hidroliza soli, puferske otopine - ZOAK FKIT - Fakultet kemijskog ...

Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije
Sveučilišta u Zagrebu
Seminar 09
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II
Ravnoteže u otopinama elektrolita 2
dr. sc. Biserka Tkalčec
dr. sc. Lidija Furač

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II
KONJUGIRANE KISELINE I BAZE U VODENOJ OTOPINI
2.1. B + H 2 O BH + + OH -
baza kiselina kiselina baza
NH 3 + H 2 O NH
+
4 + OH -
baza kiselina kiselina baza
općenito
primjer
BH + = konjugirana kiselina baze B
NH 4+ = konjugirana kiselina baze NH 3
2.2. BH + + H 2 O H 3 O + + B
kis. baza kiselina baza
općenito
NH 4
+
+ H 2 O H 3 O + + NH 3
kis. baza kiselina baza
primjer
B = konjugirana baza kiseline BH +
NH 3 = konjugirana baza kiseline NH 4
+

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II
a) konstanta ravnoteže 2.1. = konstanta ionizacije konjugirane baze B
K
B
=
[ ][ ]
+ −
BH OH
[ B]
=
[ ]
+
BH K
[ ][ ]
+
B H
W
b) konstanta ravnoteže 2.2 = konstanta ionizacije konjugirane kiseline BH +
K K
[ ][ ]
+ −
H
[ ]
+
= BH
B
K =
B
K
K
w
K
K =
K
K
K
w
B
Konstanta konjugirane baze
Konstanta konjugirane kiseline

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
1. Vodene otopine soli, dobivene neutralizacijom jakih baza i slabih
kiselina
(1) MeA → Me + (aq) + A - (aq) …...........potpuna disocijacija, jer je sol (ionski spoj)
- A - = konjugirana baza slabe kiseline i jača baza od vode
voda se ponaša kao kiselina, tj. protondonor
(2) A - + H 2 O HA + OH - ......................HIDROLIZA
baza kiselina kiselina baza
Iz (1)........c (A - ) = c ( MeA)
Iz (2)........ [OH - ] = [HA]......jer je omjer stehiometrijskih koeficijenata = 1 : 1

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- konstanta hidrolize, K h (ravnoteža (2)) :
K
h
=
K
B
=
K
K
w
HA
=
[ ][ ]
−
HA OH
[ ]
−
A
=
c(A
[ ]
− 2
OH
− [
−
) − OH ]
pH
− 2
−
1.) bez aproksimacije: [ OH ] + K ⋅[ OH ]
h
− K
h
-
⋅c
(A )
= 0
[OH - ] pOH pH
2.) aproksimativno:
[OH - ] = [HA] 3 % račun bez aproksimacije
2. stupanj hidrolize, α h ≤ 3 % aproksimativni račun

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- stupanj hidrolize, α:
α
h
=
c
−
(A
hidrolizirano
−
)
c (A
)
=
[ OH ]
−
c (MeA)
-napomena: Pri računu obratiti pažnju na dvovalentne soli, MeA 2 , u
kojima je c (A - ) = 2 c (MeA 2 ), npr. Ca(CH 3 COO) 2 !!

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
2. Vodene otopine soli, dobivene neutralizacijom jakih kiselina i slabih
baza
(1) BA → B + (aq) + A - (aq) …...........potpuna disocijacija, jer je sol (ionski spoj)
B + = konjugirana kiselina slabe baze i jača kiselina od vode
voda se ponaša kao baza, tj. protonakceptor
(2) B + + H 2 O B + H 3 O + ......................HIDROLIZA
kiselina baza baza kiselina
Iz (1)........c (B + ) = c ( BA)
Iz (2)........ [H 3 O + ] = [H + ] = [B]...jer je omjer stehiometrijskih koeficijenata = 1 : 1

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- konstanta hidrolize, K h (ravnoteža (2)) :
K
h
=
K
K
=
K
K
w
B
=
[ ][ ]
+
B H
[ ]
+
B
=
c(B
[ ]
+ 2
H
+ [
+
) − H ]
pH
+ 2
+
1.) bez aproksimacije: [ H ] + K ⋅[ H ]
h
− K
h
⋅c
(B
+
)
= 0
[H + ] pH
2.) aproksimativno:
[H + ] = [B] 3 % račun bez aproksimacije
2. stupanj hidrolize, α h ≤ 3 % aproksimativni račun

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- stupanj hidrolize, α:
α
h
=
c
(B
hidrolizirano
+
+
)
c (B
)
=
[ H ]
+
c (BA)
-napomena: Pri računu obratiti pažnju na dvovalentne soli, B 2 A, u
kojima je c (B + ) = 2 c (B 2 A), npr. (NH 4 ) 2 SO 4 !!

