Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

18 / 39

XIb. ELEKTROLITY cd.

6. Wodorotlenki

Wodorotlenkami nazywa się związki nieorganiczne,

w których we wzorze wyróżnia się kation metalu lub
kation amonowy (NH

4

+

) oraz grupę wodorotlenową (OH

-

).

Np: NaOH, Ca(OH)

2

, Al(OH)

3

, Fe(OH)

3

.

Wodorotlenki, których wodne roztwory mają odczyn

wyraźnie

zasadowy,

nazywamy

zasadami.

Są

to

wodorotlenki mocne.

Np: NaOH, KOH, Ca(OH)

2

.

Ale zasadą jest również wodny roztwór amoniaku

(NH

3

⋅⋅⋅⋅

H

2

O). Reakcje dysocjacji elektrolitycznej:

NaOH

→

→

→

→

Na

+

+ OH

-

NH

3

· H

2

O

⇔

⇔

⇔

⇔

NH

4

+

+ OH

-

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

19 / 39

Wodorotlenki dzielimy na:

- wodorotlenki zasadowe - reagują tylko z kwasami;

np: NaOH, Ca(OH)

2

:

Ca(OH)

2

+ 2HCl = CaCl

2

+ 2H

2

O

- wodorotlenki amfoteryczne - reagują z kwasami
i zasadami;

np: Al(OH)

3

, Zn(OH)

2

.

Stechiometryczny

zapis

reakcji

roztwarzania

wodorotlenku cynku w kwasach i zasadach:

Zn(OH)

2

+ 2HCl = ZnCl

2

+ 2H

2

O

Zn(OH)

2

+ 2NaOH = Na

2

[Zn(OH)

4

]

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

20 / 39

7. Sole

W

wyniku

reakcji

kwasu

z

wodorotlenkiem

(tzw. reakcja zobojętnienia) powstają sole.
Przykłady:

HCl + NaOH = NaCl + H

2

O

chlorek sodu

2HNO

3

+ Ca(OH)

2

= Ca(NO

3

)

2

+ H

2

O

azotan wapnia

H

2

SO

4

+ 2NH

3

—H

2

O = (NH

4

)

2

SO

4

+ 2H

2

O

siarczan amonu

2H

3

PO

4

+ 3Mg(OH)

2

= Mg

3

(PO

4

)

2

+ 6H

2

O

fosforan magnezu

Sole są związkami stałymi o budowie krystalicznej.

W węzłach ich sieci są kationy metali i aniony reszt

kwasowych.

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

21 / 39

Sole mogą też powstać w reakcjach:

- tlenek kwasowy + tlenek zasadowy

np: CO

2

+ CaO = CaCO

3

- tlenek zasadowy + kwas

np: CaO + 2HCl = CaCl

2

+ H

2

O

- tlenek kwasowy + zasada

np: SO

2

+ 2NaOH = Na

2

SO

3

+ H

2

O

Poznane tutaj sole są solami obojętnymi.

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

22 / 39

Są też wodorosole i hydroksosole.

Wodorosole (inaczej sole kwaśne) powstają przez

niecałkowite zobojętnienie kwasu wieloprotonowego
zasadą. Przykłady:
H

2

SO

4

+ NaOH = NaHSO

4

+ H

2

O

wodorosiaczan sodu

H

3

PO

4

+ Ca(OH)

2

= CaHPO

4

+ 2H

2

O

wodorofosforan wapnia

2H

3

PO

4

+ Ca(OH)

2

= Ca(H

2

PO

4

)

2

+ 2H

2

O

dwuwodorofosforan wapnia

Hydroksosole (inaczej sole zasadowe) powstają

przez niecałkowite zobojętnienie kwasem wodorotlenku
posiadającym więcej niż jedną grupę OH

-

. Przykłady:

Mg(OH)

2

+ HCl = Mg(OH)Cl + H

2

O

chlorek hydroksomagnezu

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

23 / 39

Niektóre sole są bardzo trudno rozpuszczalne

w wodzie. Przykłady:

- większość siarczków np. CuS, HgS,
- większość fosforanów np. Ca

3

(PO

4

)

2

,

- niektóre chlorki np. AgCl,
- niektóre siarczany np. CaSO

4

.

