Enghraifft o Gwestiynau Trafod Hydrolysis Halen
Mae hydrolysis halen yn ffenomen gemegol sy'n cynnwys adwaith halen â dŵr, gan gynhyrchu asid neu fas fel sgil-gynnyrch. Mae'r broses hon yn aml yn bwnc pwysig mewn gwersi cemeg oherwydd gall deall hydrolysis halen roi cipolwg sylfaenol ar briodweddau toddiannau a chynorthwyo wrth bennu pH toddiannau. Yn yr erthygl hon, byddwn yn trafod sawl problem enghreifftiol a'u hatebion sy'n gysylltiedig â hydrolysis halen.
Cysyniadau Sylfaenol Hydrolysis Halen
Mae hydrolysis halen yn digwydd pan fydd halen yn dadelfennu mewn dŵr ac mae ei ïonau'n adweithio â moleciwlau dŵr i gynhyrchu asid neu fas. Ni fydd pob halen yn hydrolysu mewn dŵr; mae rhai yn niwtral, sy'n golygu nad ydynt yn newid pH y toddiant. Fodd bynnag, gall rhai halwynau gynhyrchu toddiannau asidig neu fasig, yn dibynnu ar ffynhonnell yr asid a'r bas a ffurfiodd yr halen.
Er mwyn deall y mecanwaith hwn, mae'n bwysig gwybod bod:
– Fel arfer nid yw halwynau asidau cryf a basau cryf (fel NaCl) yn cael eu hydrolysu ac mae'r toddiant yn aros yn niwtral.
– Mae halwynau asidau gwan a basau cryf (fel CH3COONa) fel arfer yn cynhyrchu toddiannau basig.
– Mae halwynau asidau cryf a basau gwan (fel NH4Cl) fel arfer yn cynhyrchu toddiannau asidig.
– Gall halwynau asidau gwan a basau gwan adweithio â dŵr a phennu'r pH terfynol yn dibynnu ar gryfderau cymharol yr asid a'r bas.
Cwestiynau Enghreifftiol a Thrafodaeth
Cwestiwn 1: Hydrolysis Potasiwm Asetad (CH3COOK)
Cwestiwn:
A yw hydoddiant asetad potasiwm (CH3COOK) yn asidig, yn sylfaenol, neu'n niwtral? Ysgrifennwch yr adwaith hydrolysis sy'n digwydd a phennwch pH yr hydoddiant.
Trafodaeth:
Mae potasiwm asetad (CH3COOK) yn halen o asid gwan (asid asetig, CH3COOH) a sylfaen gref (potasiwm hydrocsid, KOH). O hyn, gallwn ddod i'r casgliad bod y toddiant CH3COOK yn debygol o fod yn alcalïaidd oherwydd gall yr ïon asetad (CH3COO⁻) hydrolysu mewn dŵr.
Mae'r adwaith fel a ganlyn:
\[ CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^- \]
Mae ïonau asetad (CH3COO⁻) yn derbyn protonau (H⁺) o ddŵr (H2O) i ffurfio asid asetig (CH3COOH) ac ïonau hydrocsid (OH⁻). Mae presenoldeb ïonau hydrocsid (OH⁻) mewn toddiant yn ei wneud yn alcalïaidd.
I bennu pH, mae angen crynodiad yr ïonau OH⁻ arnom. Er enghraifft, mae gennym doddiant CH3COOK 0,1 M ac mae cysonyn ïoneiddio asid asetig (Ka) yn 1,8 × 10⁻⁵.