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
OTOPINE PUFERA:
1.) Smjesa slabe kiseline i njezine soli s jakom bazom, npr. smjesa HAc i NaAc
2.) Smjesa slabe baze i njezine soli s jakom kiselinom, npr. smjesa NH 3 i NH 4 Cl
TEMELJNO SVOJSTVO: Dodatkom jake kiseline ili baze (najveća moguća količina
ovisi o kapacitetu pufera) u otopinu pufera, pH otopine se značajno ne mijenja.
PRIPREMA:
a) izravno miješanje komponenata smjese
b) djelomična neutralizacija:
- slabe kiseline jakom bazom jaka baza je mjerodavni reaktant
ili
- slabe baze jakom kiselinom jaka kiselina je mjerodavni reaktant
c) izravno miješanje dviju soli poliprotonske kiseline (npr. NaH 2 PO 4 i Na 2 HPO 4 ) i
različite druge kombinacije nije sadržaj kolegija

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
1.) primjer: smjesa HAc i NaAc
reakcije u otopini:
1) HAc H + + Ac - ..... djelomična ionizacija slabe kiseline RAVNOTEŽNA
Le Chatélier
REAKCIJA
2) NaAc Na + + Ac - ..... sol, ionski spoj potpuna disocijacija
c (Ac - ) 2) = c (NaAc)
K
K
=
+ −
[ H ][ Ac ]
[ HAc]
- [Ac - ] = [Ac - ] 1) + c (Ac - ) 2)
[Ac - ] 1) « c (Ac - ) 2)
[Ac - ] ≈ c (Ac - ) 2) = c (NaAc)
- [HAc] = c ( HAc) - [H + ] ≈ c (HAc)
Za razliku od otopine čiste kiseline, [H + ] ≠ [Ac - ]

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
K
K
=
[ H ][ Ac ]
+ −
[ HAc ]
≈
[ ]
+
(
−
H c Ac )
c
( HAc )
[ ]
+ c ( HAc)
H =
K
⋅
c (
−
Ac )
=
[ ]
+
H c ( NaAc)
c
( HAc)
( HAc )
( NaAc )
c
K ≈ =
c
n
n
=
( HAc )
( NaAc )
[ ]
+
H n ( NaAc )
n
( HAc )
Omjer koncentracija slabe kiseline i njezine soli određuje pH puferske otopine.
- povećanje koncentracije soli u kiseloj puferskoj otopini:
c (Ac - ) c (HAc) [H + ] pH kiselost otopine se
−
c (Ac )
proporcionalno smanji
- povećanje koncentracije slabe kiseline u kiseloj puferskoj otopini:
c (HAc) c (HAc) [H + ] pH kiselost otopine se
−
c (Ac )
proporcionalno poveća

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
a) Dodatak jake baze u kiselu pufersku otopinu:
jaku bazu neutralizira slaba kiselina u puferskoj otopini:
CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H 2 O
kiselina baza sol
( )
c (CH 3 COOH) ; c (CH 3 COO - ) c HAc [H + ] pH kiselost otopine
−
c Ac
( )
se malo smanji
b) Dodatak jake kiseline u kiselu pufersku otopinu:
jaku kiselinu neutralizira konjugirana baza slabe kiseline (anion slabe kiseline) u
otopini, prisutna u značajnoj količini zbog potpuno disocirane soli (jedn.2)):
CH 3 COO - + HCl CH 3 COOH + Cl -
baza kiselina kiselina baza
CH 3 COONa + HCl
CH 3 COOH + NaCl
( )
ili u molekulskom obliku
c (CH 3 COO - ) ; c (CH 3 COOH) c HAc [H + ] pH kiselost otopine
−
c Ac
( )
se malo poveća

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
2.) primjer: smjesa NH 3 i NH 4 Cl
reakcije u otopini:
1) NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - ... djelomična ionizacija slabe RAVNOTEŽNA
Le Chatélier baze REAKCIJA
2) NH 4 Cl NH 4 + + Cl - ..... sol, ionski spoj potpuna disocijacija
K
c (NH 4 + ) 2) = c (NH 4 Cl)
B
=
[
+ −
NH ][ Cl ]
4
[ NH ]
3
- [NH 4 + ] = [NH 4 + ] 1) + c (NH 4 + ) 2)
[NH 4 + ] 1) « c (NH 4 + ) 2)
[NH 4 + ] ≈ c (NH 4 + ) 2) = c (NH 4 Cl)
- [NH 3 ] = c ( NH 3 ) - [OH - ] ≈ c (NH 3 )
Za razliku od otopine čiste baze, [OH - ] ≠ [NH 4+ ]

