Odpowiedź :
Witaj :)
Naszym zadaniem jest obliczenie pH roztworu chlorku amonu o określonym stężeniu molowym.
Dysocjacja elektrolityczna to proces rozpadu związku chemicznego na jony, pod wpływem polarnego rozpuszczalnika. Podczas tego procesu powstają dwa rodzaje jonów - dodatnio naładowane kationy, oraz ujemnie naładowane aniony. Rozpuszczalnikiem w procesie dysocjacji jest najczęściej woda. Dysocjacji ulegają związki, które są rozpuszczalne w wodzie.
Hydroliza to proces następujący po dysocjacji elektrolitycznej i polega na reakcji jonów, które powstały, z wodą. W przypadku hydrolizy soli ulegają jej:
- Sole pochodzące od słabego kwasu i mocnej zasady,
- Sole pochodzące od mocnego kwasu i słabej zasady,
- Sole pochodzące od słabego kwasu i słabej zasady.
Sole, które pochodzą od mocnego kwasu i mocnej zasady nie ulegają procesowi hydrolizy, tylko proesowi dysocjacji elektrolitycznej.
Rozwiązanie zadania zaczniemy od wyprowadzenia wzoru na pH naszej soli. Naszą solą jest chlorek amonu o wzorze NH₄Cl. Jest to sól dobrze rozpuszczalna w wodzie, jak wszystkie sole zawierające kation amonu. Wprowadzona do wody ulega dysocjacji elektrolitycznej w myśl równania:
[tex]NH_4Cl\xrightarrow {H_2O}NH_4^++Cl^-[/tex]
Jako że jest to sól pochodząca od mocnego kwasu, oraz słabej zasady, będzie ulegała hydrolizie (hydrolizie ulega kation pochodzący od słabej zasady) zgodnie z równaniem:
[tex]NH_4^++H_2O\rightleftarrows NH_3+H_3O^+[/tex]
Powstały w procesie hydrolizy amoniak jest słabą "zasadą" i ulega dysocjacji w myśl reakcji:
[tex]NH_3+H_2O\rightleftarrows NH_4^++OH^-[/tex]
Ponieważ amoniak jest słabą "zasadą", możemy zapisać wyrażenie na stałą równowagową reakcji dysocjacji:
[tex]K_b=\frac{[NH_4^+][OH^-]}{[NH_3]}[/tex]
Zgodnie z równaniami reakcji przyjmujemy następujące założenia:
[tex][NH_4^+]=C_{NH_4Cl}\ \ \ \wedge\ \ \ [NH_3]=[H_3O^+][/tex]
Podstawmy to do wyrażenia na stałą dysocjacji:
[tex]K_b=\frac{C_{NH_4Cl}[OH^-]}{[H_3O^+]}[/tex]
Skorzystamy teraz z iloczynu jonowego wody. Iloczynem jonowym wody nazywamy iloczyn ze stężeń jonów, które powstają w wyniku autoprotolizy wody:
[tex]K_w=[H_3O^+][OH^-][/tex]
Wyznaczamy z powyższego wzoru [OH⁻]:
[tex][OH^-]=\frac{K_w}{[H_3O^+]}[/tex]
Podstawiamy powyższe wyznaczenie do wyrażenia na stałą dysocjacji:
[tex]K_b=\frac{C_{NH_4Cl}\frac{K_w}{[H_3O^+]}}{[H_3O^+]}=\frac{C_{NH_4Cl}\cdot K_w}{[H_3O^+]^2}[/tex]
Powyższe równanie przekształcamy, aby wyznaczyć stężenie jonów [H₃O⁺]:
[tex][H_3O^+]=\sqrt{\frac{C_{NH_4Cl}\cdot K_w}{K_b} }[/tex]
Ponieważ pH to ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów hydroniowych w roztworze, po obustronnym zlogarytmowaniu logarytmem dziesiętnym otrzymujemy wzór na pH naszej soli:
[tex]\Large \boxed{pH=-\log \Big(\sqrt{\frac{C_{NH_4Cl}\cdot K_w}{K_b}} \Big)}[/tex]
Wypiszmy dane z naszego zadania:
[tex]C_{NH_4Cl}=0,1mol/dm^3\\K_b=1\cdot 10^{-5}\\K_w=1\cdot 10^{-14}\implies wartosc\ stala \ (dla\ T=25^\circ C)[/tex]
Podstawmy pod wzór na pH:
[tex]pH=-\log(\sqrt{\frac{0,1\cdot 1\cdot 10^{-14}}{1\cdot 10^{-5}} })=-\log(\sqrt{10^{-10}})=-\log(10^{-5})=5\[/tex]
pH<7, ponieważ chlorek amonu jest solą pochodzącą od mocnego kwasu.
Odpowiedź.: pH chlorku amonu o stężeniu 0,1mol/dm³ wynosi 5.
