Sāls hidrolīzes diskusiju jautājumu piemērs
Sāls hidrolīze ir ķīmiska parādība, kas ietver sāls reakciju ar ūdeni, kā blakusproduktu veidojot skābi vai bāzi. Šis process bieži ir svarīga tēma ķīmijas stundās, jo sāls hidrolīzes izpratne var sniegt fundamentālu ieskatu šķīdumu īpašībās un palīdzēt noteikt šķīdumu pH. Šajā rakstā mēs apspriedīsim vairākus ar sāls hidrolīzi saistītus problēmu piemērus un to risinājumus.
Sāls hidrolīzes pamatjēdzieni
Sāls hidrolīze notiek, kad sāls sadalās ūdenī un tā joni reaģē ar ūdens molekulām, veidojot skābi vai bāzi. Ne visi sāļi hidrolizējas ūdenī; daži ir neitrāli, kas nozīmē, ka tie nemaina šķīduma pH. Tomēr daži sāļi var radīt skābus vai bāziskus šķīdumus atkarībā no skābes un bāzes avota, kas veidoja sāli.
Lai izprastu šo mehānismu, ir svarīgi zināt, ka:
– Stipru skābju un stipru bāzu (piemēram, NaCl) sāļi parasti netiek hidrolizēti, un šķīdums paliek neitrāls.
– Vāju skābju un stipru bāzu sāļi (piemēram, CH3COONa) parasti veido bāziskus šķīdumus.
– Stipru skābju un vāju bāzu (piemēram, NH4Cl) sāļi parasti veido skābus šķīdumus.
– Vāju skābju un vāju bāzu sāļi var reaģēt ar ūdeni un noteikt galīgo pH līmeni atkarībā no skābes un bāzes relatīvā stipruma.
Parauga jautājumi un diskusija
1. jautājums: Kālija acetāta (CH3COOK) hidrolīze
Pertanyaan:
Vai kālija acetāta (CH3COOK) šķīdums ir skābs, bāzisks vai neitrāls? Uzrakstiet notiekošo hidrolīzes reakciju un nosakiet šķīduma pH.
Diskusija:
Kālija acetāts (CH3COOK) ir vājas skābes (etiķskābes, CH3COOH) un stipras bāzes (kālija hidroksīda, KOH) sāls. No tā var secināt, ka CH3COOK šķīdums, visticamāk, ir bāzisks, jo acetāta jons (CH3COO⁻) var hidrolizēties ūdenī.
Reakcija ir šāda:
\[ CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^- \]
Acetāta joni (CH3COO⁻) no ūdens (H2O) pieņem protonus (H⁺), veidojot etiķskābi (CH3COOH) un hidroksīda jonus (OH⁻). Hidroksīda jonu (OH⁻) klātbūtne šķīdumā padara to bāzisku.
Lai noteiktu pH, mums ir nepieciešama OH⁻ jonu koncentrācija. Piemēram, mums ir 0,1 M CH3COOK šķīdums, un etiķskābes jonizācijas konstante (Ka) ir 1,8 × 10⁻⁵.
Veiktie soļi ir šādi:
1. Izmantojot CH3COO⁻ jona bāzes konstanti (Kb):
\[K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 \reiz 10^{-5}} = 5,56 \reiz 10^{-10} \]
2. Disociējiet CH3COO⁻ jonus šķīdumā:
\[K_b = \frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]} \]
Lai disociācijas pakāpe ir 'x':
\[5,56 x 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Ignorējot mazo \(x\) saucējā, mēs varam vienkāršot:
\[ x^2 \aptuveni 5,56 \reiz 10^{-11} \labā bultiņa x = \sqrt{5,56 \reiz 10^{-11}} = 7,45 \reiz 10^{-6} \]
OH⁻ koncentrācija:
\[[OH^-] = 7,45 \reiz 10^{-6} \]
šķīduma pOH:
\[pOH = -\log [OH^-] = -\log (7,45 \reiz 10^{-6}) \aptuveni 5,13 \]
Izmantojot pH un pOH attiecību:
\[ pH = 14 - pOH = 14 - 5,13 = 8,87 \]
Tātad, CH3COOK šķīdums ir bāzisks ar pH aptuveni 8,87.
2. jautājums: Amonija hlorīda (NH4Cl) hidrolīze
Pertanyaan:
Vai amonija hlorīda (NH4Cl) šķīdums ir skābs, bāzisks vai neitrāls? Uzrakstiet notiekošo hidrolīzes reakciju un nosakiet šķīduma pH.
Diskusija:
Amonija hlorīds (NH4Cl) ir stipras skābes (HCl) un vājas bāzes (NH3) sāls. No tā var secināt, ka šķīdums ir skābs, jo amonija jons (NH4⁺) var hidrolizēties ūdenī.
Reakcija ir šāda:
\[NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+ \]
Amonija joni (NH4⁺) atdod protonus (H⁺) ūdens molekulām (H2O), veidojot amonjaku (NH3) un hidronija jonus (H3O⁺). Hidronija jonu (H3O⁺) klātbūtne šajā šķīdumā padara šķīdumu skābu.
Piemēram, mums ir 0,1 M NH4Cl šķīdums. NH3 bāzes jonizācijas konstante (Kb) ir 1,8 × 10⁻⁵.
Veiktie soļi ir šādi:
1. Izmantojot NH4⁺ jona skābes konstanti (Ka):
\[K_a = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \reiz 10^{-5}} = 5,56 \reiz 10^{-10} \]
2. Disociējiet NH4⁺ jonus šķīdumā:
\[ K_a = \frac{[NH_3][H_3O^+]}{[NH_4^+]} \]
Lai disociācijas pakāpe ir 'x':
\[5,56 x 10^{-10} = \frac{x^2}{0,1-x} \]
Ignorējot mazo \(x\) saucējā, mēs varam vienkāršot:
\[ x^2 \aptuveni 5,56 \reiz 10^{-11} \labā bultiņa x = \sqrt{5,56 \reiz 10^{-11}} = 7,45 \reiz 10^{-6} \]
H3O⁺ koncentrācija:
\[[H_3O^+] = 7,45 \reiz 10^{-6} \]
Šķīduma pH:
\[pH = -\log [H_3O^+] = -\log (7,45 x 10^{-6}) \aptuveni 5,13 \]
Tātad, NH4Cl šķīdums ir skābs ar pH aptuveni 5,13.
Abos iepriekš minētajos piemēros mēs redzam, kā hidrolīzes veida noteikšana var palīdzēt noteikt šķīduma raksturu. Pielietojot jonizācijas līdzsvara konstanti (Ka vai Kb) un dažus vienkāršus pieņēmumus, mēs varam diezgan viegli atrisināt šīs problēmas.
Šī sāls hidrolīzes problēmu apspriešana ne tikai trenē analītiskās prasmes matemātiskajos aprēķinos, bet arī padziļina izpratni par šķīdumu ķīmijas pamatjēdzieniem. Izpratne par to, kā dažādas izcelsmes joni nodrošina protonus vai akceptorus ūdens molekulām un kā tas ietekmē šķīduma pH līmeni, ir būtiska daudzu padziļinātu ķīmijas tēmu apguvei.
