Jak określać odczyn wodnych roztworów?
Odczyn roztworu może być kwaśny, obojętny lub zasadowy. Zależy on od kilku zachodzących procesów: dysocjacji i hydrolizy. Oczywście nie wszystkie związki tym procesom ulegają. Dlatego potrzebujesz znać podstawowe właściwości związków, jak: rozpuszczalność, budowa oraz czy składowe części pochodzą od słabego czy mocnego elektrolitu.
Najważniejsze potrzebne Ci pojęcia:
Dysocjacja elektrolityczna – rozpad związku na jony pod wpływem rozpuszczalnika (wody)
Hydroliza – reakcja jonu lub związku z wodą.
Elektrolit – substancja przewodząca prąd elektryczny po stopieniu lub rozpuszczeniu w wodzie (nas na razie interesuje tylko druga możliwość).
Za odczyn zasadowy odpowiada obecność jonów OH– w roztworze (a dokładniej większa ilość OH– niż H+)
Za odczyn kwasowy odpowiada obecność jonów H+ (lub H3O+) (ich przewaga nad jonami OH-)
Zapis
Dysocjacja mocnych elektrolitów zachodzi całkowicie (w 100%) co zaznaczamy pisząc strzałkę w jedną stronę →
Słabe elektrolity dysocjują częściowo (często około 5% i mniej) i ustala się równowaga pomiędzy formą cząsteczkową a jonową. Reakcja cały czas biegnie w obu kierunkach – dlatego piszemy strzałki w dwie strony ↔
Określanie odczynu krok po kroku
Najprostszym sposobem będzie przyjrzenie się uważnie związkowi. Zastanów się, czy:
- Czy rozpuszcza się w wodzie i dysocjuje? Czy reaguje z wodą?
- Mocne czy słabe (jony pochodzą od mocnego czy słabego kwasu i zasady?)
- Jeśli słabe, to hydroliza.
- Odczyn zależy od obecnych w roztworze jonów
Przykłady określania odczynu
Określimy odczyn i wytłumaczymy to zjawisko na przykładzie takich sustancji:
P4O10 CaO K2SO4 BaCl2 HNO2 Mg(OH)2 NaF PbSO4 Fe(NO3)3 KHSO4 NaHSO3 Ba(OH)Cl NH4Cl
P4O10
1. Ten tlenek reaguje z wodą; jest bezwodnikiem kwasu fosforowego (V):
P4O10 + 6H2O → 4H3PO4
Powstał kwas, który jest kwasem średniej mocy. Ulega on dysocjacji:
H3PO4 ↔ 3H+ + PO43-
Odczyn roztworu jest kwasowy
CaO
1. Jest to tlenek metalu II grupy, aktywny; reaguje w wodą z utworzeniem mocnej zasady:
CaO + H2O → Ca(OH)2
2. Wodorotlenek wapnia jest mocną zasadą, niezbyt dobrze rozpuszczalną w wodzie. Ulega dysocjacji:
Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH–
Odczyn roztworu jest zasadowy.
CuO
Jest to tlenek nierozpuszczalny w wodzie. Nie reaguje z wodą. Odczyn jest obojętny.
K2SO4
1. sól jest dobrze rozpuszczalna w wodzie i jest mocnym elektrolitem. Ulega dysocjacji:
K2SO4 → 2K+ + SO42-
2. ta sól pochodzi od mocnego kwasu i mocnej zasady, dlatego jej odczyn jest obojętny.
HNO2
1. Jest to słaby kwas. Ulega on dysocjacji:
HNO2 ↔ H+ + NO2–
2. Odczyn tego roztworu jest kwasowy
Mg(OH)2
1. Jest to słaba zasada, dysocjuje:
Mg(OH)2 ↔ Mg(OH)+ + OH–
Mg(OH)+ ↔ Mg2+ + OH–
sumarycznie: Mg(OH)2 ↔ Mg2+ + 2OH–
2. odczyn roztworu jest zasadowy
NaF
1. Jest to sól, rozpuszczalna w wodzie; dysocjuje:
NaF → Na+ + F–
2. jon Na+ pochodzi od mocnej zasady, a jon F– pochodzi od słabego kwasu.
