Աղի հիդրոլիզի քննարկման հարցերի օրինակ
Աղի հիդրոլիզը քիմիական երևույթ է, որը ներառում է աղի և ջրի փոխազդեցությունը, որի արդյունքում առաջանում է թթու կամ հիմք որպես ենթամթերք: Այս գործընթացը հաճախ կարևոր թեմա է քիմիայի դասերում, քանի որ աղի հիդրոլիզի ըմբռնումը կարող է հիմնարար պատկերացում տալ լուծույթների հատկությունների մասին և օգնել որոշել լուծույթների pH-ը: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք աղի հիդրոլիզի հետ կապված մի քանի օրինակելի խնդիրներ և դրանց լուծումները:
Աղի հիդրոլիզի հիմնական հասկացությունները
Աղի հիդրոլիզը տեղի է ունենում, երբ աղը քայքայվում է ջրում, և դրա իոնները փոխազդում են ջրի մոլեկուլների հետ՝ առաջացնելով թթու կամ հիմք: Ոչ բոլոր աղերն են հիդրոլիզվում ջրում. որոշները չեզոք են, ինչը նշանակում է, որ դրանք չեն փոխում լուծույթի pH-ը: Այնուամենայնիվ, որոշ աղեր կարող են առաջացնել թթվային կամ հիմնային լուծույթներ՝ կախված աղը առաջացրած թթվի և հիմքի աղբյուրից:
Այս մեխանիզմը հասկանալու համար կարևոր է իմանալ, որ.
– Ուժեղ թթուների և ուժեղ հիմքերի (օրինակ՝ NaCl) աղերը սովորաբար չեն ենթարկվում հիդրոլիզի, և լուծույթը մնում է չեզոք։
– Թույլ թթուների և ուժեղ հիմքերի (օրինակ՝ CH3COONa) աղերը սովորաբար առաջացնում են հիմնային լուծույթներ։
– Ուժեղ թթուների և թույլ հիմքերի (օրինակ՝ NH4Cl) աղերը սովորաբար առաջացնում են թթվային լուծույթներ։
– Թույլ թթուների և թույլ հիմքերի աղերը կարող են ռեակցիայի մեջ մտնել ջրի հետ և որոշել վերջնական pH-ը՝ կախված թթվի և հիմքի հարաբերական ուժգնությունից։
Հարցերի և քննարկման նմուշներ
Հարց 1. Կալիումի ացետատի (CH3COOK) հիդրոլիզը
Հարց՝
Կալիումի ացետատի (CH3COOK) լուծույթը թթվային է, հիմնային, թե՞ չեզոք: Գրեք տեղի ունեցող հիդրոլիզի ռեակցիան և որոշեք լուծույթի pH-ը:
Քննարկում.
Կալիումի ացետատը (CH3COOK) թույլ թթվի (քացախաթթու, CH3COOH) և ուժեղ հիմքի (կալիումի հիդրօքսիդ, KOH) աղ է։ Դրանից կարող ենք եզրակացնել, որ CH3COOK լուծույթը, հավանաբար, հիմնային է, քանի որ ացետատ իոնը (CH3COO⁻) կարող է հիդրոլիզվել ջրում։
Ռեակցիան հետևյալն է.
