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 i CHX3COOX−,NHX4X+ i NHX3 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, 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+HX2ONHX4X++OHX− cząsteczka wody oddaje proton, więc jest kwasem, a amoniak go przyjmuje, więc jest zasadą. Wodorotlenek sodu jest zasadą dlatego, że dostarcza jonów OHX−, 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+HX2OHX3OX++ClX−. Tak samo zachowuje się jon HCOX3X−. Drobiny, które mogą i oddać, i przyjąć proton, nazywasz amfiprotycznymi.
Kwas
Sprzężona zasada
H₃O⁺
H₂O
H₂O
OH⁻
CH₃COOH
CH₃COO⁻
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++HX2ONHX3+HX3OX+. Przybywa jonów hydroniowych, a roztwór NHX4Cl ma odczyn kwasowy.
Anion węglanowy jest sprzężoną zasadą słabego kwasu, więc przyjmuje proton od wody: COX3X2−+HX2OHCOX3X−+OHX−. Przybywa jonów wodorotlenkowych i roztwór NaX2COX3 ma odczyn zasadowy. Jony NaX+ i ClX− 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−(5,71⋅10−10) i stała kwasowości jonu NHX4X+(5,62⋅10−10) są prawie równe, więc roztwór ma odczyn praktycznie obojętny.
Sól
Jon, który reaguje z wodą
Odczyn roztworu
NaCl, NaNO₃
żaden
obojętny
NH₄Cl, ZnCl₂
kation
kwasowy
Na₂CO₃, CH₃COONa
anion
zasadowy
CH₃COONH₄
kation i anion
zależy od stałych; tu prawie obojętny
Ile wynosi pH roztworu soli
Stałą zasadowości anionu słabego kwasu obliczysz z iloczynu jonowego wody: Kb=Kw/Ka. Dla jonu octanowego Kb=1,00⋅10−14/1,75⋅10−5=5,71⋅10−10. Stałą kwasowości kwasu octowego odczytasz z tablic, które masz na egzaminie.
W roztworze CHX3COONa o stężeniu 0,10mol⋅dm−3 stosunek c/Kb jest dużo większy od 400, więc możesz użyć wzoru uproszczonego: [OHX−]=Kb⋅c, czyli 7,56⋅10−6mol⋅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 z 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 0,100mol⋅dm−3 roztworem 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).
Doświadczenie
obserwacje i wniosek
Doświadczenie z tego działu tak, jak opisuje je CKE: cel, odczynniki, obserwacje, równanie reakcji i 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)
/1
Zbadano odczyn wodnych roztworów trzech soli: NaHCOX3,ZnClX2 i CHX3COONHX4 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 soli
Numer probówki
NaHCOX3
ZnClX2
CHX3COONHX4
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
Odpowiedź według klucza CKE:3, 1, 2
Wyjaśnienie od Kleksy
Ustal najpierw odczyn roztworu każdej soli. ZnClX2 to sól słabej zasady i mocnego kwasu: hydrolizie ulega kation, więc odczyn jest kwasowy. NaHCOX3: jon HCOX3X− chętniej przyjmuje proton, niż go oddaje, więc odczyn jest zasadowy. CHX3COONHX4: hydrolizie ulegają oba jony w podobnym stopniu, więc odczyn jest prawie obojętny.
Na zdjęciu papierek w probówce 1. jest czerwony (odczyn kwasowy), w probówce 2. pozostał żółty (odczyn bliski obojętnemu), a w probówce 3. jest zielononiebieski (odczyn zasadowy).
Według zasad oceniania CKE: 1 punkt za poprawne przyporządkowanie numerów probówek do wszystkich trzech wzorów soli.
Odpowiedź: 3, 1, 2 (kolejno dla NaHCOX3,ZnClX2 i CHX3COONHX4)
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2024, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 9.2
Zadanie 9.2. (0–1)
/1
Zbadano odczyn wodnych roztworów trzech soli: NaHCOX3,ZnClX2 i CHX3COONHX4 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
Odpowiedź według klucza CKE:FP
Wyjaśnienie od Kleksy
W probówce 1. jest ZnClX2, więc z wodą reagują kationy ZnX2+, a nie aniony. W probówce 3. jest NaHCOX3: z wodą reagują aniony HCOX3X−, a nie kationy NaX+. Pierwsze zdanie zamienia te role, więc jest fałszywe.
W probówce 2. jest octan amonu: z wodą reagują zarówno kationy NHX4X+, jak i aniony CHX3COOX−. Drugie zdanie jest prawdziwe.
Według zasad oceniania CKE: 1 punkt za poprawną ocenę obu zdań.
Odpowiedź: 1 – F, 2 – P
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)
/1
Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych.
pH wodnego roztworu mrówczanu sodu HCOONa o stężeniu 0,10mol⋅dm−3 w temperaturze 25 °C wynosi
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 2. (0–1)
/1
W reakcji HCOX3X−+HX2OHX2COX3+OHX−
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)
/1
Przyporządkuj wodnym roztworom soli ich odczyn. Wybierz odpowiedź spośród A–D.
Odczyn
Aobojętny
Bzależny od porównania stałej kwasowości kationu i stałej zasadowości anionu
Ckwasowy
Dzasadowy
Sól
1. KNOX3
2. NHX4NOX3
3. CHX3COOK
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 4. (0–1)
/1
Dokończ zdanie. Wybierz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
Zmieszano roztwór zawierający 0,010 mola NHX3 z roztworem zawierającym 0,010 mola HCl. Otrzymany roztwór ma odczyn ponieważ
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 5. (0–1)
/1
Napisz wzór zasady sprzężonej z kwasem Brønsteda HX2POX4X−.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
Pisanie w równaniu hydrolizy całej soli, np. NHX4Cl+HX2O. 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− w wodzie częściej przyjmuje proton, niż go oddaje, i roztwór NaHCOX3 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=Kw dla każdej sprzężonej pary.
Pytania i odpowiedzi
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+ albo COX3X2−. Dzięki temu wyjaśnia, dlaczego roztwory niektórych soli mają odczyn kwasowy lub zasadowy.
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.Dlaczego roztwór NaHCO₃ ma odczyn zasadowy, choć jon HCO₃⁻ może oddać proton?+
Odp.:Jon HCOX3X− 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=2,24⋅10−8) jest większa od jego stałej kwasowości (4,68⋅10−11), więc w roztworze przybywa jonów OHX−.
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 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.Czy jon wodorosiarczanowy(VI) HSO₄⁻ też może być kwasem Brønsteda?+
Odp.:Tak. Jon HSOX4X− oddaje proton wodzie: HSOX4X−+HX2OSOX4X2−+HX3OX+, a jego stała kwasowości (1,02⋅10−2) jest dość duża. Dlatego roztwór NaHSOX4 ma odczyn kwasowy, inaczej niż roztwór NaHCOX3, w którym przeważa przyjmowanie protonu.
Serwis nie jest związany z Centralną Komisją Egzaminacyjną. Zadania oznaczone „CKE” pochodzą z arkuszy CKE; objaśnienia do nich i pozostałe zadania na stronie napisaliśmy sami.
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.