高一化学研究性学习_高一化学上期末解析

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（－）情况简介课题名称：酸碱指示剂 学科领域：化学 小组学生：杨阳，刘铭，谢娴，马梅，向乐快，李春芮 指导老师：顾兴华 起止时间：2012 年 1 月 15 日~2012 年 2 月 7 日 背景说明：在每一天的生活中，我们几乎都会与酸碱接触，它们在生活中的作用广 泛，不管是吃的，用的，洗的东西，都有它们的身影。比如洗衣液和油烟净，一定量 的碱，在碱性条件下表面活性剂可以通过润湿 渗透 乳化 增容 吸附作用，从而达到 去污的作用。我们平时作饭时用碳酸氢钠来发酵面团，吃的水果。以及医药上治疗胃 酸；电镀厂排的污水和土壤的中和等等，都与酸碱有密切的关系。因此，了解酸碱指 示剂，进而了解更多的酸碱知识，能使我们更贴进生活。课题的价值及意义：（1）通过这次研究性学习让我们深入了解酸碱指示剂极其在生活，化学实验中的 作用。（2）通过这次研究性学习让我们更加了解生活中各种东西的酸碱性，以便更好的 利用它们。（3）通过这次实践活动，让学生初步把握收集 分析 处理信息的手段 方法，养成与 他人合作的态度和能力，提高动手能力。课题研究的方法：（1）采用多种方式途径收集资料（上网下载 去图书馆查阅 调查访问）等，并 能对资源筛选，整理，分析。（2）经历发现，分析，解决问题的研究过程，初步学会探究的方法，写出报告。课题研究的分工及任务：（1）查阅书籍 2012-1-15 了解酸碱指示剂的原理 来历。刘铭（2）收集资料 2012-1-21 采取各种方法了解酸碱指示剂的基本信息，用 途等等。杨阳（3）实验 2012-1-30 亲自动手做酸碱指示剂，并用其来测一些生活中常 见物质的酸碱性。刘铭（4）实地探寻和问卷调查 2012-2-3 寻找生活中的酸碱性质的物品，了解 他们的好处与坏处。杨阳（5）2012-2-6 得出结论，写出报告。杨阳（=）研究的主要内容 ⑴部分中学化学常见的酸碱指示剂①石蕊的名片： 名字的由来：其实，石蕊试剂是从一种叫石蕊地衣的植物中提取出来的。石蕊地衣(litmus li2chen)生长在中高海拔向阳的岩石上，植株矮小，但能通过其分泌的地衣酸促进高山岩石的逐渐风化、解体，对土壤的 形成有重要的作用。石蕊的性状为蓝紫色粉末，是从地衣植物中取得到的蓝色色素，能部分 溶于水而显紫色。是一种常见的酸碱指示剂，能溶于水或酒精。变色范围 pH=5.0-8.0 之间。是一种弱的有机酸，相对分子质量为 3300，在酸碱溶 液的不同作用下，能发生共 结构的改变而变色。中文名称：石蕊 英文名称：Litmus CAS 号：1393-92-6 等级：Ind MDL 号：MFCD00131528 EC 号：215-739-6石蕊的变色原理：

