Reakce kyselin a zásad

Transkript

1 seminář Chemie Reakce kyselin a zásad Známe několik teorií, které charakterizují definují kyseliny a zásady. Nejstarší je Arrheniova teorie, která je platná pro vodné prostředí, podle které je kyselina látka schopná odštěpovat proton H + a zásada je látka schopná odštěpovat ion OH. Obecnější je teorie Brönstedova, dle které kyselina snadno odštěpuje proton H + (je donorem H + ), zásada proton H + snadno přijímá (je akceptorem H + ). např. HCl + H 2 O H 3 O + + OH - chlorovodík je ve vodě kyselinou (donor H + ) NH 3 + H 2 O NH OH - amoniak je ve vodě zásadou (akceptor H + ) Je třeba si uvědomit, že síla kyseliny (zásady) vždy záleží na prostředí, ve kterém se nachází, a dále kyselina je tím silnější, čímž snadněji proton odštěpuje (zásada tím silnější, čím snadněji proton přijímá). Některé látky (např. voda ) se mohou chovat - podle typu prostředí, ve kterém se nachází - někdy jako kyseliny, jindy jako zásady (jsou to tzv. amfolyty). K typickým reakcím kyselin a zásad patří neutralizační reakce (reakce kyseliny s hydroxidem za vzniku příslušné soli a vody). H 2 SO NaOH Na 2 SO H 2 O Reaguje-li kyselina s alkoholem, jde o esterifikaci, např. CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O Při reakci kyselin s neušlechtilým kovem může dojít k vytěsnění vodíku a vzniku soli, např.: Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 Některé kyseliny mohou mít navíc i oxidační účinky (konc. kys. dusičná, konc. kys. sírová) a reagují i s ušlechtilými kovy (bez vzniku vodíku!), např. 3 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) NO + 4 H 2 O Cu + 4 HNO 3 Cu(NO 3 ) NO H 2 O Výše uvedené vlastnosti a reakce kyselin i zásad budou tématem experimentální části semináře Kontrolní otázky: 1/ Jak se zbarví suchý ph papírek při reakci s parami HCl? 2/ Chlorovodík HCl je silnou kyselinou ve vodě. Jak se bude chovat HCl v kapalném amoniaku a jak v bezvodé kyselině sírové? 3/ Napište neutralizační reakci kyseliny mravenčí s hydroxidem sodným. 4/ Jak roste či klesá síla kyseliny v řadě HF HCl HBr - HI a proč? 5/ Co to je lučavka královská a jaké má vlastnosti?

2 Pokus 1 Měření ph vzorků Pomocí ph-metru určete ph několika vzorků, které používáte v běžném životě. Vzorky roztoků (např. mléko, mýdlo ), 2 kádinky, ph-metr, střička s destilovanou vodou; Před měřením se musí ph metr vždy nakalibrovat. Z časových důvodů, abyste zvládli všechny experimenty je váš přístroj již nakalibrován a připraven k měření. Do kádinky nalij zkoumaný vzorek a do vzorku ponoř elektrodu ph-metru. Elektroda by se neměla dotýkat stěn kádinky. Po změření ph každého vzorku je třeba elektrodu opakovaně opláchnout destilovanou vodou ze střičky. Úkol (1): Hodnoty ph předložených vzorků: číslo vzorku vzorek naměřené ph prostředí (kyselé, zásadité) Urči nejkyselejší vzorek..... nejzásaditější vzorek... Pokus 2 Potenciometrické stanovení koncentrace zásady Acidobasickou titrací stanovujeme obsah kyseliny (acid) nebo zásady (base) ve vzorku. Stanovení je založeno na neutralizační reakci, kterou můžeme vyjádřit jednoduchou rovnicí: HA + BOH AB + H 2 O kyselina zásada sůl voda Jedná-li se o reakci silné kyseliny HA a silné zásady BOH, proběhne neutralizace kvantitativně, zreaguje-li ekvimolární látkové množství reaktantů bod ekvivalence, který identifikujeme pomocí indikátoru nebo použitím přístrojů, v našem případě ph-metru. V bodě ekvivalence, je látkové množství kyseliny stejné jako látkové množství použité zásady: jestliže: pak platí: n HA = n BOH n = c. V c HA. V HA = c BOH. V BOH Stojan, střička s destilovanou vodou, byreta, kádinka 100 ml, elektromagnetická míchačka, míchadlo, ph-metr se skleněnou elektrodou; 0,1 mol/dm 3 roztok HCl (přesná koncentrace je uvedena na štítku na lahvi), vzorek NaOH o neznámé koncentraci

