Kémia feladat kérdés, Hogyan kell megoldani?

I. eset: csak lúg és sav reagál

Általánosságban felírhatjuk a következő reakcióegyenletet a sav-bázis reakciókra: HA + MOH -> MA + H2O

H - hidrogén kation (proton)

A - savmaradékion

OH - hidroxilcsoport

M - valamilyen fémion

Értelemszerű, hogy ha savat és lúgot reagáltatunk akkor só (MA) és víz (H2O) keletkezik. Mivel a feladatban meg vannak adva a koncentrációk, így van ahol ránézésre meg tudjuk adni a pH-t. Mivel a feladatban erős egyértékű lúg ill. sav szerepel azonos koncentrációval és térfogattal (ennélfogva megegyeznek az anyagmennyiségeik), így a reakció lejátszódása során nem marad vissza savas- vagy lúgos komponens, helyettük nem hidrolizáló só (semleges só) keletkezik és tiszta víz. Ha a só nem hidrolizál, akkor a pH semleges, azaz 7-es értékű.

A C-D kombinációt ki is lőttük.

II. eset: erős lúg, és lúgosan hidrolizáló só van jelen

Egy só lúgosan hidrolizáló, ha vízben feloldva lúgos kémhatást tapasztalsz. Ennek egyik példája a nátrium-acetát.

CH3COONa + H2O -> Na+ + CH3COOH + OH-

Ha lúgosan hidrolizáló só mellé erős lúgot teszel (mint az NaOH), akkor a só egész egyszerűen nem fog disszociálni, mivel az oldatban tömkelegével van jelen a hidroxidion. Ez azért történik így, mert a sók hidrolízise egyensúlyi folyamat, mely adott hőmérsékleten állandó.

K=[OH-]*[M+]*[HA]/([MA]*[H2O]). Látható, ha valami más anyaggal növeljük az OH- koncentrációját, akkor a nevező értékének is nőnie kell. Mivel a víz koncentrációja gyakorlatilag nem változik (főképp híg oldatok esetén), így a só formának kell keletkeznie.

Mindez ahhoz vezet, hogy a pH igencsak lúgos lesz, gyakorlatilag olyan mértékben mintha csak tiszta erős lúg lenne jelen az oldatban (NaOH).

A B-C kombinációt is kilőttük.

III. eset: erős sav, és savasan hidrolizáló só van jelen

Ennek taglalása teljes mértékben megegyezik a II. esetével, csupán lúgos komponensek helyett savas komponensek vannak jelen mint a HCl amely erős sav, és az NH4Cl amely savasan hidrolizáló só.

Az A-D kombináció szintúgy kilőve.

IV. eset: erős sav, és lúgosan hidrolizáló só van jelen

Általános egyenlet: HA + MA' -> MA + HA'.

H - hidrogén kation (proton)

A - savmaradékion (pl. klorid)

A' - az előzőtől eltérő savmaradékion (pl. acetátion)

M - valamilyen fémion

Az sav reakcióba lép a sóval, és új vegyületek keletkeznek. Az általános egyenletet konkrét példára cserélve:

HCl + CH3COONa -> NaCl + CH3COOH

Az NaCl erős sav erős lúggal alkotott sója, mindenképp semlegesen hidrolizál. A keletkező CH3COOH sav, azonban disszociációja függ a mellette található többi sav koncentrációjától és erősségétől. A feladat szövege alapján a só és a sav anyagmennyisége megegyezett. Ha feltesszük, hogy a koncerzió 100%-os (x=1), akkor az oldat nem áll majd másból, mint semlegesen hidrolizáló sóból és disszociáló ecetsavból. Tehát kezelhető "tiszta" ecetsavoldatként. Mivel ez a sav gyenge sav, így disszociációja nem lesz 100%-os, így pH-ja magasabb lesz a tiszta sósavénál (pontosabban a III. eset pH-jánál), de alacsonyabb az I. példa 7-es értékétől.

A B-D kombináció kilőve.

V. eset: erős lúg, és savasan hidrolizáló só van jelen

A kifejtés teljes mértékben megegyezik a IV. esetével, csupán savas helyett lúgos, és lúgos helyett savas komponensek értendőek. Így az oldat pH-ja magasabb lesz mint 7, de alacsonyabb mint a II. eset pH-ja.

Az A-C kombináció is kilőve.

VI. eset: lúgosan, és savasan hidrolizló só van jelen

Ez a legnehezebb, ugyanis az esetek döntő többségében komoly számításokat kell végezni a kémiai egyensúlyok miatt. Esetünk szerencsés, ugyanis az anyagmennyiségek mellett a savi/bázikus disszociációs állandók is egyenlőnek vehetők, azaz egyenlő mértékben bomlanak kémhatást okozva, és mennyiségük is azonos. Így a savas- és bázikus kémhatást okozó folyamatok kiegyenlítik egymást, a pH semleges (7) lesz.

P.S.: A számításokhoz használható képletek:

pH=-lg[H+]

pOH=-lg[OH-]

pOH=14-pH

Gyenge savak esetén:

K=[H+]^2/(c(sav)-[H+])

Gyenge lúgok esetén:

K=[OH-]^2/(c(lúg)-[OH-])

Savasan hidrolizáló sók esetén:

Ksó=Kw/Klúg=[H+]^2/(c(só)-[H+])

Lúgosan hidrolizáló sók hidrolízise esetén:

Ksó=Kw/Ksav=[OH-]^2/(c(só)-[OH-])

K - az adott folyamat egyensúlyi állandója

Kw - víz disszociációs állandója 25°C-on (Kw=10^-14)