19 lut Hydroliza soli – za co maturzyści tracą punkty?

Hydroliza soli to jedno z pojęć obowiązkowych w materiale szkolnym. Niestety jest to jedno z najgorzej uczonych pojęć. I bardzo często po szkolnej nauce nie mamy pojęcia o hydrolizie soli. To znaczy, może inaczej: wydaje nam się, że mamy pojęcie. A potem przychodzi matura i się okazuje, że tracimy punkty. Dlaczego?

Przeanalizujemy teraz pewne zadanie maturalne i odpowiedź do niego udzieloną przez jedną osobę zdającą:

I teraz odpowiedź:

Nie jest tajemnicą, że w probówce nr I dochodzi do zjawiska hydrolizy anionowej. Osoba zdająca wiedziała o tym. Odpowiedź ta została oceniona na zero. Jak wspomniałem, o hydrolizie jesteśmy często uczeni bardzo źle. Równania hydrolizy zapisywane są bardzo często w taki sposób:

Albo i tak:

A gdybyśmy mieli zapisać równanie dysocjacji kwasu ortofosforowego(V), to co napiszemy?
Może tak?

Choć na papierze się zgadza, to równanie to nie ma sensu. Ta dysocjacja zachodzi etapami. Każdy etap ma swoją stałą równowagi. W pierwszym etapie powstają jony diwodorosforanowe:

Tylko nieznaczna część anionów H₂PO₄^– oddaje jeden ze swoich protonów dalej i tworzy aniony HPO₄^2-. A z tych tylko niewielka część przechodzi w jony PO₄^3-. Powoduje to, że jonów ortofosforanowych w wodnym roztworze H₃PO₄ praktycznie nie ma. Takie równanie:

oznaczałoby, że na 1 anion PO₄^3- są 3 kationy H₃O⁺ – a to nieprawda. Kationów H₃O⁺ jest miliony razy więcej! Zwróćmy jeszcze uwagę, że pierwszy etap dysocjacji wprowadza do roztworu dużą liczbę jonów H₃O⁺. Jony te powstają także w drugim etapie. Pierwszy etap już wprowadził dużą liczbę tych jonów. Te jony powstałe w pierwszym etapie przesuwają stan równowagi dysocjacji II etapu w lewo. Jony H₂PO₄^– w roztworze H₃PO₄ dysocjują w znacznie mniejszym stopniu, niż na przykład w roztworze KH₂PO₄ (przy tym samym stężeniu roztworów). Zjawisko to nazywa się efektem wspólnego jonu. Jest przypadkiem działania reguły przekory.

Analogicznie jest z hydrolizą anionową, która także jest rodzajem dysocjacji. Zachodzi etapami, ponadto etap pierwszy:

Skutecznie blokuje zajście etapu drugiego, którego stała równowagi i tak jest bardzo mała.

A to wszystko powoduje, że ilość SO₂ w tym roztworze jest śladowa. I nie opuszcza roztworu.

Ze względu na obecnosć SO₂ w powietrzu bardziej prawdopodobne jest powolne pochłanianie SO₂ z powietrza przez ten roztwór.

Poza tym zastanówmy się:

• Jaki sens miałyby obliczanie pH roztworu, z którego uwalniałby się SO₂? W każdej chwili pH roztworu byłoby inne. Po pewnym czasie byłby to roztwór NaOH, a nie Na₂SO₃.
• Po co jest fenoloftaleina, skoro o tym, że w roztworze dochodzi do hydrolizy wiedzieliśmy po uwalnianiu się gazu. Albo to zobaczymy, albo poczujemy… To po co używamy fenoloftaleiny?

No właśnie po to, by się przekonać, że do tej hydrolizy dochodzi. Bo wydzielania gazu nie ma. I jeśli odparujemy wodę z tego roztworu, to odzyskamy rozpuszczoną sól: Na₂SO₃. Gdyby uwalniał się SO₂, to byłoby to niemożliwe.

Ponadto często nadużywane są równania hydrolizy z jedną strzałką: tylko w prawo. Taki zapis oznaczałby, że proces zachodzi nieodwracalnie: w 100%.

