Matura 2027 · chemia, poziom rozszerzony

Kwasy i zasady Brønsteda, hydroliza soli i wskaźniki

Podstawa programowa wymaga, żebyś klasyfikował drobiny jako kwasy i zasady według teorii Brønsteda–Lowry’ego, wskazywał sprzężone pary, przewidywał odczyn roztworu soli i po zmieszaniu kwasu z zasadą oraz uzasadniał go równaniem reakcji. Tak przygotujesz się do tej części matury z chemii na poziomie rozszerzonym.

Na maturze 2023–2026: w każdej z 4 sesji, zadań: 8.

W skrócie

najważniejsze w kilku zdaniach
  • Według Brønsteda–Lowry’ego kwas oddaje proton, a zasada go przyjmuje; kwasem lub zasadą może być cząsteczka albo jon.
  • Kwas, który oddał proton, staje się sprzężoną z nim zasadą: CHX3COOH\ce{CH3COOH} i CHX3COOX−\ce{CH3COO-}, NHX4X+\ce{NH4+} i NHX3\ce{NH3} to sprzężone pary.
  • Odczyn roztworu soli zależy od tego, czy jej jony reagują z wodą: kation słabej zasady zakwasza roztwór, anion słabego kwasu go alkalizuje.
  • Sól mocnego kwasu i mocnej zasady, np. NaCl\ce{NaCl}, nie ulega hydrolizie i jej roztwór ma odczyn obojętny.
  • Reakcja hydrolizy jest równowagowa, dlatego w jej równaniu piszesz ⇄, a po lewej stronie tylko jon, który reaguje z wodą.

Egzamin maturalny z chemii na poziomie rozszerzonym trwa 180 minut; za cały arkusz można uzyskać 60 punktów. W arkuszu jest około 45 poleceń: zadania zamknięte (wielokrotnego wyboru, prawda–fałsz, na dobieranie) i otwarte (z luką, krótkiej i rozszerzonej odpowiedzi), w tym co najmniej jedno zadanie problemowe za 4–5 punktów. Podczas egzaminu możesz korzystać z „Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych”, linijki i kalkulatora naukowego.

Kwas i zasada według Brønsteda

W teorii Brønsteda–Lowry’ego liczy się przeniesienie protonu. Kwasem jest drobina, która go oddaje, zasadą ta, która go przyjmuje. W reakcji NHX3+HX2O⇌NHX4X++OHX−\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-} cząsteczka wody oddaje proton, więc jest kwasem, a amoniak go przyjmuje, więc jest zasadą. Wodorotlenek sodu jest zasadą dlatego, że dostarcza jonów OHX−\ce{OH-}, które przyjmują proton.

Ta sama drobina może być kwasem w jednej reakcji, a zasadą w innej. Woda wobec amoniaku oddaje proton, a wobec chlorowodoru go przyjmuje: HCl+HX2O→HX3OX++ClX−\ce{HCl + H2O -> H3O+ + Cl-}. Tak samo zachowuje się jon HCOX3X−\ce{HCO3-}. Drobiny, które mogą i oddać, i przyjąć proton, nazywasz amfiprotycznymi.

KwasSprzężona zasada
H₃O⁺H₂O
H₂OOH⁻
CH₃COOHCH₃COO⁻
NH₄⁺NH₃
HCO₃⁻CO₃²⁻

Hydroliza soli: który jon reaguje z wodą

Rozpuszczona sól rozpada się na jony. Z wodą reaguje tylko ten jon, który jest sprzężony ze słabym elektrolitem. Kation amonowy jest sprzężonym kwasem słabej zasady, amoniaku, więc oddaje proton cząsteczce wody: NHX4X++HX2O⇌NHX3+HX3OX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+}. Przybywa jonów hydroniowych, a roztwór NHX4Cl\ce{NH4Cl} ma odczyn kwasowy.

Anion węglanowy jest sprzężoną zasadą słabego kwasu, więc przyjmuje proton od wody: COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-}. Przybywa jonów wodorotlenkowych i roztwór NaX2COX3\ce{Na2CO3} ma odczyn zasadowy. Jony NaX+\ce{Na+} i ClX−\ce{Cl-} pochodzą od mocnej zasady i mocnego kwasu i z wodą nie reagują, dlatego nie piszesz ich w równaniu hydrolizy.

Gdy oba jony soli pochodzą od słabych elektrolitów, z wodą reagują i kation, i anion. O odczynie decyduje wtedy porównanie stałych: dla octanu amonu stała zasadowości jonu CHX3COOX−\ce{CH3COO-} (5,71⋅10−105{,}71 \cdot 10^{-10}) i stała kwasowości jonu NHX4X+\ce{NH4+} (5,62⋅10−105{,}62 \cdot 10^{-10}) są prawie równe, więc roztwór ma odczyn praktycznie obojętny.

SólJon, który reaguje z wodąOdczyn roztworu
NaCl, NaNO₃żadenobojętny
NH₄Cl, ZnCl₂kationkwasowy
Na₂CO₃, CH₃COONaanionzasadowy
CH₃COONH₄kation i anionzależy od stałych; tu prawie obojętny

Ile wynosi pH roztworu soli

Stałą zasadowości anionu słabego kwasu obliczysz z iloczynu jonowego wody: Kb=K_{\mathrm{b}} ={}Kw/Ka K_{\mathrm{w}} / K_{\mathrm{a}}. Dla jonu octanowego Kb=K_{\mathrm{b}} ={}1,00⋅10−14/1,75⋅10−5= 1{,}00 \cdot 10^{-14} / 1{,}75 \cdot 10^{-5} ={}5,71⋅10−10 5{,}71 \cdot 10^{-10}. Stałą kwasowości kwasu octowego odczytasz z tablic, które masz na egzaminie.

W roztworze CHX3COONa\ce{CH3COONa} o stężeniu 0,10 mol⋅dm−30{,}10\ \mathrm{mol \cdot dm^{-3}} stosunek c/Kbc / K_{\mathrm{b}} jest dużo większy od 400, więc możesz użyć wzoru uproszczonego: [OHX−]=Kb⋅c[\ce{OH-}] = \sqrt{K_{\mathrm{b}} \cdot c}, czyli 7,56⋅10−6 mol⋅dm−37{,}56 \cdot 10^{-6}\ \mathrm{mol \cdot dm^{-3}}. Stąd pOH = 5,12, a pH = 14 − 5,12 = 8,88. Odczyn jest zasadowy, choć słabiej niż w roztworze zasady o tym samym stężeniu.

Odczyn po zmieszaniu kwasu z zasadą

Gdy zmieszasz kwas z zasadą w ilościach stechiometrycznych, w roztworze zostaje sól, więc jego odczyn wyznacza jej hydroliza. Po zmieszaniu CHX3COOH\ce{CH3COOH} z NaOH\ce{NaOH} w stosunku molowym 1 : 1 powstaje octan sodu i odczyn jest zasadowy, a nie obojętny. Gdy jeden z reagentów jest w nadmiarze, odczyn wyznacza ten nadmiar.

Wykres pokazuje miareczkowanie 25,0 cm³ roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,100 mol⋅dm−30{,}100\ \mathrm{mol \cdot dm^{-3}} roztworem NaOH\ce{NaOH} o tym samym stężeniu. W połowie miareczkowania pH równa się pKₐ kwasu, a w punkcie równoważności wynosi 8,73. Dlatego do tego miareczkowania wybierasz fenoloftaleinę, która zmienia barwę w zakresie pH 8,0–10,0, a nie oranż metylowy (3,1–4,4).

102030405024681012140V, cm³pHpunkt równoważnościpH = 8,73pH = pKₐ = 4,76

Doświadczenie

obserwacje i wniosek
Doświadczenie z tego działu tak, jak opisuje je CKE: cel, odczynniki, obserwacje, równanie reakcji i wniosek.
NH₄Cl(aq)Na₂CO₃(aq)NaCl(aq)uniwersalny papierek wskaźnikowyIIIIII
Cel doświadczenia
Zbadanie odczynu wodnych roztworów chlorku amonu, węglanu sodu i chlorku sodu.
Odczynniki
wodne roztwory NHX4Cl\ce{NH4Cl}, NaX2COX3\ce{Na2CO3} i NaCl\ce{NaCl}, uniwersalny papierek wskaźnikowy
Obserwacje
W probówce I papierek zabarwił się na czerwono, w probówce II na niebiesko, a w probówce III nie zmienił barwy (pozostał żółty).
Równanie reakcji
probówka I: NHX4X++HX2O⇌NHX3+HX3OX+\ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+}; probówka II: COX3X2−+HX2O⇌HCOX3X−+OHX−\ce{CO3^2- + H2O <=> HCO3- + OH-}
Wniosek
Roztwór chlorku amonu ma odczyn kwasowy, bo hydrolizie ulega kation amonowy; roztwór węglanu sodu ma odczyn zasadowy, bo hydrolizie ulega anion węglanowy; roztwór chlorku sodu ma odczyn obojętny, bo żaden z jego jonów nie reaguje z wodą.