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

24 / 39

8. Hydroliza soli

a)

Odczyn roztworów wodnych

kwasów

→

→

→

→

kwaśny;

pH < 7,0

zasad

→

→

→

→

zasadowy;

pH > 7,0

Jaki jest odczyn roztworu wodnego soli - obojętny?

(1) NaCl

→

→

→

→

Na

+

+ Cl

-

pH = 7,0

(2) NH

4

Cl

→

→

→

→

NH

4

+

+ Cl

-

pH < 7,0

(3) CH

3

COONa

→

→

→

→

CH

3

COO

-

+ Na

+

pH > 7,0

Dlaczego odczyn soli (2) i (3) nie jest obojętny?

Przyczyną jest zjawisko hydrolizy

Hydrolizą nazywamy proces rozkładu jakiejś substancji

(soli) następujący pod wpływem wody.

Ściślej: hydrolizie ulegają jony wywodzące

się z danej soli.

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

25 / 39

I tak hydrolizie ulegają jony:

reakcja (2)

NH

4

+

(3)

CH

3

COO

-

hydrolizie nie ulegają natomiast jony Na

+

czy Cl

-

b) Opis ilościowy reakcji hydrolizy

1

o

NH

4

+

+ H

2

O

⇔

⇔

⇔

⇔

NH

3

—H

2

O + H

+

odczyn słabo kwaśny

]

NH

[

]

O][H

H

NH

[

=

O]

[H

K

=

K

O]

][H

[NH

]

O][H

H

NH

[

=

K

+

4

+

2

3

2

,
h

h

2

+
4

+

2

3

,

h

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

26 / 39

Pomnóżmy obie strony przez [OH

-

]

Jeżeli nie ma dodatkowych jonów "wspólnych":

ββββ

- stopień hydrolizy, 0 <

ββββ

< 1

dla

ββββ

<< 1 K

h

=

ββββ

2

c

s

p

K

K

=

K

]

OH

][

NH

[

]

OH

][

H

O][[

H

NH

[

=

K

b

w

h

-

+

4

-

+

2

3

h

⋅⋅⋅⋅

ββββ

ββββ

⋅⋅⋅⋅

-

1

c

=

c

-

c

c

=

K

]

[H

=

O]

H

[NH

p

s

2

H

p

s

2

+
H

h

+

2

3

+

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

27 / 39

2

o

CH

3

COO

-

+ H

2

O

⇔

⇔

⇔

⇔

CH

3

COOH + OH

-

odczyn słabo zasadowy

Jeżeli nie ma dodatkowych jonów "wspólnych":

K

K

=

]

COO

CH

[

]

COOH][OH

CH

[

=

K

O]

][H

COO

CH

[

]

COOH][OH

CH

[

=

K

a

w

-

3

-

3

h

2

-

3

-

3

,
h

ββββ

⋅⋅⋅⋅

ββββ

-

1

c

=

c

-

c

c

=

K

p

s

2

OH

p

s

2

OH

h

-

-

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

28 / 39

3

o

NH

4

+

+ CH

3

COO

-

+ H

2

O

⇔

⇔

⇔

⇔

NH

3

⋅⋅⋅⋅

H

2

O + CH

3

COOH

Odczyn tego typu soli zależy od tego co jest
„mocniejsze”, tj. kwas czy zasada:
W przypadku CH

3

COONH

4

: pK

a

= pK

b

, [H

+

] = [OH

-

] i dla

pK

w

= 14,00 mamy pH = 7,0

Inne jony ulegające hydrolizie:

Zn

2+

+ H

2

O = [ZnOH]

+

+ H

+

Al

3+

+ H

2

O = [AlOH]

2+

+ H

+

CO

3

2-

+ H

2

O = HCO

3

-

+ OH

-

K

K

=

c

c

=

]

OH

[

]

H

[

b

a

OH

H

-

+

-

+

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

29 / 39

9. Roztwory buforowe (bufory)

Bufory są to roztwory wodne, których pH nie zmienia się

przy dość znacznych rozcieńczeniach, oraz w których

dodatek niewielkich ilości mocnego kwasu lub mocnej

zasady powoduje małe zmiany kwasowości

(zasadowości) roztworu.

Roztworem buforowym może być roztwór wodny:
- słabej zasady i jej soli,
- roztwór słabego kwasu i jego soli,
- roztwór dwóch soli słabego kwasu wieloprotonowego.

a) Bufor: Słaby kwas + jego sól, np.

