Zadanie 3. Stała dysocjacji

Informacja do zadania
Węglany w roztworach wodnych ulegają hydrolizie anionowej, która polega na dysocjacji zasadowej anionu, zgodnie z równaniem:

CO₃^2- + H₂O ⇄ HCO₃^– + OH^–

Drugi etap hydrolizy polegający na reakcji jonu HCO₃⁻ z wodą zachodzi w tak małym stopniu, że nie ma wpływu na pH roztworu.

Zadanie 1.

Oceń, czy podwyższenie pH roztworu, w którym przebiegła reakcja zilustrowana powyższym równaniem, poskutkuje zmniejszeniem, czy – zwiększeniem stężenia anionów węglanowych CO₃²⁻.

Prawidłowa odpowiedź: Wzrost pH spowoduje zwiększenie stężenia anionów węglanowych.

Dlaczego? Podwyższenie pH oznacza zwiększenie jonów OH^– w roztworze. Patrząc na równanie reakcji hydrolizy widzimy, że jej produktem są również jony OH^–. Reguła przekory mówi, że dodanie produktu powoduje przesunięcie równowagi w lewo, a więc w stronę tworzenia substratów. Spowoduje to cofnięcie reakcji, czyli zwiększenie stężenia jonów węglanowych.

Zadanie 2.

W temperaturze 25 °C wodny roztwór węglanu potasu o stężeniu 0,51 mol ^. dm⁻³ ma pH równe 12,0.

Oblicz stałą dysocjacji zasadowej (stałą równowagi reakcji hydrolizy) anionu węglanowego. Uwzględnij fakt, że w wyrażeniu na stałą dysocjacji zasadowej anionu węglanowego pomija się stężenie wody.

 Reakcję hydrolizy jonów węglanowych zapisujemy następująco:

CO₃^2- + H₂O ⇄ HCO₃^– + OH^–

Jak w każdym zadaniu obliczeniowym zaczynamy od zapisania wzoru na szukaną. Ponieważ stężenie wody w roztworach wodnych praktycznie nie ulega zmianie (mówimy tu o roztworach o niskich stężeniach), to pomijamy ją we wzorze na stałą hydrolizy (postępujemy tak również w przypadku osadów – patrz: iloczyn rozpuszczalności).

 Następnie zastanawiamy się, czego brakuje nam do rozwiązania równania i w jaki sposób możemy obliczyć jego składowe. Wykorzystując iloczyn jonowy wody możemy łatwo ustalić stężenie jonów wodorotlenkowych.

pH + pOH = 14    →    pOH = 14 – pH = 14 – 12 = 2   →    [OH^–] = 10^-2

Z równania reakcji wiemy, że stężenie równowagowe jonów wodorotlenkowych i wodorowęglanowych będzie takie samo, a stężenie jonów węglanowych będzie różnicą stężenia początkowego i stężenia produktu reakcji (ponieważ produkty powstają właśnie przez “zużycie” jonów węglanowych).

[OH^–] = [HCO₃^–] = 10^-2 = 0,01

[CO₃^2-] = C₀ – [HCO₃^–] = 0,51 – 0,01 = 0,5

Podstawiamy wszystkie dane do początkowego równania i obliczamy stałą równowagi reakcji: