10. Испытание растворов кислот, оснований и солей индикаторами

Определения и обозначения

Кислотно-основные индикаторы — вещества, окраска которых зависит от кислотности среды. Если изменить состав раствора, цвет индикатора может измениться. Это позволяет судить о среде без сложных приборов и расчётов.

Лакмус — индикатор, который в кислой среде краснеет, в щелочной синеет, а в нейтральной сохраняет фиолетовую окраску. Он удобен, когда нужно отличить все три типа среды. Для правильного вывода сравнивают наблюдаемый цвет именно с окраской лакмуса.

Метилоранж — индикатор, который в кислой среде краснеет, а в щелочной и близкой к нейтральной среде имеет жёлтую окраску. Поэтому он помогает обнаружить кислую среду, но сам по себе не всегда позволяет различить нейтральный и щелочной растворы. Его цвет нельзя толковать по правилам для лакмуса.

Фенолфталеин — индикатор, бесцветный в кислой и нейтральной среде и малиновый в щелочной. Он хорошо показывает наличие щелочной среды. Если окраска не появилась, для дальнейшего вывода потребуется другой индикатор.

Как это устроено

Окраска индикатора меняется не случайно: частицы индикатора в растворе могут существовать в разных формах. Кислотность среды влияет на соотношение этих форм, а каждая из них по-своему поглощает свет. Поэтому меняется цвет, который видит наблюдатель. Сравнение цвета с известными признаками превращает индикатор в способ распознавания среды.

В растворах кислот лакмус становится красным, метилоранж тоже краснеет, а фенолфталеин остаётся бесцветным. Одинаковый красный цвет первых двух веществ не означает, что это один и тот же индикатор: у каждого есть собственный набор окрасок для разных сред. Фенолфталеин также нельзя считать неработающим только потому, что его не видно: в кислоте отсутствие малинового цвета ожидаемо. Для уверенного заключения наблюдение сопоставляют с поведением выбранного вещества.

В растворе основания лакмус синеет, метилоранж становится жёлтым, а фенолфталеин — малиновым. Различие цветов помогает распознать щелочную среду и одновременно проверить, какой именно индикатор добавлен. Особенно наглядна малиновая окраска фенолфталеина: в рамках этой таблицы она указывает на щелочную среду. При этом жёлтый метилоранж не отличает её от нейтральной среды, поэтому одного его показания может быть недостаточно.

Соль образована положительными и отрицательными ионами, и после растворения они оказываются в воде. Некоторые из этих ионов взаимодействуют с водой; в результате меняется состав раствора и его реакция среды. Поэтому слово «соль» само по себе не говорит, будет ли раствор кислым, нейтральным или щелочным. Тип среды выясняют по составу соли и, если требуется, проверяют индикаторами.

Несколько индикаторов дают больше информации, чем один: их показания можно сопоставить и проверить, согласуются ли они с одной и той же средой. Например, красный лакмус и красный метилоранж указывают на кислую среду, а синий лакмус вместе с жёлтым метилоранжем — на щелочную. Однако каждый цвет имеет смысл только при известном названии индикатора. Используйте таблицу окрасок и учитывайте, какие среды конкретное вещество позволяет различить.

Окраска индикаторов в растворах кислот, оснований и нейтральной среде

Сначала найдите в таблице название использованного индикатора, затем сравните его наблюдаемую окраску с тремя средами. Если цвет подходит сразу к нескольким столбцам, одного индикатора недостаточно. Тогда проверьте раствор другим индикатором, который различает оставшиеся варианты.

Разбор задач

Задача 1. В раствор добавили лакмус, и он покраснел. Определите среду раствора. Здесь важно учитывать, что цвет относится именно к лакмусу, а не к произвольному индикатору. Сверимся с его окрасками для трёх сред.

1. Красный лакмус соответствует кислой среде.
2. В нейтральной среде лакмус фиолетовый, а в щелочной — синий.
3. Значит, наблюдаемый красный цвет позволяет выбрать кислую среду.