CH

3

COOH + CH

3

COONa

Równowagę w tej mieszaninie opisuje reakcja:

CH

3

COOH = CH

3

COO

-

+ H

+

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

30 / 39

Wpływ jonów octanowych pochodzących od octanu sodu
- cofa się dysocjacja.

Stała równowagi kwasu octowego. K

a

, w obecności

octanu sodu przyjmuje postać:

1

o

Wpływ rozcieńczenia (w określonych granicach)

- [H

+

] nie zmienia się

c

s

p

, c

k

p

- stężenia

początkowe octanu sodu
i kwasu octowego

c

c

K

=

c

c

c

c

=

K

p

s

p
k

a

H

p
k

p

s

H

a

+

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

++++

n

n

K

=

K

=

c

c

K

=

c

p

s

p

k

a

V

n

V

n

a

p

s

p
k

a

H

p

s

p

k

⋅⋅⋅⋅

++++

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

31 / 39

2

o

Wpływ dodatku niewielkiej ilości mocnego kwasu

- niewielka zmiana pH roztworu

CH

3

COOH = CH

3

COO

-

+ H

+

H

+

z mocnego kwasu

Dysocjacja cofa się - równowaga przesuwa się w lewo

3

o

Wpływ dodatku niewielkiej ilości mocnej zasady

CH

3

COOH = CH

3

COO

-

+ H

+

OH

-

z mocnej zasady

Dysocjacja zwiększa się - równowaga przesuwa się
w prawo

b) Bufor: słaba zasada + jej sól:

NH

3

⋅⋅⋅⋅

H

2

O + NH

4

Cl

n

n

K

=

c

c

K

=

]

OH

[

p

s

p

z

b

p

s

p

z

b

-

⋅⋅⋅⋅

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

32 / 39

c) Bufor: mieszanina dwóch soli tego samego kwasu:

NaH

2

PO

4

+ Na

2

HPO

4

(kwas)

(sól)

H

2

PO

4

-

⇔

⇔

⇔

⇔

HPO

4

2-

+ H

+

(K

a2

)

c

c

K

=

c

c

c

c

=

c

c

c

=

K

p

HPO

Na

p

PO

NaH

a2

H

p

PO

NaH

p

HPO

Na

H

p
k

p

s

H

a2

4

2

4

2

4

2

4

2

+

+

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

++++

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

33 / 39

10. Iloczyn rozpuszczalności

Niektóre elektrolity cechuje niska lub bardzo niska

rozpuszczalność w wodzie.
Weźmy nasycony roztwór wodny AgCl:

AgCl

⇔

⇔

⇔

⇔

Ag

+

+ Cl

-

dla I = const.

I

r

- iloczyn rozpuszczalności dla I = const. i T = const.

Dla siarczku cyny(IV):

I

r

= [Sn

4+

][S

2-

]

2

Dla fosforanu wapnia:

I

r

= [Ca

2+

]

3

[PO

4

3-

]

2

Ag

+

, Cl

-

←

←

←

←

roztwór

nasycony

←

←

←

←

osad AgCl

W roztworze nasyconym

[AgCl] = const.

[Ag

+

][Cl

-

] = K

⋅⋅⋅⋅

[AgCl] = I

r

[AgCl]

]

Cl

][

Ag

[

=

K

-

+

−−−−

++++

++++

⇔

⇔

⇔

⇔

2

4

2

S

2

Sn

SnS

−−−−

++++

++++

⇔

⇔

⇔

⇔

3
4

2

2

4

3

PO

2

Ca

3

)

PO

(

Ca

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

34 / 39

W tabelach często zamiast I

r

podaje się pI

r

: pI

r

= -logI

r

Iloczyn rozpuszczalności jest iloczynem

ze stężeń najprostszych postaci jonów

związku słabo rozpuszczalnego

i jest wielkością stałą w danej

temperaturze i sile jonowej.

