de seguretat estrictes, incloent l'ús d'equipament de protecció i la manipulació adequada d'àcids, bases i tires de magnesi.

Al final d'aquesta activitat de laboratori, els estudiants hauran adquirit una comprensió integral dels àcids, bases i sals, així com les habilitats necessàries per aplicar aquests conceptes en contextos del món real.

Protocol

Part A: Les propietats dels àcids, les bases i les sals

1. Encén el detector de conductivitat elèctrica (ECD).
2. Aboca 10 mL de la solució de NaCl 0,1 M al vas de precipitats A.
3. Netegeu els elèctrodes de l'ECD amb aigua destil·lada i eixugueu-los amb paper absorbent.
4. Submergeix els elèctrodes en la solució A. Observa si el llum s'encén o no i enregistra el resultat a la taula de resultats.
5. Repetiu els passos 2 a 4 amb les solucions de HCl 0,1M i NaOH 0,1M, amb els gots B i C.
6. Submergeix un tros de paper de litmus blau i un tros de paper de litmus vermell en la solució A. Anota els colors obtinguts a la taula de resultats.
7. Submergeix un tros de paper de pH en la solució A i avalua el pH utilitzant la escala de colors. Anota el pH a la taula de resultats.
8. Repetiu els passos 6 i 7 amb les solucions B i C.
9. Poseu una cinta de magnesi a la solució A i registreu les observacions a la taula de resultats.
10. Repeteix el pas 9 amb les solucions B i C

Part B: La concentració d'una solució àcida i el seu pH

1. Aboca 10 mL de la solució 1M de HCl al matràs aforat de 100 mL.
2. Afegiu aigua destil·lada fins a la marca de 30 ml.
3. Aboca el contingut del cilindre dins del vas de precipitats de 100 mL identificat amb el número 1.
4. Aboca 10 mL de la solució 1M de HCl al matràs aforat de 100 mL.
5. Afegiu aigua destil·lada fins a la marca de 60 ml.
6. Aboca el contingut del cilindre dins del vas de precipitats de 100 ml identificat amb el número 2.
7. Aboca 10 mL de la solució 1M de HCl al matràs aforat de 100 mL.
8. Afegiu aigua destil·lada fins a la marca de 100 mL.
9. Aboca el contingut del cilindre dins del got de precipitats de 100 ml identificat amb el número 3.
10. Aboca 1 mL de la solució 1M de HCl al tub d'assaig graduat de 10 mL. Després, aboca la solució al tub d'assaig graduat de 100 mL.
11. Afegiu aigua destil·lada fins a la marca de 100 mL.
12. Aboqueu el contingut del cilindre al vas de precipitats de 100 ml identificat amb el número 4.
13. Mesura el pH de la solució de HCl 1M i de les solucions 1 a 4 utilitzant el pH-metre. Anota els resultats a la taula de resultats.
14. No oblidis esbandir el pH metres amb aigua destil·lada i eixugar-lo amb paper, entre mesures.

Resultats previstos

Propietats dels àcids, les bases i les sals

Solució	Conductivitat elèctrica	Color del paper de tornassol		pH	Reacció al magnesi
		Vermell	Blau
A	Sí	Vermell	Blau	7	Cap reacció
B	Sí	Vermell	Vermell	Entre 1 i 2	Efervescència
C	Sí	Blau	Blau	Entre 12 i 13	Cap reacció

 

Relació entre concentració i pH

Solució	pH	Concentració (càlculs)	Efecte de la disminució Concentració de pH
d	1	35,5 g/L (solució de referència)
1	1.5	CdVd= C1V1 = C1=CdVd/V1 C1 = 35 g/L * 10 mL / 30 mL C1 = 11,7 g/L	La concentració és 3 vegades inferior a la de la solució inicial.
2	1.7	CdVd= C2V2 = C2=CdVd/V2 C2 = 35g/L*10mL/60mL C2 = 5,8 g/L	La concentració és 6 vegades inferior a la de la solució inicial.
3	2	CdVd= C3V3 = C3=CdVd/V3 C3 = 35 g/L * 10 mL / 100 mL C3 = 3,5 g/L	La concentració és 10 vegades inferior a la de la solució inicial.
4	3	CdVd= C4V4 = C4=CdVd/V4 C4 = 35g/L * 1mL/100mL C4 = 0,35 g/L	La concentració és 100 vegades inferior a la de la solució inicial.

