background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/1                    dr hab. W. Makowski  

Wykład 7: Hydroliza, bufory 

Hydroliza soli 

Bufory 

Pojemność buforowa  

Krzywe miareczkowania 

Wskaźniki pH 

 

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/2                    dr hab. W. Makowski  

Hydroliza soli 

sole słabych kwasów i mocnych zasad  

CH

3

COONa:

  CH

3

COO

-

   

+  H

2

   CH

3

COOH 

+  OH

KCN:  

 

CN

-

   

+  H

2

O  

   HCN  

+  OH

NaNO

2

:  

 

NO

2

-

   

+  H

2

O  

   HNO

2

   

+  OH

sole słabych zasad i mocnych kwasów   

NH

4

Cl:

   

NH

4

+

 

+  H

2

O    

  NH

3

    

+  H

3

O

AlCl

3

:

 

 

[Al(H

2

O)

6

]

3+

  +  H

2

O    

  [Al(H

2

O)

5

OH]

2+ 

+  H

3

O

sole słabych kwasów i słabych zasad  

CH

3

COONH

4

:

  CH

3

COO

-

   

+  H

2

  CH

3

COOH 

+  OH

 

 

NH

4

+

 

+  H

2

O    

  NH

3

    

+  H

3

O

+

 

odczyn zasadowy 

odczyn kwaśny 

odczyn ? 

- reakcje protolityczne anionów lub kationów z cząsteczkami wody 

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/3                    dr hab. W. Makowski  

Stała hydrolizy 

sól słabego kwasu HA (aniony A

-

) - zasada Brønsteda 

A

-

    +   H

2

O      HA +  OH

HA

a

w

A

b

K

K

A

O

H

OH

O

H

HA

A

OH

HA

K

]

][

[

]

][

][

[

]

[

]

][

[

3

3

a

w

b

K

K

dla sprzężonej pary kwas-zasada 

w

b

a

K

K

K

im słabszy kwas, tym mocniejsza sprzężona z nim zasada 

14

b

a

pK

pK

im mocniejszy kwas, tym słabsza sprzężona z nim zasada 

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/4                    dr hab. W. Makowski  

Stopień hydrolizy 

o

a

w

h

h

h

o

h

o

h

o

a

w

c

K

K

c

c

c

K

K

1

)

1

(

)

(

2

2

sól słabego kwasu i mocnej zasady 

A

-

       +   

H

2

O        HA    +   OH

c

o

(1-α

h

 

c

o

α

h

 

c

o

α

2

log

2

7

]

[

o

a

a

o

w

o

h

c

pK

pOH

K

c

K

c

OH

]

[

]

][

[

A

OH

HA

K

b

2

log

2

7

o

a

c

pK

pH

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/5                    dr hab. W. Makowski  

Sole amfiprotyczne 

jednocześnie ulegają dysocjacji kwasowej i hydrolizie zasadowej 

HCO

3

-

   +    H

2

O     H

3

O

+

   +   CO

3

2-

 

 

HCO

3

-

   +    H

2

O     H

2

CO

3

  +   OH

np. wodorowęglany 

1

a

HA

2

a

1

a

HA

3

K

c

K

K

c

]

O

H

[

2

a

1

a

3

K

K

]

O

H

[

2

1

2

1

a

a

pK

pK

pH

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/6                    dr hab. W. Makowski  

Hydroliza - obliczenia 

Przykład 7.1: Jakie powinno być stężenie roztworu NH

4

Cl, by 

wykazywał on pH = 5,5?

 (pK

b NH3

 = 4,75)

 

]

[

]

][

[

4

3

3

NH

O

H

NH

K

a

[H

3

O

+

] = 10

-5,5

 = 3,16∙10

-6 

NH

4

+

       +   H

2

O       NH

3

    + 

H

3

O

c

o

-3,16∙10

-6

 

  

3,16∙10

-6

 

 

3,16∙10

-6 

6

2

6

10

10

16

,

3

)

10

16

,

3

(

10

62

,

5

o

c

2

6

10

2

6

10

78

,

1

10

16

,

3

10

62

,

5

)

10

16

,

3

(

o

c

10

75

,

4

14

10

6

,

5

10

/

10

/

b

w

a

K

K

K

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/7                    dr hab. W. Makowski  

Hydroliza – obliczenia cd. 

