050 – Vodivost a pH

Kyseliny, zásady a soli jsou základní kategorie chemických sloučenin, z nichž každá se vyznačuje jedinečnými vlastnostmi a chováním. Kyseliny jsou látky, které zvyšují koncentraci vodíkových iontů (H⁺) v roztoku, typicky s pH nižším než 7. Zásady snižují koncentraci vodíkových iontů, často zvyšují koncentraci hydroxidových iontů (OH⁻), a obecně mají pH vyšší než 7. Soli jsou na druhé straně neutrální iontové sloučeniny, které vznikají jako produkty acidobazických reakcí a mají pH blízké 7.

Cílem této laboratorní práce je prozkoumat vlastnosti kyselin, zásad a solí prostřednictvím testů, jako je elektrická vodivost, reakce s hořčíkem a měření pH. Studenti navíc prozkoumají vztah mezi koncentrací kyseliny a jejím pH a pozorují, jak změny koncentrace ovlivňují kyselost. Provedením těchto experimentů studenti prohloubí své porozumění chemickým vlastnostem, vazbám a významu kyselin, zásad a solí v různých aplikacích.

Vzdělávací cíle

• Porozumění vlastnostem kyselin, zásad a solí: Studenti budou rozlišovat mezi kyselinami, zásadami a solemi na základě jejich chemických a fyzikálních vlastností, včetně pH, vodivosti a reaktivity s hořčíkem.
• Zkoumání vztahů mezi pH a koncentrací: Studenti prozkoumají exponenciální vztah mezi pH a koncentrací vodíkových iontů v kyselých roztocích a získají vhled do chemické rovnováhy.
• Praktické experimentální dovednosti: Tato aktivita prohloubí schopnost studentů provádět experimenty, používat pH metry a detektory vodivosti a bezpečně a efektivně zacházet s chemickými činidly.
• Analýza experimentálních dat: Zaznamenáváním pozorování a analýzou výsledků si studenti rozvinou dovednosti kritického myšlení a interpretace dat.
• Aplikace teorie do praxe: Studenti propojí teoretické koncepty acidobazické chemie s praktickými aplikacemi, jako jsou průmyslové procesy a biologické systémy.
• Podpora spolupráce a týmové práce: Studenti budou v malých skupinách spolupracovat na provádění experimentů, sběru dat a diskusi o svých zjištěních.
• Podpora povědomí o bezpečnosti Studenti se budou řídit přísnými bezpečnostními pravidly, včetně nošení ochranných pomůcek a správného zacházení s kyselinami, zásadami a hořčíkovými pásky.

Do konce této laboratorní činnosti budou mít studenti komplexní porozumění kyselinám, zásadám a solím a dovednosti nezbytné k aplikaci těchto konceptů v reálných situacích.

Protokol

Část A: Vlastnosti kyselin, zásad a solí

1. Zapněte detektor elektrochemické vodivosti (ECD).
2. Nalejte 10 ml 0,1M roztoku NaCl do kádinky A.
3. Vyčistěte elektrody ECD destilovanou vodou a otřete je savým papírem.
4. Ponořte elektrody do roztoku A. Sledujte, zda se žárovka rozsvítí, či nikoliv, a zaznamenejte výsledek do tabulky výsledků.
5. Zopakujte kroky 2 až 4 s roztoky 0,1M HCl a 0,1M NaOH, s kádinkami B a C.
6. Ponořte kus modrého lakmusového papírku a kus červeného lakmusového papírku do roztoku A. Zaznamenejte získané barvy do tabulky výsledků.
7. Ponořte kus pH papírku do roztoku A a odečtěte pH podle barevné stupnice. Zapište pH do tabulky výsledků.
8. Zopakujte kroky 6 a 7 s roztoky B a C.
9. Vložte hořčíkovou pásku do roztoku A a zapište pozorování do tabulky výsledků.
10. Zopakujte krok 9 s roztoky B a C

Část B: Koncentrace kyselého roztoku a jeho pH

1. Nalijte 10 ml 1M roztoku HCl do 100 ml odměrného válce.
2. Doplňte destilovanou vodou po značku 30 mL.
3. Nalejte obsah válce do 100 ml kádinky označené číslem 1.
4. Nalijte 10 ml 1M roztoku HCl do 100 ml odměrného válce.
5. Doplňte destilovanou vodou k rysce 60 mL.
6. Nalijte obsah válce do 100 mL kádinky označené číslem 2.
7. Nalijte 10 ml 1M roztoku HCl do 100 ml odměrného válce.
8. Doplňte destilovanou vodou po značku 100 ml.
9. Nalijte obsah válce do 100ml kádinky označené číslem 3.
10. Nalijte 1 ml 1M roztoku HCl do 10 ml odměrného válce. Poté nalijte roztok do 100 ml odměrného válce.
11. Doplňte destilovanou vodou po značku 100 ml.
12. Nalijte obsah odměrného válce do 100mL kádinky označené číslem 4.
13. Změřte pH 1M roztoku HCl a roztoků 1 až 4 pomocí pH metru. Zaznamenejte výsledky do tabulky výsledků.
14. Nezapomeňte mezi měřeními opláchnout pH metr destilovanou vodou a.

