TEMAT 5 - ROZTWORY -
Kwasy i zasady
Dr hab.inż. Daniela Szaniawska
ZChiIÅš
WM, AM
Szczecin 2011
Reakcja autoprotolizy - Wymiana
protonu między cząsteczkami wody
oð Woda jest kwasem czy zasadÄ…?
1) HCl + H2O = H3O+ + Cl-
Przyłącza proton (H+) z cząsteczki
kwasu jest zasadÄ…
2) NH3 + H2O = NH4+ + OH-
Oddaje H+ jest kwasem
Reakcja autoprotolizy
2H2O H3O+ + OH-
Stała równowagi tej reakcji:
[H3O+] [OH-]
Kc =
[H2O] 2
Stała autoprotolizy (iloczyn jonowy wody)
2
Kw = Kc[H2O] = [H3O+] [OH-]
Wartość liczbowa Kw
oðStężenie jonów H3O+ i OH- w czystej
wodzie w t = 25C (wyznaczone
-7
doświadczalnie) = 1 x 10 mol/l
-14
oðKw = 1 x 10
Iloczyn stężenia jonów H3O+ i OH- jest
równy Kw w każdym roztworze wodnym:
Kw  jest stałą równowagi
Równowaga r. autoprotolizy osiągana jest b.
szybko
Jeśli wzrośnie stężenie jonu H3O+ w roztworze musi
zmniejszyć się stężenie jonu OH-, żeby Kw = const
Przykład: obliczanie stężenia jonów
H3O+ i OH- w roztworze mocnego
kwasu
oð Jakie jest stężenie jonów H3O+ i OH-
w:
a) 0,2 molowym roztworze HCl
b) 0,00006 molowym roztworze HI
strategia/odpowiedz

mocny kwas  całkowicie zdysocjowany
w wodzie  stężenie jonów H3O+ =
stężenie początkowe kwasu
[OH-] = Kw/[H3O+] = 10-14/0,2
-14
a) [OH-]= 5 x 10 mol/l
-10
b) [OH-] = 10-14/6 x 10-5 = 1,7 x 10
mol/l
Przykład: obliczanie stężenia jonów
H3O+ i OH- w roztworze mocnej
zasady
oð Jakie jest stężenie jonów H3O+ i OH-
w t=25C w:
a) 0,003 molowym roztworze Ba(OH)2
b) 0,052 molowym roztworze KOH
Strategia/odpowiedz

oð Strategia
r-nie dysocjacji: Ba(OH)2 = Ba+2 + 2OH-
1 mol Ba(OH)2  2 mole OH-
[OH-] = 2 x stężenie początkowe Ba(OH)2
[H3O+] = Kw/[OH-]
oð Odpowiedz

a) [OH-] = 0,006 mol/l; [H3O+] = Kw/0,006 = 1,7 x
-12
10 mol/l
b) [OH-] = 0,052 mol/l; [H3O+] = Kw/0,052= 1,9 x
-13
10 mol/l
Skala pH
oðChemicy stężenie jonów H3O+ w
roztworach wodnych określają przez
podanie wartości pH
oðpH = ujemny, dziesiÄ™tny logarytm
stężenia jonów oksoniowych (H3O+)
pH = - log[H3O+]
pH = 7 roztwór obojętny
pH > 7 zasadowy
pH < 7 kwaśny
Przykład: obliczanie pH roztworów
oð Jakie jest pH:
a) krwi ludzkiej, w której stężenie jonów
-8
oksoniowych wynosi 4 x 10 mol/l
b) 0,02 molowego roztworu HCl
c) 0,04 molowego roztworu KOH
odpowiedz

-8
a) pH = -lg 4 x 10 = 7,4
b) pH = -lg 0,02 = 1,7
c) [H3O+] = Kw/[OH-]
[OH-] = 0,04 mol/l
-13
[H3O+] = Kw/0,04=2,5 x 10 mol/l
-13
pH = -lg 2,5 x 10 = 12,6
Tabela 1. pH roztworów wodnych
Lp nazwa pH
1. Sok cytrynowy, ocet 3,0
2. Woda sodowa, wino 3,5
3. Sok pomidorowy, piwo 5,0
4. Kwaśny deszcz 4,0  6,0
5. Mleko 6,5
6. Åšlina 6,5  7,5
7. Krew 7,4
Tabela 1. pH roztworów wodnych
Lp nazwa pH
8. woda wodociÄ…gowa 6,5  7,5
9. mocz 6,0  8,0
10. detergenty 10,0
11. roztwór amoniaku
[OH-] = 0,003 mol/l 11,5
12. zasadowe roztwory żrące 13,0  14,0
Skala pOH
pOH = - log [OH-]
1. w czystej wodzie pH = pOH = 7
2. pH + pOH = 14
3. pKw = 14
Przykład: obliczanie stężeń jonów
oksoniowych i wodorotlenowych na
podstawie pH
oð Obliczyć stężenia jonów H3O+ i OH-
w roztworze jeśli dane jest pH tego
roztworu:
a) pH = 4,83
b) pH = 1,7 (sok żołądkowy)
c) pH = 8,2 (sok trzustki)
strategia
oðW celu wyznaczenia [H3O+]
zmiana znaku pH z + na 
wyznaczenie antylogarytmu
oðW celu wyznaczenia [OH-]
pOH = 14  pH
zmiana znaku pOH z + na -
wyznaczenie antylogarytmu
odpowiedz

