Závislost pH na koncentraci roztoku

1       Pomůcky a chemikálie

Hydroxid sodný NaOH, kyselina chlorovodíková HCl, kyselina octová CH₃COOH, pufry ke kalibraci (pH = 4; 7; 9), pH-metr (Vernier), notebook, 15 širších zkumavek (ø 18 mm), stojánek na zkumavky, stojan, chladičový držák, střička, 12 odměrných baněk (250 cm³), 3 pipety (25 cm³), 3 kádinky (150 cm³), kádinka (250 - 300 cm³)

2       Princip

Hodnota pH je závislá na koncentraci oxoniových kationtů, platí: pH = − log c(H₃O⁺). Koncentrace oxononiových kationtů závisí na počáteční koncentraci kyseliny (c₀) a na stupni disociace (a). Pro jednosytné kyseliny platí: c(H₃O⁺) = c₀. a.

Obdobně pro jednosytné zásady: pOH = − log c(OH⁻), c(OH⁻) = c₀. a, kde c₀ je počáteční koncentrace zásady. pH + pOH = − log K_V, kde K_v je iontový součin vody, který má při teplotě 25 °C hodnotu 10⁻¹⁴, tedy pH + pOH = 14.

3       Postup

Připravte odměrné roztoky (250 cm³) HCl, CH₃COOH a NaOH o koncentraci 1 mol.dm⁻³. Z těchto roztoků připravte postupným ředěním roztoky o koncentraci 0,1; 0,01 a 0,001 mol.dm⁻³.

Z odměrných roztoků odlijte vzorky do předem označených zkumavek.

Připojte senzor pH k notebooku. Elektrodu opláchněte vodou (nejlépe destilovanou), opatrně osušte čistým filtračním papírem a ponořte ji do měřeného vzorku. Na obrazovce se objeví okamžitá hodnota pH. Chvíli počkejte, až se hodnota ustálí. Elektrodu vyjměte, znovu důkladně opláchněte vodou, osušte a můžete měřit další vzorek.

Po skončení měření elektrodu důkladně opláchněte vodou a znovu uložte do skladovacího roztoku.

Pozor! Elektroda nesmí oschnout, musí být ponořena do skladovacího roztoku.

4       Otázky a úkoly pro žáky

Změřte pH-metrem hodnotu pH roztoků HCl, CH₃COOH a NaOH o koncentracích 1; 0,1; 0,01 a 0,001 mol.dm⁻³, výsledky zapište do tabulky.

Naměřená data exportujte do Excelu a sestrojte bodový graf závislosti pH na koncentraci daného roztoku. Pokuste se jednotlivé body proložit vhodnou křivkou (přímka, polynom, exponenciála, logaritmus).

Která křivka nejlépe vyhovuje naměřeným hodnotám?

5       Metodické poznámky

Před vyučovací hodinou provedeme kalibraci pH metru. K tomu budeme potřebovat 2 pufry (doporučené hodnoty pH: 4; 7; a 9).

Před hodinou připravíme také odměrné roztoky.

Tato úloha by mohla být zařazená do laboratorního cvičení. V tom případě by si žáci mohli sami naředit roztoky ze zásobního roztoku o koncentraci 1 mol.dm⁻³.