3 1. Z neznámého vzorku roztoku NaOH odpipetujeme 10 ml (V NaOH ) do kádinky a doplníme destilovanou vodou na cca 50ml. 2. Kádinku s roztokem položíme na elektromagnetickou míchačku. Do kádinky s roztokem vložíme míchadlo a vyzkoušíme si nastavení rychlosti otáček míchadla. 3. Míchačku vypneme. 4. Elektrodu vyjmeme z ochranného roztoku, opláchneme destilovanou vodou a ponoříme do roztoku NaOH o neznámé koncentraci tak, aby nedošlo ke styku míchadla a elektrody. 5. Zaznamenáme si počáteční hodnotu ph roztoku. 6. Titrujeme odměrným roztokem cca 0,1 mol/dm 3 HCl. Titrační činidlo přidáváme po 0,5 ml. Po každém přídavku kyseliny zamícháme roztok a po vypnutí míchačky změříme ph. 7. Titrujeme tak dlouho, až dojde k výrazné změně ph a po dalších třech až pěti po sobě následujících přídavcích titračního činidla se ph roztoku dále nemění. Tabulka pro záznam změny ph roztoku v důsledku přidávání titračního činidla spotřeba titračního činidla (ml) ph roztoku spotřeba titračního činidla (ml) ph roztoku Úkol (2): Zapiš chemickou rovnicí probíhající reakci Z naměřených hodnot sestav titrační křivku.

4 Obr. grafické zpracování závislosti ph na objemu titračního činidla - titrační křivka ph roztoku přídavek titračního činidla (ml) Urči z titrační křivky bod ekvivalence a spotřebu titračního činidla v tomto bodě. Vypočítej přesnou koncentraci titrovaného roztoku NaOH. Pokus 3 Barevné přechody indikátorů Pro určení kyselosti či zásaditosti roztoků používáme acidobasické indikátory. Jsou to vlastně slabé organické kyseliny nebo zásady, které při změně ph prostředí změní barvu (protonizovaná a deprotonizovaná forma indikátoru mají odlišné zbarvení). H Ind H + + Ind zkumavky, střička s destilovanou vodou sada různých indikátorů, zásaditý a kyselý roztok (0,1 mol/dm 3 HCl, 0,1 mol/dm 3 NaOH) Do jedné zkumavky nalij 1-2 cm 3 kyseliny do druhé 1-2 cm 3 zásady a do každé přikápni indikátor. Zjisti barevné přechody předložených indikátorů v kyselém a zásaditém prostředí. Vyber z nich indikátory vhodné pro acidobasické reakce.