Předvídané výsledky

Vlastnosti kyselin, zásad a solí

řešení	Elektrická vodivost	Barva lakmusového papírku		pH	Reakce s hořčíkem
		Červená	Modrá
A	Ano	Červená	Modrá	7	Žádná reakce
B	Ano	Červená	Červená	Mezi 1 a 2	Perlivost
C	Ano	Modrá	Modrá	Mezi 12 a 13	Žádná reakce

 

Vztah mezi koncentrací a pH

řešení	pH	Koncentrace (výpočty)	Efekt snížení koncentrace pH
d	1	35,5 g/l (referenční roztok)
1	1.5	CdVd= C1V1 = C1=CdVd/V1 C1 = 0,35 g/ml C1 = 11,7 g/l	Koncentrace je 3krát nižší než u počátečního roztoku.
2	1.7	CdVd= C2V2 = C2=CdVd/V2 C2 = 35 g/l * 10 ml / 60 ml C2 = 5,8 g/l	Koncentrace je 6krát nižší než u počátečního roztoku.
3	2	CdVd= C3V3 = C3=CdVd/V3 C3 = 35g/l*10ml/100ml C3 = 3,5 g/l	Koncentrace je 10krát nižší než u původního roztoku.
4	3	CdVd= C4V4 = C4=CdVd/V4 C4 35 g/l * 1 ml/100 ml C4 = 0,35 g/l	Koncentrace je 100krát nižší než u počátečního roztoku.

• Kyseliny, zásady a soli vedou elektrický proud.
• Pouze kyseliny produkují plyn při kontaktu s hořčíkem.
• Když se pH na stupnici pH zvýší o jednu jednotku, koncentrace iontů H+ je 10krát nižší.

1. Klasifikace roztoků: Studenti klasifikují roztoky (NaCl, HCl a NaOH) jako kyselé, zásadité nebo neutrální na základě pH, vodivosti a testů s lakmusovým papírkem.

2. Pozorování chemických reakcí: Reakce hořčíku s kyselinami způsobí šumění (vznik plynu), což potvrdí přítomnost vodíkových iontů, zatímco s zásadami nebo solemi k reakci nedojde.

3. Porozumění pH a koncentraci: Studenti změří pH roztoků s různými koncentracemi HCl a pozorují, že pH se logaritmicky zvyšuje s klesající koncentrací.

4. Rozvoj dovedností Studenti si zlepší své dovednosti v používání pH metrů, konduktometrů a dalších laboratorních pomůcek.

5. Analýza a interpretace dat: Analýzou výsledků se studenti naučí vyvozovat závěry o chemických vlastnostech a vztazích mezi pH a koncentrací.

6. Propojení teorie s praxí: Studenti propojí své poznatky s širšími chemickými koncepty, včetně acidobazických reakcí, pufrů a role pH v biologických a průmyslových procesech.

Shrnutí úkolů podle věkové kategorie

6.–8. ročník

Zaměření Úvod do kyselin, zásad a solí a jejich vlastností.

• Studenti provedou jednoduché testy k identifikaci kyselin, zásad a solí pomocí lakmusového papírku, pH papírku a vodivosti.

Očekávané výsledky:

• Základní porozumění chemickým klasifikacím.
• Rozvoj dovedností pozorování a zaznamenávání.
• Úvod do bezpečnostních postupů v laboratoři.

Ročníky 9-10

Zaměření Středně pokročilý průzkum vztahů mezi pH a koncentrací.

• Studenti změří pH a vodivost a analyzují vliv ředění na kyselé roztoky.

Očekávané výsledky:

• Zlepšené porozumění acidobazické chemii a exponenciálním vztahům.
• Rozvoj analytických dovedností a schopností interpretace dat.
• Větší zručnost v manipulaci s laboratorními nástroji a reagenciemi.

11.-12. ročník

Zaměření Pokročilá analýza a syntéza chemických vlastností.

• Studenti provedou komplexní experimenty, vypočítají koncentrace vodíkových iontů a vyhodnotí své výsledky v podrobných laboratorních zprávách.

Očekávané výsledky:

• Ovládnutí vlastností kyselin, zásad a solí, technik měření pH a analýzy dat.
• Schopnost kriticky hodnotit výsledky experimentů a identifikovat potenciální zdroje chyb.
• Produkce profesionálních vědeckých zpráv prokazujících jasné pochopení chemie kyselin a zásad.

Tento strukturovaný přístup zajišťuje, že se studenti na všech stupních vzdělávání mohou s látkou zabývat s odpovídající hloubkou a budovat tak pevný základ pro další studium chemie a příbuzných věd.

Laboratorní potřeby

Nástroje

• Detektor elektrické vodivosti (DCE)
• pH metr
• Pinzeta
• Papírová utěrka
• 100ml odměrný válec
• 50ml kádinky x3
• 100ml kádinky x4
• Modro-červený lakmusový papírek
• Univerzální pH proužky

Produkty

• NaCl 0,1M
• HCl 0,1M
• NaOH 0,1M
• HCl 1M
• Hořčíkové pásky