Bejelentkezés

A 2024-től alkalmazott kémiaérettségi-követelmények alapján

1.5.4.1 Sav–bázis reakciók

Protonátadás és konjugált párok, a víz amfotériája, pH és indikátorok, közömbösítés és az oxidok sav–bázis reakciói. Az emelt szinthez tartozó, kék háttérrel jelölt magyarázatok, ábrák és feladatok a közös jegyzetben érhetők el.

Középszint

Haladás mentése · Bejelentkezés

Előrejelzés

Az NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH− folyamatban mi az NH3 szerepe?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

A téma lényege

Protonátadás és konjugált párok, a víz amfotériája, pH és indikátorok, közömbösítés és az oxidok sav–bázis reakciói.

Az alábbi magyarázatok a hivatalos 1.5.4.1 követelmény megfelelő szintjét követik.

Amit biztosan tudnod kell

  • Brønsted-sav protont ad át, Brønsted-bázis protont vesz fel; a víz mindkét szerepet betöltheti.
  • A savi vagy bázikus erősség nem azonos az oldat koncentrációjával, és nem azonos a sav értékűségével.
  • 25 °C-on Kv = 1,0 · 10−14; semleges oldat pH-ja 7, savasé kisebb, lúgosé nagyobb.
  • Lakmusz, fenolftalein, univerzálindikátor és növényi indikátor színe pH-tartományt jelez.
  • Közömbösítés után a keverék kémhatását a mennyiségek és a keletkező só is befolyásolja.

Kulcsfogalmak

  • Brønsted-sav és -bázis
  • konjugált pár
  • amfotéria
  • autoprotolízis
  • vízionszorzat
  • pH
  • indikátor
  • közömbösítés

Mi történik sav–bázis reakcióban?

A Brønsted-sav protont (H+) ad át, a Brønsted-bázis pedig felveszi azt. A szerep mindig egy konkrét reakcióban értelmezhető: a részecske mellett a reakciópartnerét is nevezd meg. A vizes oldatban a proton a vízmolekulához kötődik; ezért az oldat savasságát az oxóniumion (H3O+) jelzi.

HCl + H2O → H3O+ + Cl−: a HCl sav, a víz bázis. NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−: az ammónia bázis, a víz sav. Az első reakcióban a HCl/Cl− és a H2O/H3O+, a másodikban az NH4+/NH3 és a H2O/OH− alkotnak konjugált párokat. Egy pár két tagja pontosan egy protonban különbözik.

A víz amfoter: az erős savval szemben protont vesz fel, ammóniával szemben protont ad le. A többértékű sav több protont adhat át egymást követő lépésekben: a H2SO4 kétértékű, a H3PO4 háromértékű. Az értékűség nem azt mondja meg, hogy a sav erős-e.

Példák: melyik két részecske alkot konjugált sav–bázis párt?

Egy konjugált pár két tagja egyetlen protonban különbözik. A reakcióegyenletben először keresd meg a protonját leadó részecskét, majd a belőle képződő részecskét.

ReakcióKonjugált párok
HCl + H2O → H3O+ + Cl−HCl / Cl− és H3O+ / H2O
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−NH4+ / NH3 és H2O / OH−
CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO− + H3O+CH3COOH / CH3COO− és H3O+ / H2O

Az ammóniás példában a víz adja át a protont; a sósavas és ecetsavas példában a víz veszi fel. Ez mutatja a víz amfoter jellegét.

Erősség és koncentráció: két külön kérdés

A sav- vagy báziserősség azt jellemzi, mennyire kedvező a protonátadás egy adott közegben. A HCl híg vizes oldatban gyakorlatilag teljesen protonálja a vizet; az ecetsav (CH3COOH) csak részben: CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO− + H3O+. Az NH3 vízben gyenge bázis. A koncentráció viszont azt adja meg, mennyi oldott anyag jut egységnyi oldatra. Lehet híg, de erős sav és viszonylag tömény, de gyenge sav is.

Azonos bemérési koncentrációnál az erősebb sav általában nagyobb [H3O+]-t és kisebb pH-t eredményez. Egy konjugált párban az erősebb savhoz gyengébb konjugált bázis tartozik. A savi erősséget nem a képletben szereplő hidrogénatomok száma és nem az oldat hígítása határozza meg.