Ответ: раствор имеет кислую среду.

Задача 2. В три бесцветных образца добавили фенолфталеин: первый стал малиновым, остальные не изменили окраску. Что можно заключить о среде каждого образца и почему для двух последних вывода недостаточно? Рассмотрим сначала окрашенный образец, а затем учтём, что фенолфталеин бесцветен в двух разных средах. Это ограничение не позволяет приравнять отсутствие окраски к нейтральности.

1. Малиновая окраска фенолфталеина означает щелочную среду первого образца.
2. Второй и третий образцы могут быть кислыми или нейтральными, поскольку в обоих случаях фенолфталеин бесцветен.
3. Чтобы различить эти варианты, добавим к отдельным пробам лакмус или метилоранж и сравним результат с таблицей.

Ответ: первый образец щелочной; среду двух остальных по фенолфталеину определить нельзя — нужен другой индикатор.

Задача 3. Растворы трёх солей испытали лакмусом и метилоранжем: в первом оба индикатора показывают кислую среду, во втором — нейтральную, в третьем — щелочную. Распределите растворы по типам среды и объясните, почему одного названия «соль» недостаточно для предсказания окраски. Показания двух индикаторов позволяют соотнести каждый образец с реакцией среды. Затем нужно объяснить, почему результаты для солей могут различаться.

1. Первый раствор имеет кислую среду: индикаторы согласованно указывают на неё.
2. Второй раствор имеет нейтральную среду, а третий — щелочную; классифицируем их по указанным показаниям обоих индикаторов.
3. Растворы солей могут различаться, потому что их ионы по-разному взаимодействуют с водой, изменяя реакцию среды.

Ответ: первый раствор кислый, второй нейтральный, третий щелочной. Названия «соль» недостаточно: среда определяется составом соли и поведением её ионов в воде.

Типичные ошибки

Считать любой раствор соли нейтральным. Это неверно: взаимодействие ионов разных солей с водой может приводить к кислой, нейтральной или щелочной среде. Так думают, потому что нейтральную среду связывают с общим представлением о солях. Проверьте себя вопросом: известен ли состав соли и есть ли данные об окраске индикаторов?

Считать отсутствие окраски фенолфталеина доказательством нейтральности. Фенолфталеин бесцветен также в кислой среде, поэтому такой вывод не следует из наблюдения. Ошибка возникает, когда запоминают только его малиновый цвет в щёлочи. Для проверки используйте лакмус или метилоранж.

Путать окраски лакмуса и метилоранжа. У обоих индикаторов в кислоте красная окраска, но в щелочной среде лакмус синий, а метилоранж жёлтый. Путаница появляется, если запомнить один цвет, не связав его с названием вещества. Сверяйте каждое наблюдение с отдельной строкой таблицы.

Определять среду по цвету самого раствора. Собственная окраска раствора может быть связана с растворённым веществом и не указывать на кислотность. Такая ошибка возможна, если не отделять цвет образца от цвета добавленного индикатора. Проверка проста: установите, какой индикатор использован, и сравните именно его окраску с таблицей.

Связь с другими темами

Перед этой темой нужно знать формулы кислот, оснований и солей, а также уметь различать кислую, нейтральную и щелочную среду. Эти знания помогают понять, что именно проверяет индикатор и как толковать его цвет. Позже испытание индикаторами пригодится при изучении гидролиза солей — взаимодействия ионов соли с водой. Оно также используется для определения реакции среды растворов и в кислотно-основных опытах.

Что запомнить

• Окраска кислотно-основного индикатора зависит от среды раствора.
• В кислой среде лакмус красный, метилоранж красный, фенолфталеин бесцветный.
• В щелочной среде лакмус синий, метилоранж жёлтый, фенолфталеин малиновый.
• Фенолфталеин не различает кислую и нейтральную среду: в обеих он бесцветен.
• Раствор соли может иметь кислую, нейтральную или щелочную реакцию среды.
• Для надёжного вывода об окраске важно знать, какой именно индикатор использован.