Rozwiązanie:

Roztwory uszeregowane zgodnie z rosnącą wartością pH:

HBr	CH3COOH	CH3NH3Cl	NaHCO3	NH3
najniższe pH				najwyższe pH

---

Wyjaśnienie:

1)

HBr jest mocnym kwasem, a CH₃COOH słabym, dlatego przy tym samym stężeniu molowym, roztwór HBr ma niższe pH.

2)

CH₃NH₃Cl to sól słabej zasady (CH₃-NH₂) i mocnego kwasu (HCl). W roztworze sól ulega hydrolizie kationowej zgodnie z równaniem:

$C{H}_{3}N{H}_3^{+}+H_{2}O\rightleftarrows C{H}_{3}N{H}_2+H_3{O}^{+}$  

W wyniku hydrolizy roztwór ma odczyn kwasowy. Należy pamiętać, że hydroliza jest reakcją równowagową i nie zachodzi w 100% podobnie jak dysocjacja słabego kwasu np. octowego. Aby ustalić, który roztwór ma niższe pH (CH₃COOH czy CH₃NH₃Cl) należy porównać wartości stałych równowagi procesów zachodzących w obu roztworach, które decydują o ich odczynie.

Dla CH₃COOH stała dysocjacji jest podana w tablicach, wynosi ona:

$K_{a_{}C{H}_{3}COOH}=1,75\cdot {10}^{-4}$  

 

W przypadku CH₃NH₃Cl o odczynie roztworu decyduje reakcja kationu CH₃NH₃⁺ z wodą. W tablicach nie znajdziemy wartości stałej równowagi tego procesu. Aby ją wyznaczyć, należy skorzystać z zależności między stałymi dysocjacji sprzężonych par kwas zasada:

$K_a\cdot K_b={10}^{-14}$

$K_a-\text{stała dysocjacji sprzęz˙onego kwasu}$

$K_b-\text{stała dysocjacji sprzęz˙onej zasady}$    

Sprzężoną zasadą do jonu CH₃NH₃⁺ jest CH₃NH₂. Wartość stałej dysocjacji CH₃NH₂ (K_b) znajduje się w tablicach.

$K_{bC{H}_{3}N{H}_2}=4,57\cdot {10}^{-4}$  

Po przekształceniu wzoru na iloczyn K_a i K_b można wyznaczyć stałą dysocjacji CH₃NH₃⁺.

$K_{aC{H}_{3}N{H}_3^{+}}=\frac{{10}^{-14}}{K_{bC{H}_{3}N{H}_2}}$  

$K_{aC{H}_{3}N{H}_3^{+}}=\frac{{10}^{-14}}{4,57\cdot {10}^{-4}}$  

$K_{aC{H}_{3}N{H}_3^{+}}=2,19\cdot {10}^{-11}$   

Stała dysocjacji kwasu octowego ma wyższą wartość niż stała dysocjacji jonu CH₃NH₃⁺, zatem roztworu kwasu octowego ma niższe pH niż roztwór CH₃NH₃Cl.

3)

NaHCO₃ jest wodorosolą, pochodzące od słabego kwasu - H₂CO₃ i mocnej zasady - NaOH. W przypadku wodorosoli o odczynie roztworu decydują dwie reakcje - hydroliza i dysocjacja.

dysocjacja:  $HC{O}_3^{-}\rightleftarrows H^{+}+C{O}_3^{2-}$   

hydroliza:  $HC{O}_3^{-}+H_{2}O\rightleftarrows H_{2}C{O}_3+O{H}^{-}$  

To czy odczyn roztworu jest kwasowy czy zasadowy zależy od tego, która reakcja ma wyższą wartość stałej równowagi. Im wyższa wartość stałej równowagi tym reakcja zachodzi w większym stopniu, a więc generuje więcej jonów odpowiadających za odczyn.

Wartość stałej równowagi dysocjacji jonu HCO₃^- można znaleźć w tablicach (jest ona równa wartości drugiej stałej dysocjacji H₂CO₃):

$K_{aHC{O}_3^{-}}=4,68\cdot {10}^{-11}$  

Wartość stałej równowagi reakcji hydrolizy można wyznaczyć na podstawie relacji, między stałymi dysocjacji sprzężonego kwasu (H₂CO₃) i zasady (HCO₃^-):

$K_{a{H}_{2}C{O}_3}\cdot K_{bHC{O}_3^{-}}={10}^{-14}$

$K_{bHC{O}_3^{-}}=\frac{{10}^{-14}}{K_{a{H}_{2}C{O}_3}}$  

Wartość stałej dysocjacji H₂CO₃ znajduje się w tablicach:

$K_{a{H}_{2}C{O}_3}=4,47\cdot {10}^{-7}$  

$K_{bHC{O}_3^{-}}=\frac{{10}^{-14}}{4,47\cdot {10}^{-7}}$  

$K_{bHC{O}_3^{-}}=2,37\cdot {10}^{-8}$

 

$K_{bHC{O}_3^{-}}>K_{aHC{O}_3^{-}}$  

dlatego odczyn roztworu NaHCO₃ jest zasadowy.

4)

NH₃ ma wyższą wartość stałej dysocjacji niż stała hydrolizy jonu HCO₃^- dlatego roztwór NH₃ ma wyższą wartość pH.