A víz autoprotolízise és a pH

Két vízmolekula között is történhet protonátadás: 2 H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + OH−(aq). A folyamat nagyon kis mértékű. 25 °C-on a vízionszorzat Kv = [H3O+][OH−] = 1,0 · 10−14 (moldm3)2. Tiszta vízben a két koncentráció egyenlő, mindkettő 1,0 · 10−7 moldm3.

A pH az oxóniumion-koncentráció tízes alapú logaritmusából képzett mérőszám: iskolai alakban pH = −lg[H3O+], ha a koncentrációt moldm3-ben helyettesíted be. 25 °C-on pH < 7 savas, pH = 7 semleges, pH > 7 lúgos kémhatást jelent. Egy pH-egység különbség tízszeres oxóniumion-koncentráció-különbséget jelent: pH = 3 esetén [H3O+] = 10−3, pH = 4 esetén 10−4 moldm3. pH = 11-nél 25 °C-on [OH−] = 10−3 moldm3.

Savoldat vízzel való hígításakor a pH többnyire nő, lúgoldat hígításakor csökken: mindkét esetben a semleges érték felé tart. Víz elpárologtatásával való töményítéskor rendszerint az ellenkező irányú változás várható, ha az oldott anyag nem távozik és nem reagál. A 7-es határ és a Kv számszerű értéke 25 °C-ra vonatkozik. A pH-skála nem minden oldatban szorul a 0–14 tartományba.

A pH logaritmikus skálája: 100 : 10 : 1 oxóniumion-arány

A pH logaritmikus skálája: 100 : 10 : 1 oxóniumion-arányAzonos térfogatú mintákban a pH 2, 3 és 4 értékhez 100 : 10 : 1 oxóniumion-arány tartozik az iskolai koncentrációs közelítésben. A piros pontok relatív egységek: nem a valós, makroszkopikus mintában található ionok számát mutatják. A víz, a hidroxidionok és a töltéskiegyenlítő ionok kimaradtak. Két pH-egység különbség százszoros, nem kétszeres koncentrációarányt jelent.Egy pH-egység: tízszeres aránypH = 2: [H3O+] = 10−2 mol/dm3Relatív mennyiség: 100pH = 3: [H3O+] = 10−3 mol/dm3Relatív mennyiség: 10pH = 4: [H3O+] = 10−4 mol/dm3Relatív mennyiség: 1
Ábra szöveges leírása
pHOxóniumion-koncentráció és arány
pH 210−2 moldm3; 100 relatív egység
pH 310−3 moldm3; 10 relatív egység
pH 410−4 moldm3; 1 relatív egység
Azonos térfogatú mintákban a pH 2, 3 és 4 értékhez 100 : 10 : 1 oxóniumion-arány tartozik az iskolai koncentrációs közelítésben. A piros pontok relatív egységek: nem a valós, makroszkopikus mintában található ionok számát mutatják. A víz, a hidroxidionok és a töltéskiegyenlítő ionok kimaradtak. Két pH-egység különbség százszoros, nem kétszeres koncentrációarányt jelent.
Kidolgozott példa: a logaritmikus skála és a hígítás

Feladat: Egy 25 °C-os, pH = 2 híg sósavoldat térfogatát vízzel tízszeresére növeljük.
Milyen pH várható az iskolai erős savas közelítésben?

Az eredeti oxóniumion-koncentráció 10−2 moldm3.
Tízszeres térfogatban, azonos savanyagmennyiséggel a koncentráció tizedére, 10−3 moldm3-re csökken.

Az új pH 3: tízszeres hígítás egy pH-egység növekedést okozott.
A közelítés híg erős savra, a víz autoprotolíziséből származó ionok elhanyagolhatósága mellett érvényes;
nem általános szabály minden gyenge savra és minden hígításra.

Indikátorok és megfigyelések

Az indikátorok savas és bázikus formája eltérő színű. A szín egy pH-tartományról tájékoztat; egyetlen indikátor színéből általában nem olvasható le pontos pH. A lakmusz savas közegben piros, semlegesben lila, lúgosban kék. A fenolftalein savas és semleges oldatban színtelen, kb. pH 8,2 fölött kezd rózsaszínné válni.

Az univerzálindikátor és a pH-papír több színváltást ad: a színskálával összevetve a pH közelítő tartománya becsülhető (savas: vöröses–sárgás, semleges: zöld, lúgos: kékes–ibolya). Növényi indikátor, például a vöröskáposzta leve savas közegben többnyire vöröses, semlegesben lilás, lúgosban kékes-zöldes, de a pontos árnyalat a készítménytől is függ. Kísérleti leírásban előbb a megfigyelt színt közöld, utána a kémhatásra vonatkozó következtetést. Ismeretlen oldatot nem azonosítunk kóstolással vagy közvetlen szagolással.