• Els àcids, les bases i les sals condueixen el corrent elèctric.
• Només els àcids produeixen un gas en contacte amb el magnesi.
• Quan el pH augmenta una unitat a l'escala de pH, la concentració d'ions H+ és 10 vegades inferior.

1. Classificació de solucions: Els estudiants classificaran les solucions (NaCl, HCl i NaOH) com a àcides, bàsiques o neutres basant-se en proves de pH, conductivitat i paper de litmus.

2. Observant reaccions químiques: La reacció del magnesi amb els àcids produirà efervescència (formació de gas), confirmant la presència d'ions hidrogen, mentre que no es produirà cap reacció amb bases o sals.

3. Comprensió del pH i la concentració: Els estudiants mesuraran el pH de solucions amb concentracions variables de HCl i observaran que el pH augmenta logarítmicament a mesura que la concentració disminueix.

4. Desenvolupament d'habilitats: Els estudiants milloraran la seva destresa en l'ús de pH-metres, conductors i altres eines de laboratori.

5. Anàlisi i interpretació de dades: En analitzar els seus resultats, els estudiants aprendran a extreure conclusions sobre les propietats químiques i les relacions entre el pH i la concentració.

6. Connectant teoria amb aplicacions: Els estudiants relacionaran les seves troballes amb conceptes més amplis de la química, incloent-hi les reaccions àcid-base, els sistemes tampó i el paper del pH en processos biològics i industrials.

Resum de tasques per rang de qualificació

Cursos 6è-8è

Enfocament Introducció als àcids, bases i sals i les seves propietats.

• Els estudiants realitzaran proves senzilles per identificar àcids, bases i sals utilitzant paper de litmus, paper de pH i conductivitat.

Resultats esperats:

• Comprensió bàsica de les classificacions químiques.
• Desenvolupament de les habilitats d'observació i enregistrament.
• Introducció a les pràctiques de seguretat al laboratori.

Cursos 9-10

Enfocament Exploració intermèdia de les relacions entre pH i concentració.

• Els estudiants mesuraran el pH i la conductivitat i n'analitzaran l'efecte de la dilució en solucions àcides.

Resultats esperats:

• Millora de la comprensió de la química àcid-base i les relacions exponencials.
• Desenvolupament d'habilitats analítiques i d'interpretació de dades.
• Major habilitat en el maneig d'eines i reactius de laboratori.

Cursos 11è-12è

Enfocament Anàlisi i síntesi avançades de propietats químiques.

• Els estudiants duran a terme experiments exhaustius, calcularan les concentracions d'ions hidrogen i avaluaran els seus resultats en informes de laboratori detallats.

Resultats esperats:

• Domini de les propietats àcid-base i de les sals, tècniques de mesura del pH i anàlisi de dades.
• Capacitat d'avaluar críticament els resultats experimentals i identificar possibles fonts d'error.
• Producció d'informes científics de nivell professional que demostrin una clara comprensió de la química àcid-base.

Aquest enfocament estructurat garanteix que els estudiants de tots els nivells puguin interactuar amb el material a una profunditat adequada, construint una base sòlida per a estudis posteriors en química i ciències afins.

Equipament de laboratori

Instruments

• Detector de conductivitat elèctrica (DCE)
• Mesurador de pH
• Pinces
• Paper de cuina
• cilindre graduat de 100 ml
• 50ml gots x3
• 200ml gots x4
• Paper de tornassol blau i vermell
• Tira de pH universals

Productes

• NaCl 0,1M
• HCl 0,1M
• NaOH 0,1M
• HCl 1M
• Cintes de magnesi