050 – Conductivitate și pH

Acizii, bazele și sărurile sunt categorii fundamentale de compuși chimici, fiecare caracterizată prin proprietăți și comportamente unice. Acizii sunt substanțe care cresc concentrația ionilor de hidrogen (H⁺) în soluție, având de obicei un pH sub 7. Bazele reduc concentrația ionilor de hidrogen, crescând adesea ionii de hidroxid (OH⁻) și având, în general, un pH peste 7. Sărurile, pe de altă parte, sunt compuși ionici neutri care se formează ca produse ale reacțiilor acid-bază și au un pH apropiat de 7.

Această activitate de laborator își propune să examineze proprietățile acizilor, bazelor și sărurilor prin teste precum conductivitatea electrică, reacțiile cu magneziul și măsurarea pH-ului. În plus, elevii vor explora relația dintre concentrația unui acid și pH-ul acestuia, observând cum modificările de concentrație afectează aciditatea. Prin realizarea acestor experimente, elevii vor dezvolta o înțelegere mai profundă a proprietăților chimice, legăturilor și importanței acizilor, bazelor și sărurilor în diverse aplicații.

Obiective educaționale

• Înțelegerea proprietăților acizilor, bazelor și sărurilor: Elevii vor diferenția între acizi, baze și săruri pe baza proprietăților lor chimice și fizice, inclusiv pH-ul, conductivitatea și reactivitatea cu magneziul.
• Explorarea relațiilor dintre pH și concentrație: Studenții vor studia relația exponențială dintre pH și concentrația ionilor de hidrogen în soluții acide, obținând informații despre echilibrul chimic.
• Abilități practice experimentale Această activitate va spori capacitatea elevilor de a efectua experimente, de a utiliza pH-metre și detectoare de conductivitate și de a manipula reactivi chimici în siguranță și eficient.
• Analiza datelor experimentale: Prin înregistrarea observațiilor și analiza rezultatelor, elevii își vor dezvolta gândirea critică și abilitățile de interpretare a datelor.
• Aplicarea teoriei în practică: Studenții vor conecta concepte teoretice ale chimiei acido-bazice cu aplicații practice, cum ar fi procesele industriale și sistemele biologice.
• Promovarea colaborării și a muncii în echipă: Lucrând în grupuri mici, elevii vor colabora pentru a efectua experimente, a colecta date și a discuta constatările lor.
• Încurajarea conștientizării siguranței: Studenții vor urma protocoale stricte de siguranță, inclusiv purtarea echipamentului de protecție și manevrarea corectă a acizilor, bazelor și a benzilor de magneziu.

Până la finalul acestei activități de laborator, elevii vor avea o înțelegere cuprinzătoare a acizilor, bazelor și sărurilor, precum și abilitățile necesare pentru a aplica aceste concepte în contexte din lumea reală.

Protocol

Partea A: Proprietățile acizilor, bazelor și sărurilor

1. Pornește detectorul de conductivitate electrică (ECD).
2. Turnați 10 mL din soluția de NaCl 0,1 M în becherul A.
3. Curățați electrozii ECD cu apă distilată și ștergeți-i cu hârtie absorbantă.
4. Scufundați electrozii în soluția A. Observați dacă becul se aprinde sau nu și înregistrați rezultatul în tabelul de rezultate.
5. Repetați pașii 2 până la 4 cu soluțiile de HCl 0,1M și NaOH 0,1M, cu paharele de laborator B și C.
6. Scufundați o hârtie de turnesol albastră și o hârtie de turnesol roșie în soluția A. Înregistrați culorile obținute în tabelul de rezultate.
7. Înmuiați o hârtie de pH în soluția A și evaluați pH-ul folosind scala de culori. Înregistrați pH-ul în tabelul de rezultate.
8. Repetați pașii 6 și 7 cu soluțiile B și C.
9. Pune o panglică de magneziu în soluția A și notează observațiile în tabelul de rezultate.
10. Repetă pasul 9 cu soluțiile B și C

Partea B: Concentrația unei soluții acide și pH-ul acesteia

1. Turnați 10 mL de soluție 1M HCl în cilindrul gradat de 100 mL.
2. Adăugați apă distilată până la semnul de 30 mL.
3. Toarnă conținutul cilindrului în eprubeta de 100 mL identificată cu numărul 1.
4. Turnați 10 mL de soluție 1M HCl în cilindrul gradat de 100 mL.
5. Adaugă apă distilată până la marcajul de 60 mL.
6. Vărsați conținutul cilindrului în eprubeta de 100 mL identificată cu numărul 2.
7. Turnați 10 mL de soluție 1M HCl în cilindrul gradat de 100 mL.
8. Adaugă apă distilată până la marcajul de 100 mL.
9. Toarnă conținutul cilindrului în eprubeta de 100 mL identificată cu numărul 3.
10. Toarnă 1 mL de soluție 1M HCl în cilindrul gradat de 10 mL. Apoi toarnă soluția în cilindrul gradat de 100 mL.
11. Adaugă apă distilată până la marcajul de 100 mL.
12. Turnați conținutul cilindrului în eprubeta de 100 mL identificată cu numărul 4.
13. Măsurați pH-ul soluției de HCl 1M și al soluțiilor de la 1 la 4 cu ajutorul pH-metrului. Înregistrați rezultatele în tabelul de rezultate.
14. Nu uitați să clătiți pH-metrul cu apă distilată și să-l ștergeți cu hârtie, între măsurători.