Lakmusz és fenolftalein színe pH 2, 7 és 10 oldatban

Lakmusz és fenolftalein színe pH 2, 7 és 10 oldatbanAzonos három oldatot két külön indikátorral vizsgálunk. A fenolftalein pH 2 és 7 esetén színtelen: a színtelenség önmagában nem különíti el a savas és semleges oldatot. pH 10-nél rózsaszín. Az átcsapás nagyjából pH 8,2–10 között történik; nem minden, 7-nél nagyobb pH-jú oldatban látszik rózsaszín. A színek tájékoztató árnyalatok, a fehér kör színtelen mintát jelöl.Mit látsz az indikátorral?pH 2pH 7pH 10LakmuszpiroslilakékFenolftaleinszíntelenszíntelenrózsaszín
Adattáblázat megtekintése
IndikátorpHMegfigyelhető szín
Lakmusz2piros
Lakmusz7lila
Lakmusz10kék
Fenolftalein2színtelen
Fenolftalein7színtelen
Fenolftalein10rózsaszín
Azonos három oldatot két külön indikátorral vizsgálunk. A fenolftalein pH 2 és 7 esetén színtelen: a színtelenség önmagában nem különíti el a savas és semleges oldatot. pH 10-nél rózsaszín. Az átcsapás nagyjából pH 8,2–10 között történik; nem minden, 7-nél nagyobb pH-jú oldatban látszik rózsaszín. A színek tájékoztató árnyalatok, a fehér kör színtelen mintát jelöl.
Kidolgozott példa: mit bizonyít a szín?

Feladat: A híg sósavat, vizet és híg NaOH-oldatot három külön mintában lakmusszal és fenolftaleinnel vizsgáljuk.
Melyik megfigyelésből milyen következtetés adható?

Lakmusz: a sósav mintájában piros, a semleges vízben lila, a kellően lúgos NaOH-oldatban kék.
A megfigyeléshez hozzárendeljük a savas, semleges és lúgos kémhatást.

Fenolftalein: az első két mintában színtelen, a pH 10 körüli lúgban rózsaszín.
Színtelen ismeretlen mintát ezért nem nevezhetünk automatikusan semlegesnek;
lehet savas, sőt az átcsapás alatti enyhén lúgos is.

Közelítő pH meghatározásához pH-papír vagy univerzálindikátor színét a hozzá tartozó skálával vetjük össze.
A vöröskáposzta leve növényi indikátor: az árnyalat készítményfüggő, ezért saját összehasonlító minták segítik az értelmezést.

Közömbösítés és oxidok reakciói

Sav és bázis reakciójában protonátadás történik. Például HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l): a sósav és nátrium-hidroxid közömbösítik egymást. A közömbösítés nem garantál semleges végső oldatot: a reagensek feleslege és a keletkező só vízzel való reakciója is számít.

Fém-oxid savoldattal: CuO(s) + 2 HCl(aq) → CuCl2(aq) + H2O(l). A fekete réz(II)-oxid elfogyhat, réz(II)-ionokat tartalmazó oldat képződik. Nemfém-oxid lúgoldattal: CO2(g) + 2 NaOH(aq) → Na2CO3(aq) + H2O(l), ha elegendő a lúg; 1:1 mólaránynál NaHCO3 képződhet. A terméket és az arányt együtt ellenőrizd.

A víz autoprotolízise

2 H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + OH−(aq)

Vízionszorzat 25 °C-on

Kv = [H3O+][OH−] = 1,0·10−14

Kidolgozott példa: hidroxidion-koncentráció 25 °C-on
  1. Feladat: Egy oldatban [H3O+] = 1,0·10−5 moldm3. Mennyi az [OH−] 25 °C-on?
  2. A vízionszorzat [H3O+]·[OH−] = 1,0·10−14. Ezért [OH−] = 1,0·10−14 : 1,0·10−5 = 1,0·10−9 moldm3.
  3. Mivel a hidroxidion koncentrációja kisebb, mint az oxóniumioné, az oldat savas.

