O czym jest ten temat

Na poprzedniej lekcji pojawił się zapis jonowy przy zobojętnianiu i strącaniu. Teraz zrobimy dwie rzeczy. Najpierw przećwiczymy zapis jonowy skrócony tak, żeby dało się go stosować do każdej reakcji w roztworze — także tej, w której wydziela się gaz albo reaguje metal. Potem użyjemy go do wyjaśnienia zjawiska, które na pierwszy rzut oka wygląda na paradoks: roztwory niektórych soli nie są obojętne. Roztwór sody jest zasadowy, a roztwór chlorku amonu — kwasowy. To właśnie hydroliza.

Część 1. Zapis jonowy skrócony

Po co w ogóle zapis jonowy

W wodzie sole, mocne kwasy i rozpuszczalne zasady rozpadają się na jony. Zapis cząsteczkowy tego nie pokazuje — sugeruje, że w probówce pływają całe cząsteczki NaCl czy HCl. Zapis jonowy pokazuje, co naprawdę jest w roztworze, a zapis skrócony — co naprawdę reaguje.

Co rozpisujemy na jony, a czego nie

To jedyna rzecz, którą trzeba mieć opanowaną na pamięć.

Zasada ogólna: na jony rozpisujemy tylko to, co w wodzie naprawdę jest rozpadnięte na jony.

Cztery kroki zapisu skróconego

1. Zapisz i uzgodnij równanie cząsteczkowe.
2. Rozpisz na jony wszystko, co się rozpisuje (lewa tabela), resztę przepisz bez zmian — to zapis jonowy pełny.
3. Skreśl jony, które stoją po obu stronach bez zmian — to jony-widzowie.
4. Sprawdź, czy po obu stronach zgadza się liczba atomów i suma ładunków. Jeśli wszystkie współczynniki dzielą się przez tę samą liczbę — skróć je.

Pięć typów reakcji w zapisie skróconym

Zobojętnianie — znasz już ten zapis:

KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O

H⁺ + OH⁻ → H₂O

Strącanie osadu — osad zostaje w całości:

AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓

Wydzielanie gazu — kwas z węglanem. Gaz i woda zostają w całości:

Na₂CO₃ + 2 HCl → 2 NaCl + H₂O + CO₂↑

Jonowo pełny: 2 Na⁺ + CO₃²⁻ + 2 H⁺ + 2 Cl⁻ → 2 Na⁺ + 2 Cl⁻ + H₂O + CO₂↑

CO₃²⁻ + 2 H⁺ → H₂O + CO₂↑

Metal z kwasem — metal to nie jon, więc zostaje w całości:

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂↑

Tlenek metalu z kwasem — tlenek zostaje w całości:

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

CuO + 2 H⁺ → Cu²⁺ + H₂O

Pułapka: słaby kwas

Kwas octowy jest słaby — w wodzie prawie się nie rozpada. Dlatego w zapisie jonowym zostaje w całości:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

Jonowo pełny: CH₃COOH + Na⁺ + OH⁻ → CH₃COO⁻ + Na⁺ + H₂O

CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O

To wciąż jest zobojętnianie, ale zapis skrócony wygląda inaczej niż H⁺ + OH⁻ → H₂O — i właśnie o to pytają w zadaniach.

Jak czytać zapis skrócony „od tyłu”

Zapis skrócony mówi, jakie jony muszą się spotkać — a nie, z jakich soli pochodzą. Dlatego do jednego zapisu skróconego pasuje wiele równań cząsteczkowych.

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓

Pasuje tu BaCl₂ + Na₂SO₄, Ba(NO₃)₂ + K₂SO₄ i wiele innych par. Warunek jest jeden: oba substraty muszą być rozpuszczalne, bo tylko wtedy jony trafią do roztworu.

Część 2. Hydroliza soli

Zagadka

Weźmy trzy sole i zanurzmy papierek uniwersalny w ich roztworach:

Wszystkie trzy to sole, a każda daje inny odczyn. Skąd ta różnica?

Odpowiedź: sól „pamięta” swoich rodziców

Każda sól powstaje z kwasu i zasady — to jej „rodzice”. Odczyn roztworu soli zależy od tego, który z rodziców był mocniejszy.