在溶液中，随着溶液酸碱性的变化，其分子结构发生改变而呈现出不同的 颜色变化。在酸性溶液里，分子是其存在的主要形式，使溶液呈红色;（由于[H+]增 大，平衡向左移）。在碱性溶液里，石蕊水解发生的电离平衡向右移动，电离产生的酸根离子 是其存在的主要形式，故使溶液呈蓝色;（由于[OH-]增大，平衡右移）。在中性溶液里，分子和酸根离子共存，因而溶液呈紫色。（[HZ]=[Z-]）遇酸 变红 PH8.0二氧化碳与水反应可生成碳酸，碳酸可使紫色石蕊变红。②酚酞的名片： 酚酞为白色或微黄色的结晶或粉末，在空气中稳定。是一种有机弱酸。熔点 258-262℃，相对密度 1.27。1g 溶于 12ml 乙醇、约 100ml 乙醚，溶于稀碱溶液呈深色，极微溶于氯仿，不溶于水，无臭，无味。由邻苯二 甲酸酐和苯酚在加入脱水剂的条件下加热至 115-120℃进行缩合制得。危险说明：危险代码:Xn 危险等级:40 安全等级:36/37 中文名称： 酚酞 英文名称： Phenolphthalein 英文别名： 3,3-Bis(4-hydroxyphenyl)-1(3H)-isobenzofuranone 等级： IND CAS 号：77-09-8 分子式： C20H14O4 分子量： 318.32 酚酞的变色原理：它在酸性溶液中，浓度较高时，形成无色分子。但随着溶液中 H+浓度的减 小，OH-浓度的增大，酚酞结构发生改变，并进一步电离成红色离子这个转 变过程是一个可逆过程，如果溶液中 H+浓度增加，上述平衡向反方向移动，酚酞又变成了无色分子。因此，酚酞在酸性溶液里呈无色，当溶液中 H+浓 度降低，浓度升高时呈红色。酚酞的变色范围是 pH 8.0～10.0。酚酞的醌式或醌式酸盐，在碱性介质中是很不稳定的，它会慢慢地转 化成无色的羧酸盐式因此做氢氧化钠溶液使酚酞显色实验时，要用氢氧化 钠稀溶液，而不能用浓溶液。③甲基橙的名片： 甲基橙，为橙红色鳞状晶体或粉末。微溶于水，较易溶于热水，不溶于乙 醇。显碱性。0.1％的水溶液是常用的酸碱指示剂，pH 值变色范围 3.1(红)4.4(黄)，测定多数矿酸、强碱和水的碱度。容量测定锡(热时 Sn2+(2+上标)使甲基橙褪色)。强还原剂(Ti3+(3+上标)、Cr2+(2+上标)和强氧化剂(氯、溴)的消色指示剂。其结构简式如图： 在溶液中存在着偶氮式黄色分子和醌式红色离子的相互转化。偶氮式 + 黄色分子遇到 H 可以转化成醌式红色离子，醌式红色离子遇到 OH 可以转 化成偶氮式黄色分子。即当溶液酸碱性改变时，其平衡发生移动，指示剂 甲基橙的结构会发生变化，从而使得溶液的颜色也发生改变。当溶液的 P H4.4 时，甲基橙在溶 液中显示碱色黄色，如果溶液的 PH 介于 3.1 和

和 4.4 之间，此时溶液呈现的 是红色和黄色之间的过渡色橙色。危险级别：第六级 毒性物质。危险特性： 侵入途径：吸入，皮肤/眼睛接触，食入 健康危害：食入具有毒性 环境危害：为水污染物质 染爆危险：不可燃物质￥￥￥￥ 微弱的独特气味的橘色固体 ④变色范围： 变色范围简单地讲就是指示剂实现颜色变化的 PH 区域，指示剂的变色范 围越小，灵敏度越高，变色范围越大，灵敏度越低。在实际工作中，肉眼是难以准确地观察出指示剂变色点颜色的微小的 改变。人们目测酸碱指示剂从一种颜色变为另一种颜色的过程，只能在一 定的 pH 变化范围内才能发生，即只有当一种颜色相当于另一种颜色浓度 的十倍时才能勉强辨认其颜色的变化。在这种颜色变化的同时，介质的 pH 值则由一个值变到另一个值。当溶液的 pH 值大于 pKHIn 时, [In-]将大于 [HIn]且当[In-]/[HIn]=10 时，溶液将完全呈现碱色成分的颜色，而酸色被 遮盖了，这时溶液的 pH=pKHIn + 1。同理，当溶液的 pH 值小于 pKHIn 时, [In-]将小于[HIn]且当[In-]/[HIn]=1/10 时，溶液将完全呈现酸色成分的 颜色，而碱色被遮盖了，这时溶液的 pH=pKHIn1 到 pH=pKHIn + 1 的范围内变化的，这个范围称为指示剂的变色范围即变色域。在变色范围内，当溶液的 pH 值改变时，碱色 成分和酸色成分的比值随之改变，指示剂的颜色也发生改变。超出这个范 围，如 pH≥pKHIn + 1 时，看到的只是碱色；而在 pH≤pKHIn-1 时，则看 到的只是酸色。因此指示剂的变色范围约 2 个 pH 单位。由于人的视觉对 各种颜色的敏感程度不同，加上在变色域内指示剂呈现混合色，两种颜色 互相影响观察，所以实际观察结果与理论值有差别，大多数指示剂的变色 范围小于 2 个 PH 单位。酸碱指示剂 变色范围 pKHIn 颜色 浓度 用量酸 色 百里酚蓝 1.2～2.8 1.65 红碱 色 黄 0.1% 的 20% 酒精溶液滴/10%试液1～2甲基黄2.9～4.03.3红黄0.1% 的 90% 酒精溶液1甲基橙3.1～4.43.40红黄0.05 的水溶 液1溴酚蓝3.0～ 4.63.85黄蓝 紫0.1%的 20% 酒精溶液 0.1%的 60% 酒精溶液1甲基红4.4～6.24.95红黄1溴百里酚蓝6.2～7.67.1黄蓝0.1%的 20% 酒精溶液1中性红6.8～8.07.4红黄0.1%的 60%酒精 溶液1酚红6.7～8.47.9黄红0.1%的 60% 酒精溶液1酚酞8.0～10.09.1无红0.5%的 90% 酒精溶液1～3百里酚酞9.4～10.610.0无蓝0.1%的 90%酒精 溶液1～2⑤酸碱指示剂的发现： 酸碱指示剂是检验溶液酸碱性的常用化学试剂，像科学上的许多其它发现一 样，酸碱指示剂的发现是化学家善于观察、勤