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

35 / 39

Tabela rozpuszczalności wybranych związków nieorganicznych:

OH

-

F

-

Cl

-

Br

-

I

-

S

2-

SO

4

2-

CO

3

2-

PO

4

3-

Na

+

K

+

Mg

2+

B

B

B

B

Ca

2+

B

B

B

B

Al

3+

B

B

B

B

B

Pb

2+

B

B

B

B

ś

Cza

B

B

B

Zn

2+

B

B

B

B

B

Ag

+

Br

B

ś

ś

Cza

ś

ś

Cu

2+

N

Br

Cza

N

N

Fe

2+

B

Cza

B

N

Fe

3+

Br

Br

Br

Br

ś

Ni

2+

Z

Cza

Z

Z

Co

2+

R

Cza

Cze

Fi

Cr

3+

Z

Z

Cza

Z

Kolory związków trudnorozpuszczalnych:
B - biały

Cza – czarny Cze - czerwony Br - brązowy

R - różowy Z - zielony N - niebieski Fi - fioletowy
ś - żółty

Puste pole oznacza iż dany związek chemiczny jest rozpuszczalny

w wodzie.

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

36 / 39

Przykładowe wartości pI

r

dla I = 0 w temp. 298 K

CO

3

2-

Ag

+

11,09

Mg

2+

4,05

Ba

2+

8,69

Ni

2+

8,18

Ca

2+

8,41

Pb

2+

13,13

Cd

2+

12,00

Zn

2+

10,84

Co

2+

9,98

Fe

2+

10,46

PO

4

3-

Ag

+

19,89

Pb

2+

42,10

Al

3+

18,24

Mg

2+

25,20

Zn

2+

32,04

Bi

3+

22,89

Cr

3+

26,0

CaH

3+

6,66

Fe

3+

21,89

AsO

4

3-

Ag

+

22,0

Al

3+

15,80

Ba

2+

50,11

Bi

3+

9,36

Ca

2+

18,17

Cd

2+

32,66

Co

2+

28,12

Cu

2+

35,12

Cr

3+

20,11

Fe

3+

20,24

Mg

2+

19,68

Mn

2+

28,72

Ni

2+

25,51

Pb

2+

35,39

Ag

+

49,2

Bi

3+

97,0

Cd

2+

26,1

Co

2+

20,4

Cu

+

47,6

Cu

2+

35,2

S

2-

Hg

2+

49,2

Fe

2+

17,2

Mn

2+

9,6

Ni

2+

18,5

Pb

2+

26,6

Sn

2+

25,9

Zn

2+

23,8

SO

4

2-

Ba

2+

9,77

Ca

2+

4,37

Pb

2+

7,78

Sr

2+

6,49

F

-

Ca

2+

10,40

Mg

2+

8,19

Pb

2+

7,57

Cl

-

Pb

2+

4,79

Ag

+

9,75

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

37 / 39

Jak obliczyć rozpuszczalność związku

słaborozpuszczalnego w czystej wodzie?

(brak dodatkowych jonów wspólnych)

Przykład:
wodny nasycony roztwór Ag

2

CrO

4

:

Ag

2

CrO

4

⇔

⇔

⇔

⇔

2Ag

+

+ CrO

4

2-

Uwaga:
Ag

2

CrO

4

należy traktować jako związek "złożony"

z Ag

+

i CrO

4

2-

- inaczej więc należałoby pisać Ag

2

[CrO

4

]

Stężenie molowe Ag

2

CrO

4

w roztworze wodnym nad

osadem to tzw. rozpuszczalność tej soli w wodzie - R =

I

r

= [Ag

+

]

2

[CrO

4

2-

] = (2R)

2

R = 4R

3

Stąd:

3

r

4

I

=

R

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

38 / 39

Uwaga:

W

tych

rozważaniach

nie

uwzględniono

hydrolizy jonów Ag

+

i CrO

4

2-

Rozpuszczalność w obecności elektrolitu zawierającego
jony wspólne

Rozpuszczalność Ag

2

CrO

4

w obecności K

2

CrO

4

(jony

wspólne, tj. CrO

4

2-

) oznaczane są jako R

1

:

I

r

= [Ag

+

]

2

[CrO

4

2-

] = (2R)

2

⋅⋅⋅⋅

(R + c

K2CrO4

)

Rozpuszczalność zmaleje, więc:

R

1

<< c

K2CrO4

I

r

= (2R

1

)

2

⋅⋅⋅⋅

c

K2CrO4

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna. WPC1002w

Rozdział 11b. Równowagi w roztworach wodnych elektrolitów. Kwasy. Zasady. Sole.

39 / 39

R

1

<< R

4

2

4

2

CrO

K

r

1

CrO

K

r

2

1

c

4

I

=

R

c

I

=

4R

⋅⋅⋅⋅