\[ CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^- \]
Ացետատ իոնները (CH3COO⁻) ջրից (H2O) ընդունում են պրոտոններ (H⁺)՝ առաջացնելով քացախաթթու (CH3COOH) և հիդրօքսիդ իոններ (OH⁻): Լուծույթում հիդրօքսիդ իոնների (OH⁻) առկայությունը այն դարձնում է հիմնային:
pH-ը որոշելու համար մեզ անհրաժեշտ է OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան։ Օրինակ, մենք ունենք 0,1 Մ CH3COOK լուծույթ, և քացախաթթվի (Ka) իոնացման հաստատունը 1,8 × 10⁻⁵ է։
Ձեռնարկված քայլերն են՝
1. CH3COO⁻ իոնի համար հիմքային հաստատունի (Kb) օգտագործումը՝
\[ K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 անգամ 10^{-5}} = 5,56 անգամ 10^{-10} \]
2. Լուծույթում դիսոցացրեք CH3COO⁻ իոնները։
\[ K_b = \frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]} \]
Դիսոցիացիայի աստիճանը թող լինի 'x'։
\[ 5,56 անգամ 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Հայտարարում անտեսելով փոքր \(x\)-ը, կարող ենք պարզեցնել՝
\[ x^2 \մոտավորապես 5,56 \times 10^{-11} \Right arrow x = \sqrt{5,56 \times 10^{-11}} = 7,45 \times 10^{-6} \]
OH⁻ կոնցենտրացիան՝
\[ [OH^-] = 7,45 անգամ 10^{-6} \]
Լուծույթի pOH:
\[ pOH = -log [OH^-] = -log (7,45 x 10^{-6}) մոտավորապես 5,13 \]
Օգտագործելով pH-ի և pOH-ի միջև եղած կապը՝
\[ pH = 14 – pOH = 14 – 5,13 = 8,87 \]
Այսպիսով, CH3COOK լուծույթը հիմնային է՝ մոտ 8,87 pH-ով։
Հարց 2. Ամոնիումի քլորիդի (NH4Cl) հիդրոլիզը
Հարց՝
Ամոնիումի քլորիդի (NH4Cl) լուծույթը թթվային է, հիմնային, թե՞ չեզոք։ Գրեք տեղի ունեցող հիդրոլիզի ռեակցիան և որոշեք լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
Ամոնիումի քլորիդը (NH4Cl) ուժեղ թթվի (HCl) և թույլ հիմքի (NH3) աղ է։ Դրանից կարող ենք եզրակացնել, որ լուծույթը թթվային է, քանի որ ամոնիումի իոնը (NH4⁺) կարող է հիդրոլիզվել ջրում։
Ռեակցիան հետևյալն է.
\[ NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+ \]
Ամոնիումի իոնները (NH4⁺) պրոտոններ (H⁺) են նվիրաբերում ջրի մոլեկուլներին (H2O)՝ առաջացնելով ամոնիակ (NH3) և հիդրոնիումի իոններ (H3O⁺): Այս լուծույթում հիդրոնիումի իոնների (H3O⁺) առկայությունը լուծույթը թթվային է դարձնում:
Օրինակ, մենք ունենք 0,1 Մ NH4Cl լուծույթ: NH3-ի հիմքի իոնացման հաստատունը (Կբ) 1,8 × 10⁻⁵ է:
Ձեռնարկված քայլերն են՝
1. NH4⁺ իոնի թթվային հաստատունի (Ka) կիրառումը.
\[ K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \]
2. NH4⁺ իոնների դիսոցացիա լուծույթում.
\[ K_a = \frac{[NH_3][H_3O^+]}{[NH_4^+]} \]
Դիսոցիացիայի աստիճանը թող լինի 'x'։
\[ 5,56 անգամ 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Հայտարարում անտեսելով փոքր \(x\)-ը, կարող ենք պարզեցնել՝
\[ x^2 \մոտավորապես 5,56 \times 10^{-11} \Right arrow x = \sqrt{5,56 \times 10^{-11}} = 7,45 \times 10^{-6} \]
H3O⁺ կոնցենտրացիան՝
\[ [H_3O^+] = 7,45 անգամ 10^{-6} \]
Լուծույթի pH-ը:
pH = -log [H_3O^+] = -log (7,45 x 10^{-6}) մոտավորապես 5,13
Այսպիսով, NH4Cl լուծույթը թթվային է՝ մոտ 5,13 pH-ով։
Վերոնշյալ երկու օրինակներում էլ մենք տեսնում ենք, թե ինչպես հիդրոլիզի տեսակի որոշումը կարող է օգնել որոշել լուծույթի բնույթը: Կիրառելով իոնացման հավասարակշռության հաստատունը (Ka կամ Kb) և մի քանի պարզ ենթադրություններ, մենք կարող ենք բավականին հեշտությամբ լուծել այս խնդիրները:
Աղի հիդրոլիզի խնդիրների այս քննարկումը ոչ միայն մարզում է մաթեմատիկական հաշվարկների վերլուծական հմտությունները, այլև խորացնում է լուծույթի քիմիայի հիմնական հասկացությունների ըմբռնումը: Տարբեր ծագման իոնների կողմից ջրի մոլեկուլներին պրոտոններ կամ ակցեպտորներ ներդնելու և լուծույթի pH-ի վրա ազդելու ունակության ըմբռնումը հիմնարար նշանակություն ունի քիմիայի բազմաթիվ առաջադեմ թեմաների յուրացման համար:
