Sešit pro laboratorní práci z chemie
téma:
Hydrolýza solí
autor: MVDr. Alexandra Gajová vytvořeno při realizaci projektu: Inovace školního vzdělávacího programu biologie a chemie registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/01.0002 projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Hydrolýza solí Teorie Hydrolýza solí je protolytická reakce, při které soli reagují s vodou za vzniku oxoniových a hydroxidových iontů. Tento děj probíhá ve dvou fázích: 1. Rozpuštění krystalů ve vodě, přičemţ dochází k seskupování polárních molekul vody kolem povrchových iontů soli. Působením přitaţlivých sil molekuly vody vytrhávají jednotlivé ionty z povrchu krystalu. Takto obklopené ionty molekulami vody se stávají hydratovanými, tepelným pohybem se vzdalují od krystalu a přecházejí do roztoku. Tomuto jevu říkáme disociace, disociaci solí lze zapsat pomocí disociačních rovnic. 2. Vlastní protolytická reakce iontů soli s vodou. Roztoky volně pohyblivých iontů vedou elektrický proud, označujeme je jako elektrolyty. Látky je moţné rozpouštět v rozpouštědle za daných podmínek (teplota, u plynů i tlak), do určitého sloţení roztoku – do jeho „nasycení“. Tehdy nastane rovnováţný stav, při kterém se za časovou jednotku rozpustí látka stejné hmotnosti, jako hmotnost látky, která se z roztoku vyloučí. Hmotnost dané látky, která se v daném rozpouštědle je schopna za daných podmínek rozpustit, označujeme rozpustnost látky. Sloţení roztoků je moţné vyjádřit různými způsoby, ale nejčastěji se vyjadřuje hmotnostním zlomkem v procentech dle vzorce w (A) = m(A) . 100 / m % Běţně se k vyjádření sloţení roztoku pouţívá molární koncentrace (c), která je dána podílem látkového mnoţství rozpuštěné látky (n) a objemu roztoku. Vypočítáme dle vzorce: c (A) = n(A) / V, jednotkou je mol.m-3, častěji v mol.dm-3 K vyjádření látkového mnoţství pouţijeme vztah n = m / M pro výpočet koncentrace vyuţijeme odvozený vztah
c=m/V.M
Při rozpouštění solí ve vodě dochází k jejich ionizaci, takto vzniklé ionty někdy mohou reagovat s molekulami rozpouštědla – dochází k hydrolýze kationtu a aniontu. Společným znakem hydrolýzy všech kationtů je vznik oxoniového kationtu H 3O+, který má za následek zvyšování acidity roztoku. Anionty reagují s vodou za vzniku hydroxylového aniontu OHbazicita roste, pH roztoku se zvyšuje. Je nutné si uvědomit, ţe ve vodném roztoku silné kyseliny a silné zásady, nedochází k hydrolýze disociací vzniklého kationtu a aniontu, roztok bude mít neutrální reakci.
Laboratorní cvičení Příprava roztoků solí a stanovení pH Připravte si roztoky o koncentraci 0,1 mol.dm-3, vţdy o objemu 100 cm3 těchto látek: chlorid sodný, uhličitan sodný, chlorid ţelezitý, dusičnan draselný. Po dohodě s vyučujícím kaţdá pracovní skupina připraví zásobní roztok jedné ze jmenovaných solí. V kaţdé pracovní skupině: Nejdříve vypočítejte potřebné hmotnosti těchto látek, pak je odvaţte a kaţdou látku rozpusťte v destilované vodě o objemu asi 40 cm3 ve 100ml odměrné baňce. Vzniklý roztok doplňte destilovanou vodou po rysku tak, aby se dolní meniskus dotýkal rysky, na celkový objem 100 cm3. Takto připravené roztoky přelijte do kádinek a označte je. Z připravených roztoků přeneste pomocí skleněných tyčinek kapky na univerzální indikátorový papírek a určete pH jednotlivých roztoků. Porovnejte pH. Zdůvodněte zjištěné hodnoty pH připravených roztoků. Zapište do protokolu rovnicemi reakce jednotlivých solí s vodou. Úkoly 1. Prostudujte si teorii. 2. Vypočítejte příklad: Jaká je koncentrace roztoku o objemu 0,300 l, který obsahuje hydroxid draselný, o hmotnosti 10,5 g? 3. Jakou reakci má roztok silné kyseliny a silné zásady? Jakou reakci má roztok silné kyseliny a slabé zásady? Jakou reakci má roztok slabé kyseliny a silné zásady? 4. Zopakuj si z učebnice, podle čeho orientačně poznáme, zda se jedná o silnou, nebo slabou kyselinu a také zásadu. 5. Teprve po prostudování teorie sestav laboratorní protokol a do závěru napiš i chemické reakce hydrolýzy jednotlivých solí. Protokol vypracuje každý student samostatně, a odevzdá ho vyučujícímu před následujícím cvičením společně s krátkým kontrolním testem ze zadaných úkolů.
Pracovní (laboratorní) protokol - musí obsahovat:
jméno studenta a číslo pracovní skupiny: datum provedené práce:
název laboratorního cvičení:
princip:
chemikálie:
pomůcky:
pracovní postup v krocích:
Závěr:
1. 2. 3. 4......................