Przykład 7.2: Jak zmieni się stopień hydrolizy KCN w roztworze 
0.05 M po dodaniu KOH (0,01 M) 

(pK

a HCN

 = 9,31)

 

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/8                    dr hab. W. Makowski  

Bufor kwasowy 

Roztwór zawierający podobne stężenia słabego kwasu HA (c

k

)  

i jego soli z mocną zasadą (c

s

)  

HA       +  

H

2

O       H

3

O

+

    +  A

c

k

-x        

 

(tylko kwas) 

c

k

-y 

 

c

s

+y 

(kwas i sól)

 

cofnięta dysocjacja ⇒ y << c

s

 i c

k

  

 

k

s

k

s

a

c

c

O

H

y

c

y

c

O

H

HA

A

O

H

K

]

[

)

](

[

]

[

]

][

[

3

3

3

k

s

a

c

c

pK

pH

log

Równanie  
Hendersona-Hasselbacha  

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/9                    dr hab. W. Makowski  

Bufor zasadowy 

Roztwór zawierający podobne stężenia słabej zasady B (c

z

)  

i jej soli z mocnym kwasem (c

s

B       +  

H

2

O       BH

+

    +  OH

c

z

-y        

 

c

s

+y 

cofnięta dysocjacja 

 

 

y << c

s

 i c

z

    

z

s

z

s

b

c

OH

c

y

c

OH

y

c

B

OH

BH

K

]

[

]

)[

(

]

[

]

][

[

s

z

b

c

c

pK

pH

log

14

z

s

b

c

c

pK

pOH

log

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/10                    dr hab. W. Makowski  

Właściwości roztworów buforowych 

k

s

a

k

s

a

n

n

pK

c

c

pK

pH

log

log

• nie zmieniają pH w wyniku rozcieńczenia 
• w niewielkim stopniu zmieniają pH po dodaniu małych ilości 

mocnego kwasu lub zasady 

Rozwór buforowy można wytworzyć  
• mieszając roztwór słabego kwasu z roztworem jego soli z mocną 

zasadą  

• częściowo zobojętniając roztwór słabego kwasu mocną zasadą 
• działając mocnym kwasem na roztwór soli słabego kwasu i mocnej 

zasady 

(na przykładzie buforów kwasowych) 

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/11                    dr hab. W. Makowski  

Roztwory buforowe – obliczenia  

45

,

4

1

,

0

05

,

0

log

75

,

4

log

k

s

a

c

c

pK

pH

Przykład 7.3: Oblicz zmianę pH 1 dm

3

 buforu octanowego 

zawierającego 0,1 M CH

3

COOH 

(pK

a

 = 4,75)

 i O,05 M CH

3

COONa 

po dodaniu:  a) 0,02 mol NaOH,   b) 0,05 mol HCl:  

a) dodanie 0,02 mol NaOH:    

  OH

-

  +  CH

3

COOH  →  CH

3

COO

-

  + H

2

c

s

 = 0,05 + 0,02 = 0,07 M 

c

k

 = 0,1 - 0,02 = 0,08 M  

69

,

4

08

,

0

07

,

0

log

75

,

4

pH

• roztwór wyjściowy 

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/12                    dr hab. W. Makowski  

Roztwory buforowe – obliczenia cd. 

b) dodanie 0,05 mol HCl  

  H

3

O

+

  +  CH

3

COO

-

  →  CH

3

COOH  + H

2

  c

k

 = 0,1 + 0,05 = 0,15 M  

  c

s

 = 0,05 - 0,05 = 0,00 M 

   

nie ma już roztworu buforowego!  

powstał roztwór 0,15 M CH

3

COOH (+ 0.05 M NaCl) 

79

,

2

2

82

,

0

2

75

,

4

2

log

2

o

a

c

pK

pH

k

s

a

c

c

pK

pH

log

nie można już stosować równania 
Hendersona-Hasselbacha  

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/13                    dr hab. W. Makowski  

Pojemność buforowa 

pH

n

dpH

dn

Δn – 

liczba moli mocnego jednoprotonowego 

 

kwasu (lub zasady) dodana do roztworu 

 

buforowego (w przeliczeniu na 1 dm

3

ΔpH –  zmiana pH wywołana tym dodatkiem 
 

 