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
K
B
=
[
+
NH ][ OH ]
−
4
[ NH ]
3
≈
c
( NH )[ OH ]
+ −
c
4
( NH )
3
=
[ OH ] c ( NH )
−
+
c
( NH )
3
4
=
[ OH ] n ( NH )
−
+
n
( NH )
3
4
− c
[ ]
( NH
3
)
OH ⋅
=
B
+
c
4
( NH )
c ( NH
3
)
( NH Cl )
K ≈ =
c
4
n
n
( NH
3
)
( NH Cl )
4
Omjer koncentracija slabe baze i njezine soli određuje pH puferske otopine.
- povećanje koncentracije soli u lužnatoj puferskoj otopini:
c (NH + 4 ) c (NH [OH - 3)
] [H + ] pH kiselost otopine se
+
c (NH )
4
proporcionalno poveća
- povećanje koncentracije slabe baze u lužnatoj puferskoj otopini:
c (NH 3 ) c (NH
3)
[OH-] [H + ] pH kiselost otopine se
+
c (NH )
proporcionalno smanji
4

KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
a) Dodatak jake kiseline u lužnatu pufersku otopinu:
jaku kiselinu neutralizira slaba baza u puferskoj otopini:
NH 3 + HCl NH 4 Cl
baza kiselina sol
( )
c (NH 3 ) ; c (NH + 4 ) c NH [OH - ] [H + 3
] pH kiselost otopine
+
c NH
( )
4
se malo poveća
b) Dodatak jake baze u lužnatu pufersku otopinu:
jaku bazu neutralizira konjugirana kiselina slabe baze (kation slabe baze) u
otopini, prisutna u značajnoj količini zbog potpuno disocirane soli (jedn.2)):
NH + 4 + OH - NH 3 + H 2 O
kiselina
baza
ili u molekulskom obliku
NH 4 Cl + NaOH
NH 4 Cl + NH 3 + H 2 O
( )
c (NH 4+ ) ; c (NH 3 ) c NH [OH - 3
] [H + ] pH kiselost otopine
+
c NH
( )
4
se malo smanji

1 . M. Sikirica, Stehiometrija:
Domaća zadaća
zadatci: 10.22.; 10.22.; 10.35.; 10.36.; 10.41.; 10.43.; 10.44.; 10.45.
Napomena za 10.35. i 10.36.: Kiseline (baze) su monoprotonske (jednovalentne), a u točki ekvivalencija
je kiselina (baza) potpuno neutralizirana.
2. I. Filipović, Opća i anorganska kemija I:
zadatci: 9.3.17.; 9.3.19.; 9.3.20.
3. Izračunajte pH otopine natrijeva hipoklorita (NaClO), ako je maseni udio NaClO u
otopini, w = 10 %, a gustoća otopine je 1,2 kg/L. Konstanta hipokloritne kiseline
je, K (HClO) = 3,2 ∙ 10-8 M. R: pH = 10,85.
4. Izračunajte masu amonijevog perklorata u 250 mL otopine, ako je pH te otopine,
pH = 5,11. Konstanta ionizacije amonijaka je, K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10 -5 M; R: m = 3 g.
5. U otopini kalijevog cijanida koncentracije c = 0,2 M izmjeren je pH = 11,2.
Izračunajte konstantu ionizacije slabe cijanovodične kiseline HCN.
R: K (HCN) = 7.96 ∙ 10 -10 M.
6. Izračunajte: a) volumen sumporne kiseline, c (H 2 SO 4 ) = 0,25 M, potreban za
potpunu neutralizaciju 1,0 L otopine amonijaka, c (NH 3 ) = 1 M i b) pH otopine
nakon neutralizacije. K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10 -5 M.
R: a) V (H 2 SO 4 ) = 2,0 L; b) pH = 4,85.

Domaća zadaća - nastavak
7. Izračunajte pH otopine koja se dobije miješanjem 400 cm 3 octene kiseline,
c (CH 3 COOH) = 0,5 M i 200 cm 3 otopine natrijeva acetata, c (CH 3 COONa) = 1 M.
K (CH 3 COOH) = 1,75 ∙ 10 -5 M. R: pH = 4,76.
8. Izračunajte masu amonijeva klorida koju treba dodati u 250 cm 3 otopine
amonijaka, w (NH 3 ) = 5 %, ρ (NH3) otopina = 0,98 g cm -3 , da bi se dobila
puferska otopina čiji pH = 9,8. K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10-5 M. R: m (NH 4 Cl) = 10,36 g.
9. Izračunajte pH otopine koja je pripremljena otapanjem 17,28 g čvrstog kalijeva
hidroksida u 3 litre otopine octene kiseline, c (CH 3 COOH) = 0,25 M.
K (CH 3 COOH) = 1,75 ∙ 10 -5 M. R: pH = 4,6.
10. Izračunajte za koliko će se promijeniti pH otopine koja sadrži amonijak, c (NH 3 )
= 0,1 M i amonijev sulfat c ((NH 4 ) 2 SO 4 ) = 0,05 M, ako se u 100 cm 3 te otopine
doda a) 10 cm 3 otopine NaOH, c (NaOH) = 0,2 M, b) 10 cm 3 otopine H 2 SO 4 ,
c (H 2 SO 4 ) = 0,1 M. K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10 -5 M. R: a) ΔpH = 0,18; b) ΔpH = 0,18.
11. Izračunajte volumen otopine klorovodične kiseline, c (HCl) = 0,5 M, koji treba
dodati u 200 mL otopine koja sadrži octenu kiselinu i natrijev acetat jednakih
koncentracija, c (CH 3 COOH) = c (CH 3 COONa) = 1M, da bi se pH otopine
promijenio za 0,02 pH jedinice. K (CH 3 COOH) = 1,75 ∙ 10 -5 M.
R: V (HCl) = 10 cm 3 .