于思考。勇于探索的结果。300 多年前，英国年轻的科学家罗伯特·波义耳在化学实验中偶然捕捉到一种奇 特的实验现象，有一天清晨，波义耳正准备到实验室去做实验，一位花木工为他 送来一篮非常鲜美的紫罗兰，喜爱鲜花的波义耳随手取下一块带进了实验室，把 鲜花放在实验桌上开始了实验，当地从大瓶里倾倒出盐酸时，一股刺鼻的气体从 瓶口涌出，倒出的淡黄色液体世冒白雾，还有少许酸沫飞溅到鲜花上，他想“真 可惜，盐酸弄到鲜花上了”，为洗掉花上的酸沫，他把花用水冲了一下，一会儿 发现紫罗兰颜色变红了，当时波义耳既新奇又兴奋，他认为，可能是盐酸使紫罗 兰颜色变红色，为进一步验证这一现象，他立即返回住所，把那篮鲜花全部拿到 实验室，取了当时已知的几种酸的稀溶液，把紫罗兰花瓣分别放入这些稀酸中，结果现象完全相同，紫罗兰都变为红色。由此他推断，不仅盐酸，而且其它各种 酸都能使紫罗兰变为红色。他想，这太重要了，以后只要把紫罗兰花瓣放迸溶液，看它是不是变红色，就可判别这种溶液是不是酸。波义耳感到很新奇，同时更感 兴趣，偶然的发现，激发了科学家的探求欲望，他决心探根究底、搞个水落石出。波义尔又用 HNO3（硝酸）、H2SO4（硫酸）、CH3COOH（醋酸）做实验，结果完 全相同———花瓣全变成了红色。后来，他又弄来其它花瓣做试验，并制成花瓣 的水或酒精的浸液,用它来检验是不是酸，同时用它来检验一些碱溶液，也产生 了一些变色现象。经过反复实验，波义耳认定紫罗兰花的浸出液，可用于检验溶 液是否呈酸性。这位追求真知，永不困倦的科学家，为了获得丰富、准确的第一手资料，他 还采集了药草、牵牛花，苔藓、月季花、树皮和各种植物的根……泡出了多种颜 色的不同浸液，有些浸液遇酸变色，有些浸液遇碱变色，不过有趣的是，他从石 蕊苔藓中提取的紫色浸液，酸能使它变红色，碱能使它变蓝色，这就是最早的石 蕊试液，波义耳把它称作指示剂。为使用方便，波义耳用一些浸液把纸浸透、烘 干制成纸片，使用时只要将小纸片放入被检测的溶液，纸片上就会发生颜色变化，从而显示出溶液是酸性还是碱性。现在，我们使用的石蕊、酚酞试纸、pH 试纸，就是根据波义耳的发现原理研制而成的。从此，石蕊试剂广泛应用于检验溶液的 酸碱性。波义耳这项重大发明是在 1646 年，直到几百年后的现在，仍在普遍采 用。我们今天能十分容易地检测出溶液的酸碱性，这应该感谢伟大的波义耳!后来，随着科学技术的进步和发展，许多其它的指示剂也相继被另

一些科 学家所发现。