Тұз гидролизін талқылау сұрақтарының мысалы
Тұз гидролизі - тұздың сумен әрекеттесуімен байланысты химиялық құбылыс, нәтижесінде қосымша өнім ретінде қышқыл немесе негіз түзіледі. Бұл процесс химия сабақтарында жиі маңызды тақырып болып табылады, себебі тұз гидролизін түсіну ерітінділердің қасиеттері туралы негізгі түсінік бере алады және ерітінділердің рН мәнін анықтауға көмектеседі. Бұл мақалада біз тұз гидролизіне қатысты бірнеше мысал есептерді және олардың шешімдерін талқылаймыз.
Тұз гидролизінің негізгі түсініктері
Тұз гидролизі тұз суда ыдыраған кезде және оның иондары су молекулаларымен әрекеттесіп, қышқыл немесе негіз түзген кезде жүреді. Барлық тұздар суда гидролизденбейді; кейбіреулері бейтарап, яғни ерітіндінің рН мәнін өзгертпейді. Дегенмен, кейбір тұздар тұзды түзген қышқыл мен негіздің көзіне байланысты қышқыл немесе негіздік ерітінділер түзе алады.
Бұл механизмді түсіну үшін мынаны білу маңызды:
– Күшті қышқылдар мен күшті негіздердің (мысалы, NaCl) тұздары әдетте гидролизге ұшырамайды және ерітінді бейтарап күйде қалады.
– Әлсіз қышқылдар мен күшті негіздердің (мысалы, CH3COONa) тұздары әдетте негіздік ерітінділер түзеді.
– Күшті қышқылдар мен әлсіз негіздердің (мысалы, NH4Cl) тұздары әдетте қышқыл ерітінділер түзеді.
– Әлсіз қышқылдар мен әлсіз негіздердің тұздары сумен әрекеттесіп, қышқыл мен негіздің салыстырмалы күшіне байланысты соңғы рН мәнін анықтай алады.
Үлгі сұрақтар және талқылау
1-сұрақ: Калий ацетатының (CH3COOK) гидролизі
Сұрақ:
Калий ацетаты (CH3COOK) ерітіндісі қышқылды ма, негізді ме, әлде бейтарап па? Орындалатын гидролиз реакциясын жазыңыз және ерітіндінің рН мәнін анықтаңыз.
Талқылау:
Калий ацетаты (CH3COOK) - әлсіз қышқылдың (сірке қышқылы, CH3COOH) және күшті негіздің (калий гидроксиді, KOH) тұзы. Осыдан CH3COOK ерітіндісінің негіздік болуы мүмкін деген қорытынды жасауға болады, себебі ацетат ионы (CH3COO⁻) суда гидролизденуі мүмкін.
Реакция келесідей:
\[ CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^- \]
Ацетат иондары (CH3COO⁻) судан (H2O) протондарды (H⁺) қабылдап, сірке қышқылын (CH3COOH) және гидроксид иондарын (OH⁻) түзеді. Ерітіндіде гидроксид иондарының (OH⁻) болуы оны негіздік етеді.
рН мәнін анықтау үшін бізге OH⁻ иондарының концентрациясы қажет. Мысалы, бізде 0,1 М CH3COOK ерітіндісі бар және сірке қышқылының (Ka) иондану константасы 1,8 × 10⁻⁵ құрайды.
Қабылданған қадамдар:
1. CH3COO⁻ ионы үшін негізгі тұрақтыны (Kb) пайдалану:
\[ K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \]
2. Ерітіндідегі CH3COO⁻ иондарын диссоциациялаңыз:
\[ K_b = \frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]} \]
Диссоциациялану дәрежесін 'x' деп белгілейік:
\[ 5,56 \times 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Бөлгіштегі кіші \(x\) мәнін ескермей, біз былайша жеңілдете аламыз:
\[x^2 \шамамен 5,56 \times 10^{-11} \Оң жақ бұрыш x = \sqrt{5,56 \times 10^{-11}} = 7,45 \times 10^{-6} \]
OH⁻ концентрациясы:
\[ [OH^-] = 7,45 \рет 10^{-6} \]
ерітіндінің рН мөлшері:
\[ pOH = -\log [OH^-] = -\log (7,45 \times 10^{-6}) \шамамен 5,13 \]
рН және pOH арасындағы байланысты пайдаланып:
\[ рН = 14 – pOH = 14 – 5,13 = 8,87 \]
Сонымен, CH3COOK ерітіндісі шамамен 8,87 рН мәнімен негізгі болып табылады.
2-сұрақ: Аммоний хлоридінің (NH4Cl) гидролизі
Сұрақ:
Аммоний хлориді (NH4Cl) ерітіндісі қышқылды ма, негізді ме, әлде бейтарап па? Орындалатын гидролиз реакциясын жазыңыз және ерітіндінің рН мәнін анықтаңыз.
Талқылау:
Аммоний хлориді (NH4Cl) - күшті қышқылдың (HCl) және әлсіз негіздің (NH3) тұзы. Осыдан ерітінді қышқыл деген қорытынды жасауға болады, себебі аммоний ионы (NH4⁺) суда гидролиздене алады.
Реакция келесідей:
\[ NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+ \]
Аммоний иондары (NH4⁺) протондарды (H⁺) су молекулаларына (H2O) беріп, аммиак (NH3) және гидроний иондарын (H3O⁺) түзеді. Бұл ерітіндіде гидроний иондарының (H3O⁺) болуы ерітіндінің қышқыл болуына әкеледі.
Мысалы, бізде 0,1 М NH4Cl ерітіндісі бар. NH3 үшін негізгі иондану тұрақтысы (Kb) 1,8 × 10⁻⁵ құрайды.
Қабылданған қадамдар:
1. NH4⁺ ионы үшін қышқылдық тұрақтыны (Ka) пайдалану:
\[ K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \]
2. Ерітіндідегі NH4⁺ иондарын диссоциациялаңыз:
\[ K_a = \frac{[NH_3][H_3O^+]}{[NH_4^+]} \]
Диссоциациялану дәрежесін 'x' деп белгілейік:
\[ 5,56 \times 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Бөлгіштегі кіші \(x\) мәнін ескермей, біз былайша жеңілдете аламыз:
\[x^2 \шамамен 5,56 \times 10^{-11} \Оң жақ бұрыш x = \sqrt{5,56 \times 10^{-11}} = 7,45 \times 10^{-6} \]
H3O⁺ концентрациясы:
\[[H_3O^+] = 7,45 \10^{-6} \]
ерітіндінің рН мәні:
\[рН = -\log [H_3O^+] = -\log (7,45 \times 10^{-6}) \шамамен 5,13 \]
Сонымен, NH4Cl ерітіндісі қышқыл, рН шамамен 5,13 құрайды.
Жоғарыдағы екі мысалда да гидролиз түрін анықтау ерітіндінің табиғатын анықтауға қалай көмектесетінін көреміз. Иондану тепе-теңдік константасын (Ka немесе Kb) және бірнеше қарапайым болжамдарды қолдану арқылы біз бұл мәселелерді өте оңай шеше аламыз.
Тұз гидролизі мәселелерін талқылау тек математикалық есептеулердегі аналитикалық дағдыларды ғана емес, сонымен қатар ерітінді химиясының негізгі ұғымдарын түсінуді тереңдетеді. Әртүрлі шығу тегі бар иондардың су молекулаларына протондарды немесе акцепторларды қалай қосатынын және бұл ерітіндінің рН-на қалай әсер ететінін түсіну химиядағы көптеген озық тақырыптарды игеру үшін өте маңызды.