Metodické poznámky pro vyučující -
cvičení je náročné na přípravu žáků před cvičením, opakování teorie zadáme předem
příprava před cvičením: -
Před cvičením je vhodné zopakovat s ţáky kapitolu obecné chemie síla kyselin a zásad a hydrolýza solí (učivo 1. ročníku), zadat opakování těchto kapitol s dostatečným odstupem.
-
Na začátku cvičení je nutné zadat kaţdé skupině nejdříve výpočet hmotnosti pro přípravu roztoku dané soli o určité koncentrace. Proto je vhodné zadat k prostudování teorii pro domácí přípravu předem.
-
Pro cvičení rozdělíme ţáky do 4 skupin, kaţdá připravuje pouze 1 zásobní roztok.
-
Pro procvičení výpočtů molární koncentrace slouţí příklad v úkolu č. 2. Tento úkol by bylo lepší nechat vypočítat před cvičením, v rámci opakování kapitoly koncentrace roztoků.
Ţáci postupují nejdříve dosazením do vzorce k vyjádření látkového mnoţství n (KOH) n=m/M m= 10,50 g, M(KOH) = 56,120 g.mol-1 n (KOH) = 0,187 mol Pro koncentraci se výpočet provede dle vzorce c (A) = n(A) / V V roztoku je 0,300 dm3, vypočítané látkové mnoţství n (KOH) je 0,187 mol Po dosazení do vzorce zjistíme, ţe koncentrace roztoku je n(KOH) = 0,624 mol.dm-3
po cvičení: Domácím úkolem po cvičení je mimo jiné sestavit pracovní protokol, do závěru vysvětlit princip odlišného pH jednotlivých roztoku solí a zapsat jejich hydrolýzu chemickými rovnicemi takto: NaCl Na+ + Cl-
Na+ + Cl- + H2O Na+ + Cl- + H2O
KNO3 K+ + NO3-
K+ + NO3 - + H2O K+ + NO3- + H2O
V obou případech, protoţe jsou to soli silné kyseliny a silné zásady nedochází k hydrolýze, proto je roztok neutrální. Na2CO3 2Na+ + CO32-
2Na+ + CO32- + 2H2O H2CO3 + 2Na+ + 2 OH-
je to sůl slabé kyseliny a silné zásady, proto vzniká roztok slabě zásaditý FeCl3 Fe3+ + 3Cl-
Fe3+ + 3Cl- + 3 H2O Fe (OH)3 + 3Cl- + 3H+
je to sůl silné kyseliny a slabé zásady, proto její roztok je slabě kyselý
Ekologie Soli jako odpadní látky v mnoha odvětvích průmyslu jsou látky velmi zatěţující ţivotní prostředí, i kdyţ současné předpisy o odpadním hospodářství jsou v souladu s ochranou přírody. Problémy přináší ne jenom technologické procesy, ale také splachy z polí (hnojiva, pesticidy), posypy z komunikací. Dopady mohu být katastrofální, běţným jevem je tzv. eutrofizace vod, kdy dochází k přemnoţení vodních řas, následně pak zooplanktonu, který se jimi ţiví. Takto vzniká pak neúměrná spotřeba kyslíku pro tyto organizmy a pro rozklad jejich rozkládajících se těl na úkor ostatních vodních ţivočichů. Samostatnou kapitolou je nevhodný posypový materiál na silnice v zimním období, který obsahuje chlorid sodný, někdy i chlorid vápenatý a hořečnatý, dokonce i močovina jako „rozmrazující materiály“. Kamenná sůl se pouţívá z 98 %, ročně se na silnice v ČR spotřebuje zatím více neţ 150 000 tun. Sůl škodí především stromům, lesním porostům, městské zeleni, dostává se i do podzemních vod, půdy, škodí i zvířatům. Existuje i alternativní řešení, šetrnější vůči přírodě, např. „skrápěná sůl“, diskutovaná je šetrnější močovina (aguagello), ale tato způsobuje nadměrný růst okolní vegetace. Také posypy na bázi keramického kameniva jsou šetrnější k přírodě. Hydrolýza solí má také praktické vyuţití, například při úpravě vody ve vodárnách se vyuţívá hydrolýzy síranu hlinitého a ţelezitého. Vzniklé sraţeniny při hydrolýze těchto solí s chlorem hydroxidu ţelezitého i hlinitého mají schopnost absorbovat mikroorganizmy a nečistoty.
Zdroje: FLEMR, V., DUŠEK, B. Chemie obecná a anorganická. 1. vyd. Praha: SPN, 2001. ISBN 80-7235147-8. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl. 3. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2002. ISBN 80-7182-055-5. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 2. díl. 3. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2005. ISBN 80-7182-141-1. MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia 3. díl. 1. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc s.r.o., 2000. ISBN 80-7182-057-1. MAREČEK, A., HONZA, J. Sbírka příkladů pro studenty středních škol. 1. vyd. Brno: Proton, 2001. ISBN 80-902402-2-4. ČTRNÁCTOVÁ, H., HALNÝCH, J., HUDEČEK, J., ŠÍMOVÁ, J. Chemické pokusy pro školu a zájmovou činnost. 1. vyd. Praha: Prospektrum, 2000. ISBN 80-7175-057-3. VACÍK, J. a kolektiv Přehled středoškolské chemie. 3. vyd. Praha: SPN, 1995. ISBN 80-85937-08-5.