Hydroliza soli to reakcja jonów soli z wodą, w wyniku której roztwór staje się kwasowy albo zasadowy.

Z wodą reaguje zawsze jon pochodzący od słabego rodzica. Jon od mocnego rodzica jest w wodzie „obojętny” i nic nie robi.

Przypomnienie: kto jest mocny, a kto słaby

Trzy przypadki

Najkrótsza reguła, którą warto zapamiętać: odczyn roztworu jest taki, jaki był mocniejszy rodzic. Mocna zasada wygrywa — zasadowy. Mocny kwas wygrywa — kwasowy. Remis między mocnymi — obojętny.

Hydroliza anionowa — odczyn zasadowy

Soda Na₂CO₃ pochodzi od mocnej zasady NaOH i słabego kwasu H₂CO₃. W wodzie rozpada się na jony:

Na₂CO₃ → 2 Na⁺ + CO₃²⁻

Jon Na⁺ pochodzi od mocnej zasady — nic nie robi. Jon CO₃²⁻ pochodzi od słabego kwasu — reaguje z wodą, odbierając jej jon wodoru:

CO₃²⁻ + H₂O ⇄ HCO₃⁻ + OH⁻

Powstają jony OH⁻ — stąd odczyn zasadowy. Ponieważ z wodą reaguje anion, nazywamy to hydrolizą anionową.

Tak samo zachowuje się octan sodu:

CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻

Dlatego roztwór sody jest śliski w dotyku i dobrze myje — zachowuje się jak słaba zasada, choć jest solą.

Hydroliza kationowa — odczyn kwasowy

Chlorek amonu NH₄Cl pochodzi od mocnego kwasu HCl i słabej zasady NH₃·H₂O.

NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl⁻

Jon Cl⁻ pochodzi od mocnego kwasu — nic nie robi. Jon NH₄⁺ reaguje z wodą:

NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃·H₂O + H⁺

Powstają jony H⁺ — odczyn kwasowy. Z wodą reaguje kation, więc to hydroliza kationowa.

Podobnie zachowują się sole metali, których wodorotlenki są nierozpuszczalne. W szkole zapisuje się to w uproszczeniu tak:

Zn²⁺ + 2 H₂O ⇄ Zn(OH)₂ + 2 H⁺

Cu²⁺ + 2 H₂O ⇄ Cu(OH)₂ + 2 H⁺

Co oznacza strzałka ⇄

Hydroliza nie zachodzi do końca — tylko niewielka część jonów reaguje z wodą, a reakcja biegnie jednocześnie w obie strony. Dlatego zamiast zwykłej strzałki piszemy ⇄. Roztwór sody jest więc zasadowy, ale znacznie słabiej niż roztwór NaOH o tym samym stężeniu.

A sól słabego kwasu i słabej zasady?

Na przykład octan amonu CH₃COONH₄. Tu hydrolizują oba jony — i anion, i kation. Jeden daje OH⁻, drugi H⁺, więc ich działania się w dużej mierze znoszą. Odczyn jest zbliżony do obojętnego. Na tym poziomie wystarczy wiedzieć, że taki przypadek istnieje.

Jak ocenić odczyn roztworu soli — trzy kroki

1. Ustal, od jakiego kwasu i jakiej zasady pochodzi sól. Reszta kwasowa wskazuje kwas, metal (lub NH₄⁺) — zasadę.
2. Oceń, czy każdy z nich jest mocny, czy słaby.
3. Zastosuj regułę: jon od słabego rodzica hydrolizuje; odczyn jest taki, jaki był mocniejszy rodzic.

Przykłady rozwiązane krok po kroku

Przykład 1 — zapis skrócony z gazem

Zapisz w postaci jonowej skróconej reakcję węglanu potasu z kwasem solnym.

Cząsteczkowo: K₂CO₃ + 2 HCl → 2 KCl + H₂O + CO₂↑

K₂CO₃, HCl i KCl rozpisujemy. Woda i CO₂ zostają w całości. Jonami-widzami są K⁺ i Cl⁻.

