Условие
В трёх пробирках находятся растворы с pH меньше семи, равным семи и больше семи. Объясни, что означает каждое значение и какую среду оно описывает. Затем определи, какой индикатор подойдёт для каждой пробирки, и найди характер среды для растворов Na₂SO₄ и Na₂S.
Что известно и что ищем
- Известны три значения водородного показателя относительно семи и два вещества для определения среды.
- Ищем: перевод значения pH в словесное описание среды, подбор индикатора и определение среды солей через гидролиз.
- Отдельно нужно понять, почему pH не зависит от концентрации соли напрямую, а зависит от того, какие ионы в растворе.
Ход решения
- Шаг 1. Разбираем смысл шкалы. Водородный показатель связан с концентрацией ионов водорода логарифмической зависимостью: чем больше ионов водорода, тем меньше значение pH. Нейтральная среда — это pH около семи, где концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов равны.
- Шаг 2. Читаем три значения. pH меньше семи означает, что ионов водорода больше, чем гидроксид-ионов, — среда кислотная. pH равен семи — среда нейтральная. pH больше семи — ионов водорода меньше, чем гидроксид-ионов, среда щелочная.
- Шаг 3. Подбираем индикаторы. В кислой среде лакмус и метилоранж краснеют, универсальный индикатор даёт красно-оранжевый цвет. В нейтральной среде лакмус фиолетовый, метилоранж оранжевый. В щелочной среде лакмус синеет, метилоранж желтеет, а фенолфталеин становится малиновым. Для практики удобнее всего фенолфталеин там, где ждут щёлочь, и метилоранж там, где ждут кислоту.
- Шаг 4. Определяем среду Na₂SO₄. Эта соль образована сильным основанием NaOH и сильной кислотой H₂SO₄. Оба иона с водой не реагируют, гидролиза нет, среда нейтральная: pH около семи.
- Шаг 5. Определяем среду Na₂S. Основание сильное, а кислота — сероводородная H₂S, слабая и летучая. Слабое звено — сульфид-ион: он оттягивает у воды водород и оставляет гидроксид-ионы. Среда щелочная, pH больше семи, фенолфталеин даст малиновое окрашивание.
- Шаг 6. Формулируем общий порядок действий. Сначала определяем ионный состав раствора, потом выясняем, есть ли слабый ион, затем делаем вывод о среде и только на последнем шаге выбираем индикатор для проверки. Обратный порядок — «сначала посмотрю цвет, потом подумаю» — годится только для самопроверки, потому что цвет индикатора сам требует объяснения.
Проверь себя
- Ответ: pH меньше семи — кислотная среда, около семи — нейтральная, больше семи — щелочная; Na₂SO₄ даёт нейтральный раствор, Na₂S — щелочной.
- Проверка вывода: вывод о среде обязан опираться на ионный состав, а индикатор — подтверждать его. Для Na₂SO₄ подойдёт любой индикатор: он покажет нейтральный цвет. Для Na₂S лучше взять фенолфталеин — он реагирует именно на появление гидроксид-ионов.
- Ловушка: считать, что pH — это просто «номер кислотности, который надо запомнить». Смысл показателя в соотношении ионов водорода и гидроксид-ионов, поэтому переход через семь всегда означает смену характера среды, и никакие промежуточные значения этого не отменяют.
Как объяснить ребёнку
«pH — это линейка кислотности. Середина линейки (семь) — это равновесие, когда плюсов и минусов в растворе поровну. Сдвинулись влево — стало больше ионов водорода, раствор кислый. Сдвинулись вправо — стало больше гидроксид-ионов, раствор щелочной. А индикатор — это просто переводчик: он показывает на линейке то место, куда сдвинулся раствор, и делает это цветом».
Тема для отчёта родителю
«pH и индикаторы: как определить среду раствора и проверить себя».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.