5 Úkol (3): 1. Doplň do tabulky barevné přechody indikátorů při různém ph. indikátor kyselé prostředí barva zásadité prostředí barva acidobasický indikátor ANO - NE Pokus 4 Reakce koncentrované kyseliny sírové digestoř Petriho miska, Pasteurova pipeta, porcelánová miska, lžička, 2 zkumavky, skleněná tyčinka, lihový kahan, lžička, velká kádinka s vodou (na sběr chemického odpadu produktů)), střička s destilovanou vodou, gumové rukavice; konc.h 2 SO 4, cukr, špejle, skalice modrá, manganistan draselný, ethanol; a) dehydratační účinky konc. H 2 SO 4 Použijte ochranný štít Na Petriho misku dej vzorky látek (půl kostky cukru, špejle, pár krystalů skalice modré), na každou kápni konc.h 2 SO 4. Úkol (4a): 1. Zaznamenej a vysvětli pozorované změny látek: cukr. špejle - dřevo skalice modrá b) zapálení lihového kahanu bez ohně (reakce konc. H 2 SO 4 a KMnO 4 ) Použijte ochr. Štít DEMONSTRAČNĚ Na porcelánovou misku nalij asi 2-3 ml konc. H 2 SO 4 (použijeme Pasteurovu pipetu) a opatrně přisyp malou lžičku manganistanu draselného. Na skleněnou tyčinku naber vzniklou směs a přilož ji ke knotu lihového kahanu. Pozorované změny zaznamenej. Vzniklé produkty nalijeme do sběrné kádinky s vodou určené na chemický odpad. Úkol (4b): 1. Doplň a vyčísli chemické rovnice reakce probíhající v tomto experimentu. H 2 SO KMnO 4 Mn 2 O 7 + H 2 O Mn 2 O 7... MnO O O ethanol 2. Jakou barvu má oxid manganistý? Vysvětli probíhající chemický děj.

6 c) blesky ve zkumavce (reakce konc. H 2 SO 4 a KMnO 4 ) Použijte ochranný štít DEMONSTRAČNĚ Do zkumavky upevněné ve stojanu nalijeme do výšky asi 1-2 cm koncentrovanou kyselinu sírovou (použijte Pasteurovu pipetu) a opatrně ji převrstvíme stejným množstvím ethanolu (ethanol přiléváme po stěně zkumavky ze střičky). Dáváme přitom pozor, aby se roztoky vzájemně nepromíchaly. Do zkumavky pak přisypeme několik krystalků manganistanu draselného a pozorujeme reakci. Vzniklé produkty nalijeme do sběrné kádinky s vodou určené na chemický odpad (POZOR při vylévání reakční směsi s produkty může dojít ke vznícení nezreagovaného ethanolu. Rovnice: viz předchozí pokus 4b) Úkol (4c): Vysvětli probíhající chemický děj. Pokus 5 Reakce koncentrované kyseliny dusičné xanthoproteinová reakce Koncentrovaná kyselina dusičná se například používá k nitraci organických látek. Při reakci konc. HNO 3 s aromatickými aminokyselinami, které jsou vázány v bílkovinovém řetězci, vznikají žluté nitroderiváty, jejichž zbarvení se v alkalickém prostředí prohloubí do oranžova. Tato reakce se používá k důkazu bílkovin, podle žlutého zbarvení produktu nese název xanthoproteinová (xanthos žlutý). (aromatické aminokyseliny např. fenylalanin, tyrosin obsahují benzenové jádro) 5 zkumavek, 2 Pasteurovy pipety, kádinka (400 cm 3 ), kádinka na vodní lázeň (400 cm 3 ) skleněná tyčinka, lžička, gumové rukavice, ochranné brýle nebo štít; vzorky (např. uvařené vejce-bílek, kvasnice, mouka, sýr, škrob) konc.hno 3, 10% NaOH Do zkumavky se vzorkem přidej 5-6 kapek konc. HNO 3 a krátce zahřej v teplé vodní lázni. Po zchladnutí přidej cca 1 ml NaOH. Úkol (5): Na základě změny zbarvení reakční směsi rozhodni, zda vzorek obsahuje bílkoviny. vzorek zbarvení po reakci bílkovina ANO - NE

7 Pokus 6 Biuretová reakce Aminokyseliny jsou vázány v řetězci bílkoviny peptidovou vazbou CO NH. Charakteristickou reakcí bílkovin, konkrétně jejich peptidových vazeb, s měďnatými ionty Cu 2+ v alkalickém prostředí je biuretová reakce. Tuto reakci využij k důkazu bílkovin v několika látkách. 3 zkumavky, 2 odměrné zkumavky, stojan na zkumavky, Pasteurova pipeta, 3 skleněné tyčinky; vzorky látek, 5 % roztok síranu měďnatého, 2 % roztok hydroxidu sodného, střička s vodou; K bílku a poté k jednotlivým vzorkům (cca půl malé lžičky) ve zkumavkách přidej asi 1-2 cm 3 vody, směs dobře promíchej tyčinkou. Potom do zkumavek se vzorky přikápni 5-7 kapek roztoku měďnaté soli a zamíchej. Přilij 2-3 cm 3 roztoku hydroxidu sodného, promíchej. Podle zbarvení reakční směsi rozhodni, zda vzorek obsahuje bílkovinu. vzorek LÁTKA zbarvení obsahuje bílkovinu ANO - NE bílek Úkol (6): Jaké zbarvení má reakční směs obsahující bílkovinu - produkt biuretové rekce... Pokus 7 Esterifikace a) příprava vonné esence butylesteru resp. amylesteru kyseliny octové zkumavka, 2 odměrné zkumavky nebo pipety, 2 kádinky (250, 400 cm 3 ), Pasteurova pipeta, hodinové sklo, skleněná tyčinka, elektrický vařič, ochranný štít nebo brýle; butanol (C 4 H 9 OH), amylalkohol (C 5 H 11 OH), chlorid sodný (NaCl), koncentrovaná octová kyselina (CH 3 COOH), koncentrovaná kyselina sírová (H 2 SO 4 ); Do kádinky s malým množstvím studené vody vlož zkumavku, do které odměř v tomto pořadí 1 cm 3 octové kyseliny; 1,5 cm 3 butanolu nebo amylalkoholu a opatrně přidej po kapkách cca 0,5 cm 3 koncentrované kyseliny sírové (použij ochranný štít) a míchej tyčinkou. Zkumavku s reakční směsí zahřívej a míchej na vodní lázni téměř k varu (3-5 min.). Po vychladnutí nalij část vzniklého produktu na hodinové sklíčko s trochou pevného chloridu sodného. Posléze opatrně ke sklíčku přivoň. Do zbylé části reakční směsi ve zkumavce nasyp 1 lžičku NaCl, důkladně promíchej a přilij cca 2-3 cm 3 destilované vody a opět promíchej. Zkumavku nechej chvíli v klidu ve stojanu, pozoruj obsah ve zkumavce a poté přivoň k ústí zkumavky.

8 Úkol (7a): Napiš chemickou rovnici probíhající reakce... Popiš změny ve zkumavce a jakou vůni jsi připravil... b) hoření methylesteru kyseliny borité stojan, držák, síťka, vařič resp. plynový kahan, špejle, zápalky, skleněná baňka, zátka se skleněnou trubičkou (až 1 m dlouhá), lžička; kyselina boritá, methanol (F, T) Do baňky upevněné na stojanu nasyp 2 lžičky kyseliny borité a přidej 20 cm 3 methanolu. Baňku uzavři zátkou se skleněnou trubičkou opatrně zahřívej. Po chvíli k ústí trubičky přilož hořící špejli. Pozoruj zbarvení plamene. Úkol (7b): Doplň chemickou rovnici probíhající reakce H 3 BO CH 3 OH H 2 O trimethylester kyseliny borité Jakou barvu má plamen hořícího esteru?... Pokus 8 Tajné písmo psané zředěnou kyselinou sírovou kousek filtračního papíru 20x20 cm, skleněná tyčinka nebo štětec, kádinka, kelímková svíčka; 5% H 2 SO 4 Na filtrační papír nakresli jednoduchý obrázek roztokem kyseliny sírové a poté ho nechej volně uschnout. Vysušený papír opatrně zahřívej nad plamenem svíčky. POZOR ať papír nechytne od plamene a nezačne hořet!!! Úkol (8): Vysvětli zviditelnění tajného písma