Owszem, na maturze nie stracisz punktów, jeżeli w równaniu reakcji użyjesz strzałki w jedną stronę. Za samo równanie nie stracisz. Ale jeśli za tym idzie w parze wyciągnięcie błędnych wniosków, to już tak… Miałem do czynienia z sytuacją, że ktoś twierdził, że został niesprawiedliwie oceniony na maturze. Bo w roztworze Na₂CO₃ anionów węglanowych przecież nie ma, bo uległy hydrolizie… Zbyt często uczniowie nie mają świadomości, że hydroliza jest procesem równowagowym, a ponadto zachodzącym w małym stopniu.

Tak samo nie ma wydzielania gazu z wodnych roztworów NH₄Cl. Tam mamy hydrolizę kationową:

I tutaj także niektórzy twierdzą, że wydzieli się gaz (NH₃). Ale przecież chlorowodór to także lotny gaz. Gdyby amoniak opuszczał ten układ, to w probówce musiałby zostać kwas solny, który jest wodnym roztworem chlorowodoru. Z kwasu solnego uwalnia się przecież gazowy chlorowodór. A zatem uwalniałyby się oba gazy.
Pozostajemy przy hydrolizie kationowej. Na polecenie zapisz równanie reakcji, w której otrzymasz wodorotlenek miedzi(II) niektórzy piszą:

I potem pytają: „Dlaczego takiej odpowiedzi nie ma w kluczu?”, „Czy taka odpowiedź zostanie uznana na maturze?”
Wodorotlenek miedzi(II) strąca się jako niebieski galaretowaty osad, który tworzy zawiesinę. Tymczasem rozpuszczając CuSO₄ w wodzie otrzymujemy klarowny roztwór, a nie zawiesinę:

A gdy w tym roztworze zanurzymy uniwersalny papierek wskaźnikowy, to się zaczerwieni:

Czy umiecie sobie już odpowiedzieć na pytanie, dlaczego?

Ponadto, nawet w roztworze CuSO₄ hydroliza kationowa zachodzi etapami. Pierwszy z nich:

A co z drugim etapem, to już sobie spróbujcie odpowiedzieć.
Podsumowując:
Hydroliza soli to nie jest metoda otrzymywania praktycznie nierozpuszczalnych wodorotlenków, ani gazów (NH₃, SO₂ itp.). Hydroliza jest zjawiskiem, które pozwala nam wyjaśnić odczyn roztworu soli. Na ogół zachodzi w bardzo małym stopniu. Możemy łatwo policzyć, że w roztworze octanu potasu o stężeniu 0,1 mol/dm³ w temp. 25 °C hydrolizie (dysocjacji zasadowej) ulega zaledwie 1 na 13400 anionów! Dlatego roztwór ten ma pH ok. 8,9, a nie 13.

Co by oznaczało w praktyce, gdyby po rozpuszczeniu od octanu sodu w wodzie
Co by to oznaczało w praktyce, gdyby otrzymać jeden dm³ roztworu przez rozpuszczenie 1/10 mola octanu sodu w wodzie, a pH roztworu wynosiłoby 13? Oznaczałoby, że kwas octowy nie reaguje z NaOH. Bo przecież powstała sól, musiałaby całkowicie przereagować z wodą i odtworzyć substraty. To co po w ogóle miałyby reagować?

A zresztą zobaczmy na ostatni arkusz maturalny:

Czy widzimy wydzielanie gazu? Po co nam ta fenoloftaleina?

PS rozpuszczajac w wodzie niektóre sole (np. FeCl₃) pojawia się zmętnienie – powstają nieznaczne ilości hydroksosoli, a nie wodorotlenki. 

Pozdrawiam,

Damian Mickiewicz

Jeśli zależy Ci na bardzo dobrym wyniku na maturze, to zachęcam do skorzystania z serii lekcji Zadania maturalne bez tajemnic. Podczas tych lekcji omawiam zagadnienia wymagane na maturze i pokazuję jak rozwiązywać zadania, by nie popełnić błędów. Dodatkowo otrzymasz prezentacje, zadania maturalne, a nawet moje książki w formie PDF. Szczegóły TUTAJ