Informacja do zadania
Węglany w roztworach wodnych ulegają hydrolizie anionowej, która polega na dysocjacji zasadowej anionu, zgodnie z równaniem:CO32- + 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:
CO32- + 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
[CO32-] = C0 – [HCO3–] = 0,51 – 0,01 = 0,5
Podstawiamy wszystkie dane do początkowego równania i obliczamy stałą równowagi reakcji: