Üldine keemia praktikum 4 (0)

Töö ülesanne ja eesmärk Laboratoorse töö nr. 4 ülesanne seisnes erinevate hapete ja sooladega katsete läbiviimises selleks,   et   analüüsida   tugevate   ja   nõrkade   elektrolüütide   erinevusi,   määrata   lahuste   pH- tasemeid ning uurida kuidas soolad hüdrolüüsuvad. Sissejuhatus Elektrolüüt –  aine, mille elektrijuhtivus põhineb ioonide vabal liikumisel.  Elektrolüütide lahustumisel   vees   lagunevad   molekulid   ioonideks,   lahuse   osakesed   juhivad   elektrivoolu. Jaguneb tugevateks ja nõrkadeks elektrolüütideks. Tugev elektrolüüt – lahuses peaaegu täielikult ioonideks lagunenud (  1) Näited: enamus) Näited: enamus anorgaanilisi soolasid, mitmed happed (HCl, HBr, HI), mõned hüdroksiidid (NaOH, KOH, LiOH) Nõrk   elektrolüüt   –  lahuses   vähesel   määral   ioonideks   jagunenud   (  <   1) Näited: enamus)   Näited:   vesi, üksikud soolad, mitmed happed, amiinid Elektrolüütiline dissotsiatsioon – Ioonideks lagunemise protsess, mille ulatust iseloomustab dissotsiatsioonimäär   (),   mis   sõltub   lahuse   kontsentratsioonist   ja   temperatuurist   –   mida lahjem lahus ja mida kõrgem temperatuur, seda suurem on elektrolüüdi dissotsiatsioonimäär.  Hüdrolüüs –  keemiline reaktsioon, mille käigus lõhustuvad molekuli keemilised sidemed veega reageerides. Üldjuhul hüdrolüüsi näol on tegemist aine lagunemisega. Aktiivsus –  ehk aktiivne kontsentratsioon näitab ioonide efektiivset kontsentratsiooni, mis iseloomustab   lahuse   tegelikke   omadusi   ja   on   väiksem   (või   võrdne)   arvutuslikust     (a, mol/dm3). Ioontugevus   –  aktiivususe   näit,   mis   sõltub   iooni   laengust   ja   lahuse   molaalsest kontsentratsioonist. Leitakse järgmisest valemist:


Kasutatud töövahendid Klaaspulk, katseklaaside komplekt Kasutatud ained Ained: 2M soolhape (HCl), 2M etaanhape (CH3COOH), 2M NaOH ja 2M ammoniaak (NH3) Soolad: Al2(SO4)3, NaCl, Na2CO3, Na2SO3, CH3COONa, CH3COONH4, NH4Cl Indikaatorid:   Universaalinidkaatorpaber,   fenoolftaleiin   (ff),   broomkresoolsinine   (bks), metüülpunane (mp) Tsingigraanulid Uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodika Esimese katse läbiviimiseks oli vaja valada kolme katseklaasi 5mL destilleeritud vett ning lisada 2-3 tilka indikaatorit, igasse erinevat. Pärast mida tuli fikseerida indikaatorite tekitatud vee värvuse. Seejärel pidi lisama esimesse katseklaasi 1) Näited: enamusmL etaanhapet, teise 1) Näited: enamusmL soolhapet ning   kolmandasse   naatriumhüdroksiidi.   Selle   kaudu   muutus   tänu   indikaatoritele   lahuse värvus ning seeläbi on võimalik arvutada katses olnud lahuste kontsetratsioonid ja pH-d. Teise katse abil sai analüüsi tugeva ja nõrga elektrolüüdi keemilist aktiivsust. Valades ühte katseklaasi 3mL soolhapet (mis on tugev elektrolüüt) ja teise samapalju etaanhapet (mis on nõrk   elektrolüüt)   ning   seejärel   panna   katseklaasidesse   ühesugused   tsingitükid.   Asetades katseklaasid kuuma vette hakkavad lahused erinevalt reageerima. Kolmanda katse käigus on uuritav tasakaal nõrga happe ja nõrga aluse lahuse vahel. Katse algas 4-5mL vee lisamisest katseklaasi ning seejärel tuli lisada 3-4 tilka etaanhapet ja 1) Näited: enamus-2 tilka metüülpunast. Pärast värvuse fikseerimist tuli lahus kahe katseklaasi vahel ära jagada ning ühele lisada naatriumetanaati (CH3COONa), seejärel tuli lahust loksutada ning võrrelda kahe katseklaasi värvuse erinevust. Kolmanda katse teises osas oli vaja katseklaasi valada samuti 4-5mL vett, kuid seekord tuli lisada sellele 3-4 tilka ammoniaagilahust ja 2-3 tilka fenoolftaleiini. Samamoodi fikseerida värvus ja jagada lahus kaheks. Ühele osale lisada ammoniumkloriidi (NH4Cl) ning pärast loksutamist võrrelda lahuste värvusi.