Y camau a gymerwyd yw:
1. Gan ddefnyddio'r cysonyn sylfaen (Kb) ar gyfer yr ïon CH3COO⁻:
[K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \]
2. Dadunwch ïonau CH3COO⁻ mewn hydoddiant:
\[ K_b = \frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]} \]
Gadewch i'r radd daduniad fod yn 'x':
[5,56 × 10⁻⁷ = \frac{x²}{0,1-x}]
Gan anwybyddu'r \(x\) bach yn yr enwadur, gallwn symleiddio:
\[ x^2 \approx 5,56 \times 10^{-11} \Rightarrow x = \sqrt{5,56 \times 10^{-11}} = 7,45 \times 10^{-6} \]
Crynodiad OH⁻:
\[ [OH^-] = 7,45 \times 10^{-6} \]
pOH yr hydoddiant:
[pOH = -log [OH-] = -log (7,45 × 10-6) tua 5,13]
Gan ddefnyddio'r berthynas rhwng pH a pOH:
\[ pH = 14 – pOH = 14 – 5,13 = 8,87 \]
Felly, mae toddiant CH3COOK yn sylfaenol gyda pH o tua 8,87.
Cwestiwn 2: Hydrolysis Clorid Amoniwm (NH4Cl)
Cwestiwn:
A yw hydoddiant amoniwm clorid (NH4Cl) yn asidig, yn sylfaenol, neu'n niwtral? Ysgrifennwch yr adwaith hydrolysis sy'n digwydd a phennwch pH yr hydoddiant.
Trafodaeth:
Mae clorid amoniwm (NH4Cl) yn halen o asid cryf (HCl) a sylfaen wan (NH3). O hyn, gallwn ddod i'r casgliad bod yr hydoddiant yn asidig oherwydd gall yr ïon amoniwm (NH4⁺) hydrolysu mewn dŵr.
Mae'r adwaith fel a ganlyn:
\[ NH_4^+ + H_2O \rightlefttharpoons NH_3 + H_3O^+ \]
Mae ïonau amoniwm (NH4⁺) yn rhoi protonau (H⁺) i foleciwlau dŵr (H2O) i ffurfio ïonau amonia (NH3) ac ïonau hydroniwm (H3O⁺). Mae presenoldeb ïonau hydroniwm (H3O⁺) yn yr hydoddiant hwn yn achosi i'r hydoddiant fod yn asidig.
Er enghraifft, mae gennym ni doddiant NH4Cl 0,1 M. Y cysonyn ïoneiddio sylfaen (Kb) ar gyfer NH3 yw 1,8 × 10⁻⁵.
Y camau a gymerwyd yw:
1. Gan ddefnyddio'r cysonyn asid (Ka) ar gyfer yr ïon NH4⁺:
[K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \]
2. Gwahanu ïonau NH4⁺ mewn hydoddiant:
\[ K_a = \frac{[NH_3][H_3O^+]}{[NH_4^+]} \]
Gadewch i'r radd daduniad fod yn 'x':
[5,56 × 10⁻⁷ = \frac{x²}{0,1-x}]
Gan anwybyddu'r \(x\) bach yn yr enwadur, gallwn symleiddio:
\[ x^2 \approx 5,56 \times 10^{-11} \Rightarrow x = \sqrt{5,56 \times 10^{-11}} = 7,45 \times 10^{-6} \]
Crynodiad H3O⁺:
\[ [H_3O^+] = 7,45 \times 10^{-6} \]
pH y toddiant:
[pH = -log [H3O] = -log (7,45 × 10⁻⁶) tua 5,13]
Felly, mae toddiant NH4Cl yn asidig gyda pH o tua 5,13.
Yn y ddwy enghraifft uchod, gwelwn sut y gall nodi'r math o hydrolysis helpu i bennu natur hydoddiant. Drwy gymhwyso'r cysonyn ecwilibriwm ïoneiddio (Ka neu Kb) ac ychydig o dybiaethau syml, gallwn ddatrys y problemau hyn yn eithaf hawdd.
Mae'r drafodaeth hon o broblemau hydrolysis halen nid yn unig yn hyfforddi sgiliau dadansoddol mewn cyfrifiadau mathemategol ond hefyd yn dyfnhau dealltwriaeth o gysyniadau sylfaenol cemeg toddiannau. Mae deall sut mae ïonau o wahanol darddiadau yn cyfrannu protonau neu dderbynyddion i foleciwlau dŵr, a sut mae hyn yn effeithio ar pH toddiant, yn hanfodol i feistroli llawer o bynciau uwch mewn cemeg.