W minimalnym zestawie doświadczeń podstawy programowej:

  • 10.badanie odczynu oraz pH wodnych roztworów kwasów, zasad i soli

Pojęcia

kwas Brønsteda
Drobina, która w reakcji oddaje proton innej drobinie.
zasada Brønsteda
Drobina, która w reakcji przyjmuje proton od innej drobiny.
sprzężona para kwas – zasada
Dwie drobiny różniące się o jeden proton, np. kwas octowy i jon octanowy.
odczyn roztworu
Kwasowy, obojętny albo zasadowy charakter roztworu, wynikający ze stosunku stężeń jonów hydroniowych i wodorotlenkowych.
hydroliza soli
Reakcja jonów soli z wodą, w której powstają jony hydroniowe albo wodorotlenkowe i zmienia się odczyn roztworu.

Zadanie z matury

źródło: CKE
Prawdziwe zadanie z arkusza CKE, słowo w słowo, z materiałem źródłowym. Rozwiąż je, zanim zajrzysz do wyjaśnienia.
Zadanie z arkusza CKEmatura

Matura 2024, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 9.1

Zadanie 9.1. (0–1)

Zbadano odczyn wodnych roztworów trzech soli: NaHCOX3\ce{NaHCO3}, ZnClX2\ce{ZnCl2} i CHX3COONHX4\ce{CH3COONH4} za pomocą uniwersalnych papierków wskaźnikowych. Wyniki doświadczenia pokazano na zdjęciu.Uzupełnij tabelę. Przyporządkuj numery probówek do wzorów badanych soli.
CKE, arkusz MCHP-R0-100-2405
Wzór soliNumer probówki
NaHCOX3\ce{NaHCO3}
ZnClX2\ce{ZnCl2}
CHX3COONHX4\ce{CH3COONH4}

Źródło: CKE, egzamin maturalny 2024, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-⁠R0-⁠100-⁠2405), zadanie 9.1. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE

Zadanie z arkusza CKEmatura

Matura 2024, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 9.2

Zadanie 9.2. (0–1)

Zbadano odczyn wodnych roztworów trzech soli: NaHCOX3\ce{NaHCO3}, ZnClX2\ce{ZnCl2} i CHX3COONHX4\ce{CH3COONH4} za pomocą uniwersalnych papierków wskaźnikowych. Wyniki doświadczenia pokazano na zdjęciu.Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
CKE, arkusz MCHP-R0-100-2405
W roztworze znajdującym się w probówce 1. reakcji z wodą uległy aniony, a w roztworze, który umieszczono w probówce 3., reakcji z wodą uległy kationy.
W roztworze, który umieszczono w probówce 2., reakcji z wodą uległy zarówno kationy, jak i aniony.

Źródło: CKE, egzamin maturalny 2024, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-⁠R0-⁠100-⁠2405), zadanie 9.2. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE

Sprawdź się

sprawdzisz od razu
Zaznacz lub wpisz odpowiedź i sprawdź ją od razu: pod zadaniem zobaczysz wyjaśnienie. Jak ocenia CKE: w zadaniu obliczeniowym liczy się metoda, wynik z jednostką i poprawne zaokrąglenie — zwykle do trzech cyfr znaczących. Równanie reakcji musi być zapisane w formie, o którą prosi polecenie (cząsteczkowej, jonowej albo jonowej skróconej), z poprawnymi współczynnikami.
zadanie Kleksy

Zadanie 1. (0–1)

Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych. pH wodnego roztworu mrówczanu sodu HCOONa\ce{HCOONa} o stężeniu 0,10 mol⋅dm−30{,}10\ \mathrm{mol \cdot dm^{-3}} w temperaturze 25 °C wynosi

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 2. (0–1)

W reakcji HCOX3X−+HX2O⇌HX2COX3+OHX−\ce{HCO3- + H2O <=> H2CO3 + OH-} Oceń prawdziwość zdań. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
jon wodorowęglanowy jest zasadą Brønsteda.
woda i jon wodorotlenkowy nie tworzą sprzężonej pary kwas – zasada.

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 3. (0–1)

Przyporządkuj wodnym roztworom soli ich odczyn. Wybierz odpowiedź spośród A–D.

Odczyn

  1. Aobojętny
  2. Bzależny od porównania stałej kwasowości kationu i stałej zasadowości anionu
  3. Ckwasowy
  4. Dzasadowy

Sól

1. KNOX3\ce{KNO3}
2. NHX4NOX3\ce{NH4NO3}
3. CHX3COOK\ce{CH3COOK}

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 4. (0–1)

Dokończ zdanie. Wybierz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
Zmieszano roztwór zawierający 0,010 mola NHX3\ce{NH3} z roztworem zawierającym 0,010 mola HCl\ce{HCl}. Otrzymany roztwór ma odczyn ponieważ

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 5. (0–1)

Napisz wzór zasady sprzężonej z kwasem Brønsteda HX2POX4X−\ce{H2PO4-}.

