Druskos hidrolizės diskusijų klausimų pavyzdys
Druskos hidrolizė yra cheminis reiškinys, kurio metu druska reaguoja su vandeniu, o šalutinis produktas yra rūgštis arba bazė. Šis procesas dažnai yra svarbi tema chemijos pamokose, nes druskos hidrolizės supratimas gali suteikti esminių įžvalgų apie tirpalų savybes ir padėti nustatyti tirpalų pH. Šiame straipsnyje aptarsime keletą su druskos hidrolize susijusių problemų pavyzdžių ir jų sprendimų.
Pagrindinės druskos hidrolizės sąvokos
Druskos hidrolizė vyksta, kai druska skyla vandenyje ir jos jonai reaguoja su vandens molekulėmis, sudarydami rūgštį arba bazę. Ne visos druskos hidrolizuojasi vandenyje; kai kurios yra neutralios, tai reiškia, kad jos nekeičia tirpalo pH. Tačiau kai kurios druskos gali sudaryti rūgštinius arba šarminius tirpalus, priklausomai nuo rūgšties ir bazės, iš kurios susidarė druska, šaltinio.
Norint suprasti šį mechanizmą, svarbu žinoti, kad:
– Stiprių rūgščių ir stiprių bazių druskos (pvz., NaCl) paprastai nehidrolizuojamos ir tirpalas išlieka neutralus.
– Silpnų rūgščių ir stiprių bazių druskos (pvz., CH3COONa) paprastai sudaro bazinius tirpalus.
– Stiprių rūgščių ir silpnų bazių druskos (pvz., NH4Cl) paprastai sudaro rūgštinius tirpalus.
– Silpnų rūgščių ir silpnų bazių druskos gali reaguoti su vandeniu ir nulemti galutinį pH, priklausomai nuo rūgšties ir bazės santykinio stiprumo.
Pavyzdiniai klausimai ir diskusija
1 klausimas: Kalio acetato (CH3COOK) hidrolizė
Pertanyaan:
Ar kalio acetato (CH3COOK) tirpalas yra rūgštus, bazinis ar neutralus? Parašykite vykstančią hidrolizės reakciją ir nustatykite tirpalo pH.
Diskusija:
Kalio acetatas (CH3COOK) yra silpnos rūgšties (acto rūgšties, CH3COOH) ir stiprios bazės (kalio hidroksido, KOH) druska. Iš to galime daryti išvadą, kad CH3COOK tirpalas greičiausiai yra bazinis, nes acetato jonas (CH3COO⁻) gali hidrolizuotis vandenyje.
Reakcija yra tokia:
\[ CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^- \]
Acetato jonai (CH3COO⁻) priima protonus (H⁺) iš vandens (H2O) ir sudaro acto rūgštį (CH3COOH) ir hidroksido jonus (OH⁻). Hidroksido jonų (OH⁻) buvimas tirpale daro jį bazinį.
Norint nustatyti pH, reikia žinoti OH⁻ jonų koncentraciją. Pavyzdžiui, turime 0,1 M CH3COOK tirpalą, o acto rūgšties jonizacijos konstanta (Ka) yra 1,8 × 10⁻⁵.
Atlikti šie veiksmai:
1. Naudojant CH3COO⁻ jono bazinę konstantą (Kb):
\[K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 × 10^{-5}} = 5,56 × 10^{-10} \]
2. Disociuokite CH3COO⁻ jonus tirpale:
\[K_b = \frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]} \]
Tegul disociacijos laipsnis yra „x“:
\[5,56 × 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Nepaisydami mažojo x vardiklyje, galime supaprastinti:
\[ x^2 \apytiksliai 5,56 \x 10^{-11} \rodyklė į dešinę x = \sqrt{5,56 \x 10^{-11}} = 7,45 \x 10^{-6} \]
OH⁻ koncentracija:
\[[OH^-] = 7,45 × 10^{-6} \]
tirpalo pOH:
\[pOH = -\log [OH^-] = -\log (7,45 × 10^{-6}) \apytiksliai 5,13 \]
Naudojant pH ir pOH santykį:
\[ pH = 14 – pOH = 14 - 5,13 = 8,87 \]
Taigi, CH3COOK tirpalas yra bazinis, jo pH yra apie 8,87.
2 klausimas: Amonio chlorido (NH4Cl) hidrolizė
Pertanyaan:
Ar amonio chlorido (NH4Cl) tirpalas yra rūgštus, bazinis ar neutralus? Parašykite vykstančią hidrolizės reakciją ir nustatykite tirpalo pH.
Diskusija:
Amonio chloridas (NH4Cl) yra stiprios rūgšties (HCl) ir silpnos bazės (NH3) druska. Iš to galime daryti išvadą, kad tirpalas yra rūgštinis, nes amonio jonas (NH4⁺) gali hidrolizuotis vandenyje.
Reakcija yra tokia:
\[NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+ \]
Amonio jonai (NH4⁺) atiduoda protonus (H⁺) vandens molekulėms (H2O) ir sudaro amoniaką (NH3) ir hidronio jonus (H3O⁺). Hidronio jonų (H3O⁺) buvimas šiame tirpale lemia tirpalo rūgštingumą.
Pavyzdžiui, turime 0,1 M NH₃Cl tirpalą. NH₃ bazės jonizacijos konstanta (Kb) yra 1,8 × 10⁻⁵.
Atlikti šie veiksmai:
1. Naudojant NH4⁺ jono rūgšties konstantą (Ka):
\[K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 × 10^{-5}} = 5,56 × 10^{-10} \]
2. Disociuokite NH4⁺ jonus tirpale:
\[ K_a = \frac{[NH_3][H_3O^+]}{[NH_4^+]} \]
Tegul disociacijos laipsnis yra „x“:
\[5,56 × 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Nepaisydami mažojo x vardiklyje, galime supaprastinti:
\[ x^2 \apytiksliai 5,56 \x 10^{-11} \rodyklė į dešinę x = \sqrt{5,56 \x 10^{-11}} = 7,45 \x 10^{-6} \]
H3O⁺ koncentracija:
\[[H_3O^+] = 7,45 × 10^{-6} \]
Tirpalo pH:
\[pH = -\log [H_3O^+] = -\log (7,45 × 10^{-6}) \apytiksliai 5,13 \]
Taigi, NH4Cl tirpalas yra rūgštinis, jo pH yra apie 5,13.
Abiejuose aukščiau pateiktuose pavyzdžiuose matome, kaip hidrolizės tipo nustatymas gali padėti nustatyti tirpalo pobūdį. Taikydami jonizacijos pusiausvyros konstantą (Ka arba Kb) ir keletą paprastų prielaidų, šias problemas galime gana lengvai išspręsti.
Ši druskų hidrolizės problemų diskusija ne tik lavina analitinius matematinių skaičiavimų įgūdžius, bet ir pagilina pagrindinių tirpalų chemijos sąvokų supratimą. Supratimas, kaip įvairios kilmės jonai prisideda prie protonų ar akceptorių vandens molekulėse ir kaip tai veikia tirpalo pH, yra esminis dalykas norint įvaldyti daugelį pažangių chemijos temų.