3. Jon F– ulega hydrolizie:
F– + H2O ↔ HF + OH–
Odczyn roztworu jest zasadowy
PbSO4
1. Sól trudnorozpuszczalna w wodzie; odczyn obojętny.
Fe(NO3)3
1. Sól dobrze rozpuszczalna w wodzie; dysocjuje:
Fe(NO3)3 → Fe3+ + 3NO3–
2. Jon Fe3+ pochodzi od slabej zasady.
3. Ulega hydrolizie (zapis sumaryczny):
Fe3+ + 3H2O ↔ Fe(OH)3 + 3H+
{Fe(OH)3 jest trudnorozpuszczalny w wodzie. W wyniku tej reakcji mętnieją roztwory związków żelaza na III stopniu utlenienia}. Odczyn roztworu jest kwaśny
KHSO4
1. Wodorosól, dobrze rozpuszczalna w wodzie; dysocjuje:
KHSO4 → K+ + HSO4–
2. Jon HSO4– pochodzi od wodorosoli mocnego kwasu, ulega dalszej dysocjacji:
HSO4– + H2O → SO42- + H3O+
Odczyn roztworu jest kwaśny.
NaHSO3
1. Wodorosól dobrze rozpuszczalna w wodzie; dysocjuje:
NaHSO3 → Na+ + HSO3–
2. Jon HSO3– pochodzi od słabego kwasu siarkowego (IV)
3. ulega hydrolizie
HSO3– + H2O ↔ H2SO3 + OH–
Odczyn tego roztworu jest zasadowy
Ba(OH)Cl
1. Jest to dobrze rozpuszczalna hydroksosól; dysocjuje:
Ba(OH)Cl → Ba(OH)+ + Cl–
2. Powstający jon Ba(OH)+ pochodzi od mocnej zasady, dlatego jon ten ulega dalszej dysocjacji
Ba(OH)+ → Ba2+ + OH–
Odczyn roztworu jest zasadowy
Cu(OH)Br
1. Hydroksosól dobrze rozpuszczalna w wodzie; dysocjuje:
Cu(OH)Br → Cu(OH)+ + Br–
2. Jon Cu(OH)+ pochodzi od slabej zasady jakim jest wodorotlenek miedzi (II).
3. Następuje hydroliza tego jonu:
Cu(OH)+ + H2O Cu(OH)2 + H+
NH4CN
1. Sól jest dobrze rozpuszczalna; dysocjuje:
NH4CN → NH4+ + CN–
2. Zaróno jon amonowy jak i cyjankowy pochodzą od slabych elektrolitów.
3. Oba jony ulegają hydrolizie:
NH4+ + H2O ↔ NH3 + H3O+
CN– + H2O ↔ HCN + OH-
Odczyn roztworu zależy od stałych dysocjacji (stała dysocjacji mowi nam o mocy kwasów i zasad)
KNH3 = 7,5·10-10
KHCN = 1,8·10-5
większą stałą ma kwas cyjanowodorowy, dlatego hydrolizie ulegnie więcej cząsteczek HCN niż amoniaku – powstanie więcej jonów OH– niż H+ – a to oznacza, że odczyn roztworu tej soli jest lekko zasadowy. Jest bliski obojętnemu.
PODSUMOWANIE:
1. Czy związek rozpuszcza się w wodzie? Czy reaguje z wodą? Jeśli reaguje, co jest produktem?
2. Patrząc na związek zastanów się czy pochodzi od słabych czy mocnych elektrolitów. Jeśli w zadaniu masz podać tylko odczyn roztworu, podaj tylko odczyn, bez pisania równań.
W naszych przykładach da się zauważyć pewne zależności:
- mocny kwas, mocna zasada -> obojętny
- mocny kwas, słaba zasada -> kwaśny
- słaby kwas, mocna zasada -> zasadowy
- słaby kwas, słaba zasada -> bliski obojętnego, zależy od stałych dysocjacji. Na maturze, jeśli stałe nie są podane, możesz określić odczyn jako: obojętny.
Jony pochodzące od wodorosoli i hydroksosoli ulegają dalszej dysocjacji (jeśli pochodzą od moznego kwasu lub zasady) lub ulegają hydrolizie (gdy pochodzą od slabej zasady lub kwasu).
3. Jeśli z treści zadania wynika, że musisz wyjaśnić, dlaczego roztwór ma taki a nie inny odczyn – wówczas zapisz równania zachodzących reakcji, dysocjacji i hydrolizy, jeśli takie reakcje i procesy zachodzą.