Условие задания:
Артём, Игорь и Ира получили от учителя по две пробирки с растворами азотной кислоты и гидроксида лития, а также раствор фенолфталеина. Используя выданные реактивы, учащиеся должны экспериментально доказать, что между кислотой и щёлочью происходит реакция нейтрализации.
Учащиеся начали выполнять задание.
Артём добавил к выданному раствору азотной кислоты несколько капель раствора фенолфталеина.
Игорь прилил немного раствора фенолфталеина к раствору гидроксида лития.
Ира слила содержимое пробирок с растворами азотной кислоты и гидроксида лития.
Кто из учащихся нарушил методику проведения опыта? Почему так они не смогут экспериментально доказать, что происходит реакция нейтрализации? Обоснуй ответ.
Решение:
Для экспериментального доказательства реакции нейтрализации между кислотой и щелочью с использованием фенолфталеина необходимо:
- Взять раствор щелочи (гидроксида лития).
- Добавить в него несколько капель фенолфталеина. Раствор должен окраситься в малиновый цвет, так как щелочь создает щелочную среду.
- Постепенно приливать раствор кислоты (азотной кислоты) к окрашенному раствору щелочи, постоянно перемешивая.
- Моментом завершения нейтрализации будет исчезновение малиновой окраски фенолфталеина. Это будет свидетельствовать о том, что вся щелочь прореагировала с кислотой, и среда стала нейтральной или слабокислой.
Теперь проанализируем действия каждого учащегося:
1. Артём:
Артём добавил фенолфталеин к раствору азотной кислоты. Азотная кислота (\(\text{HNO}_3\)) — это сильная кислота. В кислой среде фенолфталеин остается бесцветным. Поэтому, добавив фенолфталеин к кислоте, Артём не увидит никаких изменений цвета. Если он затем добавит щелочь, то раствор так и останется бесцветным до тех пор, пока кислота не будет полностью нейтрализована и среда не станет щелочной. Но цель опыта — показать нейтрализацию, то есть исчезновение цвета, а не его появление. Таким образом, Артём нарушил методику, так как не создал условия для визуального наблюдения за изменением среды в процессе нейтрализации.
2. Игорь:
Игорь прилил немного раствора фенолфталеина к раствору гидроксида лития. Гидроксид лития (\(\text{LiOH}\)) — это щелочь. В щелочной среде фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет. Это правильный первый шаг. Если после этого Игорь начнет добавлять азотную кислоту, он сможет наблюдать исчезновение малиновой окраски, что и будет доказательством реакции нейтрализации. Таким образом, Игорь начал опыт правильно.
3. Ира:
Ира слила содержимое пробирок с растворами азотной кислоты и гидроксида лития. Она смешала кислоту и щелочь, но не использовала индикатор. Как мы знаем из предыдущей задачи, реакция нейтрализации между сильной кислотой и сильной щелочью (как в данном случае: \(\text{HNO}_3\) и \(\text{LiOH}\)) не сопровождается видимыми изменениями (нет осадка, газа, изменения цвета). Поэтому, просто смешав растворы, Ира не сможет экспериментально доказать, что реакция нейтрализации произошла. Она нарушила методику, не используя индикатор для визуализации процесса.
Выводы:
- Кто из учащихся нарушил методику проведения опыта? Артём и Ира.
- Почему так они не смогут экспериментально доказать, что происходит реакция нейтрализации?
- Артём: Добавив фенолфталеин к кислоте, он не получит окрашенного раствора, который мог бы обесцветиться при нейтрализации. Фенолфталеин бесцветен в кислой среде.
- Ира: Она не использовала индикатор. Реакция нейтрализации между сильной кислотой и сильной щелочью не имеет внешних признаков (нет осадка, газа, видимого изменения цвета), поэтому без индикатора невозможно экспериментально доказать её протекание.
Обоснование ответа:
Для экспериментального доказательства реакции нейтрализации между кислотой и щелочью с помощью фенолфталеина необходимо, чтобы индикатор изначально находился в щелочной среде, где он имеет характерную окраску (малиновую). Затем при добавлении кислоты эта окраска должна исчезнуть, что будет свидетельствовать о нейтрализации щелочи.
Артём нарушил методику, добавив фенолфталеин в азотную кислоту. В кислой среде фенолфталеин бесцветен, поэтому он не сможет наблюдать исчезновение цвета, которое является доказательством нейтрализации.
Ира нарушила методику, не используя фенолфталеин вообще. Реакция между азотной кислотой и гидроксидом лития (\(\text{HNO}_3 + \text{LiOH} \rightarrow \text{LiNO}_3 + \text{H}_2\text{O}\)) не сопровождается видимыми изменениями (нет осадка, газа, изменения цвета раствора), поэтому без индикатора невозможно экспериментально доказать её протекание.
Игорь поступил правильно, добавив фенолфталеин в раствор гидроксида лития (щелочи), который окрасится в малиновый цвет. Затем, при добавлении азотной кислоты, он сможет наблюдать обесцвечивание раствора, что будет являться доказательством реакции нейтрализации.