Odpowiedź: CO₃²⁻ + 2 H⁺ → H₂O + CO₂↑

Sprawdzenie ładunków: po lewej −2 + 2 = 0, po prawej 0. Zgadza się.

Przykład 2 — zapis skrócony z metalem

Zapisz w postaci jonowej skróconej reakcję magnezu z kwasem solnym.

Cząsteczkowo: Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂↑

Magnez i wodór zostają w całości, HCl i MgCl₂ rozpisujemy. Widzami są jony Cl⁻.

Odpowiedź: Mg + 2 H⁺ → Mg²⁺ + H₂↑

Ładunki: po lewej +2, po prawej +2.

Przykład 3 — odczyn roztworu soli

Jaki odczyn ma roztwór siarczku potasu K₂S?

Rodzice: zasada KOH (mocna) i kwas H₂S (słaby). Mocniejsza jest zasada, więc odczyn zasadowy. Hydrolizuje anion S²⁻:

S²⁻ + H₂O ⇄ HS⁻ + OH⁻

Przykład 4 — odczyn roztworu soli

Jaki odczyn ma roztwór azotanu(V) potasu KNO₃?

Rodzice: KOH (mocna) i HNO₃ (mocny). Remis między mocnymi. Odpowiedź: obojętny, sól nie ulega hydrolizie.

Przykład 5 — rozpoznanie roztworów

W dwóch probówkach są roztwory NaCl i Na₂CO₃. Jak je odróżnić, mając tylko fenoloftaleinę?

NaCl nie hydrolizuje — odczyn obojętny, fenoloftaleina pozostaje bezbarwna. Na₂CO₃ hydrolizuje anionowo — odczyn zasadowy, fenoloftaleina barwi się na malinowo.

Trzy najczęstsze błędy

Rozpisywanie słabego kwasu na jony. CH₃COOH i H₂S zapisujemy w całości — w wodzie są prawie nierozpadnięte.

Twierdzenie, że każda sól daje odczyn obojętny. Obojętne są tylko roztwory soli mocnych kwasów i mocnych zasad. Soda jest zasadowa, a siarczan(VI) miedzi(II) — kwasowy.

Pisanie hydrolizy dla jonu od mocnego rodzica. Na⁺, K⁺, Cl⁻, NO₃⁻ i SO₄²⁻ z wodą nie reagują. Równanie hydrolizy piszemy zawsze dla jonu od słabego rodzica.

Sprawdź się

1. Zapisz w postaci jonowej skróconej reakcję: CuO + 2 HCl → CuCl₂ + H₂O.
2. Który z zapisów jest poprawny dla reakcji kwasu octowego z NaOH: H⁺ + OH⁻ → H₂O czy CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O?
3. Jaki odczyn ma roztwór NH₄NO₃? Uzasadnij.
4. Zapisz równanie hydrolizy octanu sodu.

Rozwiązania. (1) CuO + 2 H⁺ → Cu²⁺ + H₂O — tlenek zostaje w całości, jony Cl⁻ są widzami. (2) Drugi — kwas octowy jest słaby, więc zostaje w całości. (3) Kwasowy — sól mocnego kwasu HNO₃ i słabej zasady NH₃·H₂O; hydrolizuje kation NH₄⁺. (4) CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻ — odczyn zasadowy.

Do zapamiętania

• Na jony rozpisujemy mocne kwasy, rozpuszczalne zasady i rozpuszczalne sole. Wody, osadów, gazów, słabych kwasów, metali i tlenków — nie.
• Jony-widzowie stoją po obu stronach bez zmian; skreślamy je. W zapisie skróconym muszą się zgadzać atomy i ładunki.
• Hydroliza to reakcja jonów soli z wodą; reaguje zawsze jon pochodzący od słabego kwasu lub słabej zasady.
• Słaby kwas + mocna zasada → hydroliza anionowa, odczyn zasadowy. Mocny kwas + słaba zasada → hydroliza kationowa, odczyn kwasowy. Mocny + mocny → brak hydrolizy, odczyn obojętny.
• Odczyn roztworu soli jest taki, jaki był mocniejszy z jej „rodziców”.