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

Więcej zadań: rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z maja 2026 roku

Częste pomyłki

tu najłatwiej stracić punkt
  • Pisanie w równaniu hydrolizy całej soli, np. NHX4Cl+HX2O\ce{NH4Cl + H2O}. Do równania w formie jonowej skróconej wpisujesz tylko jon, który reaguje z wodą.
  • Strzałka → w równaniu hydrolizy. Hydroliza jest reakcją równowagową, więc piszesz ⇄.
  • Przekonanie, że po zmieszaniu kwasu z zasadą w stosunku stechiometrycznym odczyn jest zawsze obojętny. Jest taki tylko wtedy, gdy powstała sól nie ulega hydrolizie.
  • Uznawanie każdej soli zawierającej wodór za kwas. Jon HCOX3X−\ce{HCO3-} w wodzie częściej przyjmuje proton, niż go oddaje, i roztwór NaHCOX3\ce{NaHCO3} ma odczyn zasadowy.

Zapamiętaj

  • Brønsted: kwas jest dawcą protonu, zasada jego biorcą; drobiny sprzężonej pary różnią się o jeden proton.
  • Z wodą reaguje jon pochodzący od słabego elektrolitu: kation słabej zasady zakwasza roztwór, anion słabego kwasu go alkalizuje.
  • W równaniu hydrolizy: tylko jon, który reaguje, woda i strzałka ⇄.
  • Ka⋅Kb=K_{\mathrm{a}} \cdot K_{\mathrm{b}} ={}Kw K_{\mathrm{w}} dla każdej sprzężonej pary.

Pytania i odpowiedzi

  1. 1.Czym różni się teoria Brønsteda od teorii Arrheniusa?+
    Odp.:Według Arrheniusa kwas dysocjuje w wodzie na jony wodoru, a zasada na jony wodorotlenkowe. Teoria Brønsteda–Lowry’ego opisuje przeniesienie protonu między drobinami, więc kwasem lub zasadą może być też jon, np. NHX4X+\ce{NH4+} albo COX3X2−\ce{CO3^2-}. Dzięki temu wyjaśnia, dlaczego roztwory niektórych soli mają odczyn kwasowy lub zasadowy.
  2. 2.Jak szybko ustalić odczyn roztworu soli?+
    Odp.:Zapytaj, od jakiego kwasu i jakiej zasady pochodzi sól. Mocny kwas i mocna zasada – odczyn obojętny. Mocny kwas i słaba zasada – kwasowy. Słaby kwas i mocna zasada – zasadowy. Gdy oba są słabe, porównaj stałą kwasowości kationu ze stałą zasadowości anionu.
  3. 3.Dlaczego roztwór NaHCO₃ ma odczyn zasadowy, choć jon HCO₃⁻ może oddać proton?+
    Odp.:Jon HCOX3X−\ce{HCO3-} jest amfiprotyczny, ale jego skłonność do przyjmowania protonu jest większa niż do oddawania. Stała zasadowości jonu wodorowęglanowego (1,00⋅10−14/4,47⋅10−7=1{,}00 \cdot 10^{-14} / 4{,}47 \cdot 10^{-7} ={}2,24⋅10−8 2{,}24 \cdot 10^{-8}) jest większa od jego stałej kwasowości (4,68⋅10−114{,}68 \cdot 10^{-11}), więc w roztworze przybywa jonów OHX−\ce{OH-}.
  4. 4.Jaki wskaźnik wybrać do miareczkowania słabego kwasu mocną zasadą?+
    Odp.:Taki, którego zakres zmiany barwy obejmuje pH w punkcie równoważności. Przy miareczkowaniu kwasu octowego roztworem NaOH\ce{NaOH} punkt równoważności leży w środowisku zasadowym, przy pH około 8,7, więc nadaje się fenoloftaleina (8,0–10,0). Oranż metylowy zmieniłby barwę dużo wcześniej.
  5. 5.Czy jon wodorosiarczanowy(VI) HSO₄⁻ też może być kwasem Brønsteda?+
    Odp.:Tak. Jon HSOX4X−\ce{HSO4-} oddaje proton wodzie: HSOX4X−+HX2O⇌SOX4X2−+HX3OX+\ce{HSO4- + H2O <=> SO4^2- + H3O+}, a jego stała kwasowości (1,02⋅10−21{,}02 \cdot 10^{-2}) jest dość duża. Dlatego roztwór NaHSOX4\ce{NaHSO4} ma odczyn kwasowy, inaczej niż roztwór NaHCOX3\ce{NaHCO3}, w którym przeważa przyjmowanie protonu.

Zadanie ostatnie.

Rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z matury z chemii (poziom rozszerzony) z maja 2026 roku – 180 minut, jak na egzaminie. Po oddaniu zobaczysz wynik i to, w którym dziale tracisz punkty.