Neljas praktikumi katse seisnes soolade hüdrolüüsis. Kasutusele tuli võtta Al2(SO4)3, NaCl, Na2CO3,   Na2SO3,   CH3COONa   ja   CH3COONH4  soolad   ning   lahustada   need   destilleeritud veega katseklaasis. Seejärel mõõta saadud lahuste pH kasutades universaalindikaatorpaberit ning   peale   seda   jagada   uuritava   lahuse   kahe   katseklaasi   vahel   ja   lisada   ühte   2-3   tilka fenoolftaleiini ning teise metüülpunast, pärast seda hinnata lahuse pH-d lähtudes indikaatori pöördealast. Neljanda katse teine osa seisnes 1) Näited: enamus-2mL Al2(SO4)3  lahusele sama koguse Na2CO3  lisamises ning pärast soojendamist uurida, mis on sadenes ja mis gaas eraldus. Katseandmed Katse 1) Näited: enamus: 1) Näited: enamus. mp: Esialgne värvus = kollane / 1) Näited: enamusmL CH3COOH = oranž 2. bks: Esialgne värvus = kollane / 1) Näited: enamusmL HCl = kollane (kuid tumedam) 3. ff: Esialgne värvus = värvitu / 1) Näited: enamusmL NaOH = punane Katse 2: HCl mõjub tsingile energilisemalt kui CH3COOH Katse 3: 1) Näited: enamus. CH3COOH + mp = värvus: roosa Lisades naatriumetanaati värvus: oranž 2. vesi + NH3 + ff = punane Lisades NH4Cl = heleroosa Katse 4: 1. Al2(SO4)3  Universaalindikaator pH = 3.0 ff = värvitu mp = punane


2. NaCl  Universaalindikaator pH = 4.0 ff = värvitu mp = punane 3. Na2CO3  Universaalindikaator pH = 1) Näited: enamus0.0 ff = tumeroosa mp = kollane 4. Na2SO3  Universaalindikaator pH = 8.0 ff = roosa mp = kollane 5. CH3COONH4 Universaalindikaator pH = 6.0 ff = värvitu mp = oranž Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs Katse 1 Lahuste kontsentratsioonid ja pH-d 1) Näited: enamus. NaOH  = 1) Näited: enamus CM = 2M Lahuse ruumala = 5mL + 1) Näited: enamusmL = 6mL NaOH lahjendus 2M / 6mL = 0,333M Na+ + OH- 


I = ½ (0,333 * 1) Näited: enamus2 + 0,333 * 1) Näited: enamus2) = 0,333   = 0,81) Näited: enamus1) Näited: enamus aOH- = 0,81) Näited: enamus1) Näited: enamus * 0,333 = 0,2701) Näited: enamus pOH = -log(0,2701) Näited: enamus) = 0,568 pH = 1) Näited: enamus4 - 0,568 = 1) Näited: enamus3,43 2. HCl  = 1) Näited: enamus CM = 2M lahjendus = 2M / 6 mL = 0,333M I = ½ (0,333 * 1) Näited: enamus2 + 0,333 * 1) Näited: enamus2) = 0,333   = 0,81) Näited: enamus1) Näited: enamus aH+ = 0,81) Näited: enamus1) Näited: enamus * 0,333 = 0,2701) Näited: enamus pH = -log(0,2701) Näited: enamus) = 0,568 3. KCH3COOH = 1) Näited: enamus,75*1) Näited: enamus0-5 CM = 2M lahjendus = 2M / 6mL = 0,333M [H+ ] = -1) Näited: enamus/2 (1) Näited: enamus,75 * 1) Näited: enamus0-5) +   pH = -log(2,405 * 1) Näited: enamus0-3) = 2,62 Katse 2 Mõlemas   katseklaasis   toimus   gaasi   eraldus,   kuid   kuna   soolhape   reageeris   tsingiga   palju energilisemalt, võime järeldada, et soolhape on tugevam hape kui äädikhape. HCl ↔ H+ + Cl-  2HCl + Zn → ZnCl2 + H2 CH3COOH ↔ H+ + CH3COO- 2CH3COOH + Zn → (CH3COO)2Zn + H2