-4,83 -5
a) [H3O+] = 10 = 1,5 x 10 mol/l
pOH = 14  4,83 = 9,17
[OH-] = 10 -9,17 mol/l
= 6,8 x 10 -10
-1,7
b) [H3O+] = 10 = 0,02 mol/l
-8,2
-9
c) [H3O+] = 10 = 6 x 10 mol/l
Przykład:obliczanie pH roztworu
słabego kwasu
a)Obliczyć pH i stopień dysocjacji, a
kwasu octowego, CH3COOH, w jego
roztworze o stężeniu 0,1 mol/l; stała
dysocjacji KCH3COOH = 1,8 x 10 -5
b) Obliczyć pH kwasu mlekowego,
CH3CH(OH)COOH o stężeniu 0,2
mol/l; KLA = 8,4 x 10 -4
strategia
oðNapisać r-nie reakcji dysocjacji
oðSporzÄ…dzić tabelÄ™ stężeÅ„
oðPodstawić stężenia w stanie
równowagi do wzoru na Kc
oðObliczyć [H3O+] i pH
oðObliczyć a = [forma zdysocjowana,
H3O+]/[f. niezdysocjowana,
CH3COOH]
Odpowiedz
: a)
oð r-nie reakcji dysocjacji:
CH3COOH + H2O = H3O++ CH3COO-
oð tabela stężeÅ„:
Stężenia CH3COOH H3O+ CH3COO-
poczÄ…tkowe 0,1 0 0
w stanie
równowagi 0,1-x x x
cd. Odpowiedz
: a)
oðKa = [H3O+][CH3COO-]/[CH3COOH]
2
Ka = x / (0,1  x);
2
przy zał. x<<0,1; Kc = x /0,1
1/2
oðx = [H3O+] = (Kc x 0,1) = 0,0013;
pH = 2,89
oða = [H3O+]/[CH3COOH] = 0,0013/0,1
a = 0,013 = 1,3%
Odpowiedz
: b)
oðR-nie reakcji dysocjacji kwasu
mlekowego:
CH3CH(OH)COOH + H2O = H3O+ +
CH3CH(OH)COO-
oðpH = 1,55 (rozwiÄ…zanie uproszczone)
oðpH= 1,9 (rozwiÄ…zanie peÅ‚ne)
Przykład: obliczanie pH roztworu
słabej zasady
oðA) Obliczyć pH i stopieÅ„ dysocjacji dla
roztworu metyloaminy, CH3NH2 o
stężeniu 0,2 mol/l; stała dysocjacji tej
zasady wynosi, Kb= 3,6 x 10 -4
oðB) roztwór nikotyny, C10H14N2 o
stężeniu 0,012 mol/l; Kb = 1 x 10 -6
strategia
oðNapisać r-nie reakcji dysocjacji sÅ‚abej
zasady
oðUtworzyć tabelÄ™ stężeÅ„
oðPodstawić stężenia równowagowe do
wzoru na Kb
oðObliczyć [OH-] i pOH; pH = 14  pOH
oða=[forma zdysocjowana]/[forma
niezdysocjowana]
RozwiÄ…zanie a):
oðCH3NH2 + H2O = CH3NH3+ + OH-
oðTabela stężeÅ„
Stężenie CH3NH2 CH3NH3+ OH-
PoczÄ…tkowe 0,2 0 0
Równowagowe 0,2-x x x
cd. RozwiÄ…zania a)
2
oðKb = x /(0,2  x)
2
oðPo uproszczeniu: Kb = x /0,2
1/2
oðx = [OH-] = (Kb x 0,2) = 0,0085
mol/l; pOH = 2,07; pH = 11,93
oðaCH3NH2 = 0,0085/0,2 = 0,0425=4,25%
RozwiÄ…zanie b)
oðC10H14N2 + H2O = C10H15N2+ +OH-
2
oðKb = x /0,012 (rozwiÄ…zanie
uproszczone)
1/2
oðx = [OH-] = (Kb x 0,012)
oð[OH-] = 0,00011 mol/l; pOH = 3,96;
pH = 10,04
oða = 0,00011/0,012 = 0,0092 =
0,92%
Przykład: obliczanie pH roztworów
kwasów wieloprotonowych
a) Obliczyć pH roztworu H2SO4 o
stężeniu 0,01 mol/l w t= 25 C;
Ka,II = 0,012
b) 0,02 molowego roztworu H2S;
-7
Ka,I = 1,3 x 10
RozwiÄ…zanie a)
oðR-nie reakcji dysocjacji
I stopień
-
H2SO4 + H2O = H3O+ + HSO4 ( a = 1)
II stopień
-2
HSO4- + H2O = H3O+ + SO4 (a < 1)
Ka,II = 0,012
RozwiÄ…zanie a)
oðTabela stężeÅ„
- + -2
Stężenie HSO4 H3O SO4
I stopień 0,01 0,01 0
II stopień 0,01-x 0,01+x x
RozwiÄ…zanie a)
oðKa,II = {(0,01 + x) x}/(0,01  x) = 0, 012
2
oðx + 0,022x  0,00012 = 0
oðx = 0,0045
oð[H3O+] = 0,01 + 0,0045 = 0,0145 mol/l
oðpH = 1,85
RozwiÄ…zanie b)
oðWskazówka:
Prawie wszystkie kwasy
wieloprotonowe, z wyjÄ…tkiem H2SO4,
są kwasami słabymi na wszystkich
stopniach dysocjacji, w celu
obliczenia pH bierze siÄ™ pod uwagÄ™
tylko I stopień dysocjacji
RozwiÄ…zanie b)
oðKa,I = x 2
/(0,02  x)
oðRozwiÄ…zanie uproszczone;
1/2
[H3O+] = (Ka,I x 0,02) = 0,000051
mol/l
pH = 4,29