 

Obliczanie pojemność buforowej 

k

s

a

c

c

pK

pH

log

n

c

n

c

pK

pH

pH

k

s

a

log

HA  +  NaOH  →  NaA  + H

2

• stężenie soli NaA rośnie 
• stężenie kwasu HA maleje 
• pH rośnie 

k

s

k

s

c

c

n

c

n

c

pH

log

log

Przykład 1: Bufor kwasowy (HA + NaA) 

Dodajemy zasadę (NaOH) 

trzeba wyliczyć Δn  

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/14                    dr hab. W. Makowski  

Obliczanie pojemność buforowej cd. 

Jeżeli c

= c

= 0.1 M  

i ΔpH = 0.1  

k

s

k

s

c

c

n

c

n

c

pH

log

log

s

k

k

s

pH

c

c

n

c

n

c

10

n

c

c

c

n

c

c

c

k

s

k

s

s

k

pH

)

(

10

)

10

(

)

1

10

(

s

pH

k

pH

s

k

c

c

c

c

n

0115

,

0

)

1

,

0

259

,

1

1

,

0

(

)

1

259

,

1

(

1

,

0

1

,

0

n

115

,

0

1

,

0

0115

,

0

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/15                    dr hab. W. Makowski  

Zastosowanie pomiarów pH

 

- miareczkowanie kwasu zasadą (alkacymetria)

 

Miareczkowanie (ang. titration)  

- technika chemicznej analizy ilościowej polegająca 

na dodawaniu roztworu reagenta o znanym 
stężeniu (titranta) z biurety do roztworu 
substancji, której stężenie jest oznaczane 

- dla punktu końcowego miareczkowania objętość 

zużytego titranta odpowiada ilości oznaczanej 
substancji 

- w reakcjach zobojętniania pomiar pH można 

wykorzystać do wykrycia punktu końcowego 
miareczkowania

 

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/16                    dr hab. W. Makowski  

Krzywe miareczkowania

 

pH

 

V

NaOH

 (cm

3

Zależności pH od objętości roztworu NaOH podczas zobojętniania 

40 cm

3

 0,1 M roztworu słabego lub mocnego kwasu

 

Słaby kwas 

Mocny kwas 

hydrolizująca sól 

bufor 

kwas 

sól, hydroliza cofnięta 

HCl + NaOH =  NaCl + H2O 

CH

3

COOH + NaOH = 

= CH

3

COONa + H

2

background image

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/17                    dr hab. W. Makowski  

Krzywa miareczkowania kwasu trójprotonowego

 

pH

 

n NaOH (mol) 

1 mol H

3

PO

H

3

PO

H

3

PO

4

NaH

2

PO

NaH

2

PO

NaH

2

PO

4  

+Na

2

HPO

Na

2

HPO

Na

2

HPO

4  

+Na

3

PO

Na

3

PO

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/18                    dr hab. W. Makowski  

Wskaźniki pH 

 - barwne kwasy organiczne, których barwa zależy od pH, 

dodawane w niewielkich ilościach do badanego roztworu 

HInd   +    H

2

O       H

3

O

+

   +   Ind

barwa 1

                                     

barwa 2 

]

[

]

[

log

HInd

Ind

pK

pH

HInd

a

1

,

0

]

[

]

[

Ind

H

Ind

10

]

[

]

[

Ind

H

Ind

roztwór ma barwę 1 

roztwór ma barwę 2 

Zmiana barwy 
zachodzi zwykle  
w zakresie  
2 jednostek pH 
(pK

a

 ± 1) 

HInd

a

pK

pH

HInd

Ind

10

]

[

]

[

1

]

[

]

[

Ind

H

Ind

roztwór ma barwę przejściową 

background image

10 

Wydział Chemii UJ                    Podstawy chemii - wykład 7/19                    dr hab. W. Makowski  

Kolory wskaźników pH 

oranż metylowy (3,1-4,4) 

czerwień metylowa 

błękit bromotymolowy 

fenoloftaleina (8,2-10,0) 

żółcień alizarynowa 

fiolet metylowy 

błękit tymolowy 

żółcień metylowa 

błękit bromofenolowy 

lakmus 

czerwień fenolowa 

tymoloftaleina