Rezultate anticipate

Proprietățile acizilor, bazelor și sărurilor

Soluție	Conductivitate electrică	Culoarea hârtiei de turnesol		pH	Reacție la magneziu
		Roșu	Albastru
A	Da	Roșu	Albastru	7	Nici o reacție
B	Da	Roșu	Roșu	Între 1 și 2	Efervescență
C	Da	Albastru	Albastru	Între 12 și 13	Nici o reacție

 

Relația dintre concentrație și pH

Soluție	pH	Concentrație (calcule)	Efectul scăderii Concentrație pH
d	1	35,5 g/L (soluție de referință)
1	1.5	CdVd= C1V1 = C1=CdVd/V1 C1 = 35g/L*10mL/30mL C1 11,7 g/L	Concentrația este de 3 ori mai mică decât cea a soluției inițiale.
2	1.7	CdVd= C2V2 = C2=CdVd/V2 C2 = 35g/L*10ml/60ml C2 = 5,8 g/L	Concentrația este de 6 ori mai mică decât cea a soluției inițiale.
3	2	CdVd= C3V3 = C3=CdVd/V3 C3 = 35g/L * 10mL/100mL C3 = 3,5 g/L	Concentrația este de 10 ori mai mică decât cea a soluției inițiale.
4	3	CdVd= C4V4 = C4=CdVd/V4 C4 = 35g/L*1mL/100mL C4 = 0,35 g/L	Concentrația este de 100 de ori mai mică decât cea a soluției inițiale.

• Acizii, bazele și sărurile conduc curentul electric.
• Doar acizii produc un gaz atunci când intră în contact cu magneziul.
• Când pH-ul crește cu o unitate pe scara de pH, concentrația ionilor de H+ este de 10 ori mai mică.

1. Clasificarea soluțiilor: Elevii vor clasifica soluțiile (NaCl, HCl și NaOH) ca fiind acide, bazice sau neutre pe baza testelor de pH, conductivitate și hârtie de turnesol.

2. Observarea reacțiilor chimice: Reacția magneziului cu acizii va produce efervescență (formare de gaz), confirmând prezența ionilor de hidrogen, în timp ce nu va avea loc nicio reacție cu baze sau săruri.

3. Înțelegerea pH-ului și a concentrației: Studenții vor măsura pH-ul unor soluții cu diferite concentrații de HCl și vor observa că pH-ul crește logaritmic pe măsură ce concentrația scade.

4. Dezvoltarea abilităților: Studenții își vor îmbunătăți competențele în utilizarea pH-metrelor, detectoarelor de conductivitate și a altor instrumente de laborator.

5. Analiza și interpretarea datelor: Analizând rezultatele, elevii vor învăța să tragă concluzii despre proprietățile chimice și despre relațiile dintre pH și concentrație.

6. Conectarea teoriei la aplicații: Studenții vor lega descoperirile lor de concepte mai largi din chimie, inclusiv reacții acid-bază, sisteme tampon și rolul pH-ului în procese biologice și industriale.

Rezumatul temei pe intervale de note

Clasele 6-8

Concentrare: Introducere în acizi, baze și săruri și proprietățile lor.

• Elevii vor efectua teste simple pentru a identifica acizi, baze și săruri folosind hârtie de turnesol, hârtie de pH și conductivitate.

Rezultate așteptate:

• Înțelegere de bază a clasificărilor chimice.
• Dezvoltarea abilităților de observație și înregistrare.
• Introducere în practicile de siguranță în laborator.

Clasele 9-10

Concentrare: Explorarea intermediară a relațiilor dintre pH și concentrație.

• Studenții vor măsura pH-ul și conductivitatea și vor analiza efectul diluării asupra soluțiilor acide.

Rezultate așteptate:

• Înțelegerea îmbunătățită a chimiei acido-bazice și a relațiilor exponențiale.
• Dezvoltarea abilităților analitice și de interpretare a datelor.
• O mai mare măiestrie în manipularea uneltelor și reactivilor de laborator.

Clasele 11-12

Concentrare: Analiză și sinteză avansată a proprietăților chimice.

• Studenții vor efectua experimente complexe, vor calcula concentrațiile ionilor de hidrogen și își vor evalua rezultatele în rapoarte de laborator detaliate.

Rezultate așteptate:

• Stăpânirea proprietăților acido-bazice și a sărurilor, tehnicilor de măsurare a pH-ului și analizei datelor.
• Abilitatea de a evalua critic rezultatele experimentale și de a identifica potențiale surse de eroare.
• Producerea de rapoarte științifice de nivel profesional, demonstrând o înțelegere clară a chimiei acido-bazice.

Această abordare structurată asigură că elevii de la toate nivelurile pot interacționa cu materialul la o profunzime adecvată, construind o bază solidă pentru studii ulterioare în chimie și științe conexe.

Esențiale de laborator

Instrumente

• Detector de conductivitate electrică (DCE)
• pH-metru
• Pensetă
• Prosop de hârtie
• Cilindru gradat de 100mL
• pahar 50mL x3
• Pahare Berzelius de 100mL x4
• Hârtie de turnesol albastră și roșie
• Benzi universale de pH

Produse

• NaCl 0.1M
• HCl 0,1M
• NaOH 0,1M
• HCl 1M
• Benzi de magneziu