Zadatci za vježbu - nastavak
1. Izračunajte pH otopine amonijevog sulfata, ako je maseni udio te soli u otopini,
w = 0,04, a gustoća otopine je 1,02 g/mL. Konstanta baze amonijaka je,
K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10 -5 M. R: pH = 4,71.
2. U otopini amonijevog nitrata izmjeren je pH = 5,1. Izračunajte masenu
koncentraciju soli u otopini. K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10 -5 M. R: γ = 8,56 g/L.
3. Izračunajte pH otopine koja sadrži barijev acetat masene koncentracije 120 g/L.
Konstanta ionizacija octene kiseline je, K (CH 3 COOH) = 1,75 ∙ 10 -5 M.
R: pH = 9,4.
4. Izračunajte pH otopine koja sadrži 10 g natrijevog nitrita u 150 mL otopine.
Konstanta ionizacije dušikaste kiseline je, K (HNO 2 ) = 4 ∙ 10 -4 M.
R: pH = 8,7.
5. Izračunajte pH otopine anilin hidrogenklorida (C6H5NH3Cl) množinske
koncentracije, c = 0,5 M. Anilin, C 6 H 5 NH 2 , je slaba baza, a anilin hidroklorid je sol
te baze. K (C 6 H 5 NH 2 ) = 3,8 ∙ 10 -10 M. R: pH = 2,44.
Uputa: anilin se ponaša u vodi kao amonijak:
C 6 H 5 NH 2 + H 2 O C 6 H 5 NH 3+ + OH – K (C 6 H 5 NH 2 ) = 3,8 ∙ 10 -10 M
Sol disocira prema sljedećoj jednadžbi: C 6 H 5 NH 3 Cl → C 6 H 5 NH 3+ + Cl -

Zadatci za vježbu - nastavak
6. Izračunajte konstantu ionizacije anilina (C 6 H 5 NH 2 ), ako pH otopine anilin
hidrogenklorida množinske koncentracije, c (C 6 H 5 NH 3 Cl) = 0,5, iznosi pH =
2,44. (Uputa kao za zadatak 5.). R: K (C 6 H 5 NH 2 ) = 3,8 ∙ 10-10 M.
7. Izračunajte: a) volumen otopine natrijeva hidroksida množinske koncentracije,
c (NaOH) = 0,2 M, potreban za potpunu neutralizaciju 20 mL otopine octene
kiseline, c (CH 3 COOH) = 0,05 M i b) pH otopine nakon neutralizacije.
K (CH 3 COOH)= 1,75 ∙ 10 -5 M. R: a) V (NaOH) = 5,0 mL; b) pH = 8,68.
8. Izračunajte za koliko se promijeni pH otopine amonijaka, c (NH 3 ) = 1,5 M, ako se
u 200 mL otopine doda 5 g amonijeva klorida. K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10-5 M.
R: ΔpH = 1,96.
9. Izračunajte množinu klorovodične kiseline koju je potrebno dodati u otopinu koja
sadrži 1,2 mol amonijaka, da bi se dobila puferska otopina čiji pH = 9,7.
K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10 -5 M. R: n (HCl) = 0,304 mol.
10. Izračunajte masu natrijeva hidroksida koju je potrebno dodati u 250 cm 3 otopine
koja sadrži amonijak, c (NH 3 ) = 0,5 M i amonijev klorid, c (NH 4 Cl) = 1,0 M, da bi
se pH otopine promijenio za 0,6 pH jedinice. K (NH 3 ) = 1,7 ∙ 10 -5 M
R: m (NaOH) = 5 g.

Zadatci za vježbu - nastavak
11. Izračunajte za koliko će se promijeniti pH otopine koja sadrži octenu kiselinu,
c (CH 3 COOH) = 0,020 M i natrijev acetat c (CH 3 COONa) = 0,015 M, ako se u
10 cm 3 te otopine doda a) 10 µmol HCl, b) 10 = µmol NaOH.
K (CH 3 COOH) = 1,75 ∙ 10 -5 M. R: a) ΔpH = 0,05; b) ΔpH = 0,05.