Katse 3  1) Näited: enamus.   Etaanhappesse   naatriumetanaadi   lisamise   puhul   värvus   muutus   oranžiks,   seega   pH suurenes, see tähendab et vesinikioonide kontsentratsioon vähenes ja happe dissotsiatsiooni tasakaal kaldus pärast soola lisamist vasakule. Etaanhappe dissotsiatsioonivõrrand ja selle reaktsiooni tasakaalukonstandi avaldis: CH3COOH ↔ H+ + CH3COO- 2. Ammoniaagilahusesse ammooniumkloriidi lisades pH vähenes, seega hüdroksiidioonide kontsentratsioon vähenes. Järelikult dissotsiooni tasakaal nihkus vasakule Ammoniaagilahuse dissotsiatsioonivõrrand ja selle reaktsiooni tasakaalukonstandi avaldis: NH3⋅H2O ↔ NH4+ + OH- K= [NH4+]⋅[OH−] [ NH 4 OH ]   Etaanhappe ja naatriumetanaadi puhul tasakaalu nihutamiseks dissotsieerumata molekulide suunas on vaja lisada ühendid, mis koosneks tugeva aluse ja nõrga happe ioonidest (nõrga happe ioon hüdrolüüsub veega). Ammoniaagilahuse ja ammooniumkloriidi puhul vastupidi, on vaja nõrka alust ja tugevat hapet. Katse 4 Hüdrolüüsivõrrandid: 1) Näited: enamus. Al2(SO4)3 I Al3+ + H2O ↔ AlOH2+ + H+ II AlOH2+ + H2O ↔ Al(OH)2+ + H+ III Al(OH)2+ + H2O ↔ Al(OH)3 + H+ 2. NaCl = tugev alus + tugev hape → ei hüdrolüüsu


3. Na2CO3 I CO32- + H2O ↔  HCO3- + OH- II HCO3- + H2O ↔  H2CO3 + OH- 4.Na2SO3 I SO32- + H2O ↔ HSO3- + OH- II HSO3- + H2O ↔ H2SO3 + OH- 5. CH3COONH4 I CH3COO- + H2O ↔ CH3COOH + OH- II NH4+ + H2O ↔ NH4OH + H+ Sool Universaal-
indikaator Fenoolftaleiin
ff  Metüülpunane
mp pH
Hinnang Kas
hüdrolüüsub
jah/ei Al2(SO4)3 oranž värvitu punakasroosa 3,0 Jah NaCl kollane värvitu orandẑ 4,0 Ei Na2CO3 tumesinine roosakaslilla kollane 10,0 Jah Na2SO3 roheline lillakasroosa kollane 8,0 Jah CH3COONH4 kollane värvitu kollakasorandẑ 6,0 Jah  Al2(SO4)3 lisada Na2CO3 lahust: Al2(SO4)3  I Al3+ + H2O ↔ Al(OH)2+ + H+ II Al(OH)2+ + H2O ↔ Al(OH)2+ + H+ III Al(OH)2+ + H2O ↔ Al(OH)3 + H+ Na2CO3  I CO32- + H2O ↔  HCO3- + OH- II HCO3- + H2O ↔  H2CO3 + OH- Sademes on Alumiiniumhüdroksiid ning eraldub süsinikdioksiid gaas Al2(SO4)3+ 3 Na2CO3 + 3H2O→3 Na2SO4 +3CO2↑ + 2Al(OH)3↓ Soolad hüdrolüüsuvad täielikult kui hüdrolüüsi tulemusena tekivad sade ja gaas..


Kokkuvõte Praktikumi käigus viisin läbi neli katset, pidin määrama hapete ja aluste värvust ja selle alusel ka   pH-taset.   Oli   vaja   võrrelda   hapete   tugevust   ja   reaktsioone   nendega.   Samuti   oli   vaja analüüsida   tasakaalu   nõrga   happe   ja   nõrga   aluse   lahuses   ning   viimaks   pidi   analüüsima soolade hüdrolüüsi ning kas see üldse toimus. Töö   käigus   said   kõik   mõõtetulemused   paika   pandud,   võisid   tekkida   mõned   väiksemad kõrvale  kalded  pH-tasemete  määramisel,  kuna  katseklaasid  olid  korduvalt kasutuses ning pärast   üht   ainet   võis   isegi   peale   pesemist   mingi   jääk   sinna   jääda   ning   tulemuse   täpsust nihutada.