A víz amfotériája két konkrét protonátadásban

A víz amfotériája két konkrét protonátadásbanA víz HCl-lel szemben bázis: protont vesz fel. Ammóniával szemben sav: protont ad át. A vízszintes nyíl a protonátadást, a függőleges nyilak az egyes részecskék átalakulását jelölik. Egy függőleges oszlop két tagja konjugált pár; a két kiindulási reakciópartner nem az. A rajz a szerepeket szemlélteti, nem a térbeli molekulaszerkezetet.Ugyanaz a víz, két szerepVízzel reagáló HClHClH2Oprotonleadó savprotonfelvevő bázisH+ átadásaCl−H3O+konjugált báziskonjugált savA víz itt bázis.Vízzel reagáló ammóniaH2ONH3protonleadó savprotonfelvevő bázisH+ átadásaOH−NH4+konjugált báziskonjugált savA víz itt sav.
Ábra szöveges leírása
ProtonátadásSzerepek és párok
HCl + H2O → Cl− + H3O+A víz bázis; konjugált párok: HCl/Cl− és H3O+/H2O. Az ammóniás reakció egyensúlyra vezet.
H2O + NH3 ⇌ OH− + NH4+A víz sav; konjugált párok: H2O/OH− és NH4+/NH3. Az ammóniás reakció egyensúlyra vezet.
A víz HCl-lel szemben bázis: protont vesz fel. Ammóniával szemben sav: protont ad át. A vízszintes nyíl a protonátadást, a függőleges nyilak az egyes részecskék átalakulását jelölik. Egy függőleges oszlop két tagja konjugált pár; a két kiindulási reakciópartner nem az. A rajz a szerepeket szemlélteti, nem a térbeli molekulaszerkezetet.

Kidolgozott lépés

Azonosítsd a szerepeket a HCl + H2O → H3O+ + Cl− reakcióban.

1. lépés / 3

Sav azonosítása

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

A HCl protont ad át, ezért sav; protonleadás után Cl− marad, ez a konjugált bázisa.

Felidéző gyakorlás

Mely állítások igazak?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Jelöld meg az összes megfelelőt
Az 1.5.4.1 pont rövid, tanulói áttekintése. A teljes, hiteles szöveg az Oktatási Hivatal PDF-jében olvasható.

Kémia részletes érettségi vizsgakövetelmény (Oktatási Hivatal)

1.5.4.1 — Sav–bázis reakciók, középszint

  • Brønsted-sav és -bázis, értékűség, amfotéria, sav- és báziserősség; a víz amfotériájának értelmezése.
  • A víz autoprotolízise, vízionszorzat és pH 25 °C-on; savas, semleges és lúgos oldat összevetése, kerek pH-értékekhez tartozó ionkoncentrációk és hígítási irány.
  • Univerzálindikátor, pH-papír, fenolftalein, lakmusz és növényi indikátorok színe, egyszerű kémhatásvizsgálatok értelmezése.
  • Közömbösítés, valamint fém-oxid és savoldat, illetve nemfém-oxid és lúgoldat reakcióinak sztöchiometriai egyenletei.

Gyors önellenőrzés

  • Magyarázd két egyenlettel, miért amfoter a víz.
  • Rendelj színt a lakmuszhoz és a fenolftaleinhez háromféle kémhatásban.
  • Írd fel a CuO + HCl és a CO2 + NaOH reakciót; ellenőrizd az arányokat.
  • Mondd el, miért nem ugyanaz a sav erőssége és oldatának koncentrációja.
Középszintű érettségi mintafeladat — 10 pont

Saját gyakorlófeladat.
Előbb oldd meg önállóan, majd nyisd le a mintamegoldást és a pontozást.

A) Az ammónia vízzel reagál: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−.
Nevezd meg a savat, a bázist és a két konjugált sav–bázis párt!

B) 0,0250 dm3 0,100 moldm3 koncentrációjú sósavhoz 0,0200 dm3 0,100 moldm3 koncentrációjú NaOH-oldatot öntünk.
Írd fel a molekuláris és a nettó ionegyenletet!
Számítsd ki a feleslegben maradó kiindulási anyag anyagmennyiségét, állapítsd meg az oldat kémhatását, és add meg a fenolftalein színét!

Középszintű mintamegoldás és részletes pontozás — 10 pont

Mintamegoldás

  1. A) Az NH3 protont vesz fel, tehát bázis;
  2. a H2O protont ad át, tehát sav.
  3. A párok: NH4+/NH3 és H2O/OH−.
  4. B) HCl + NaOH → NaCl + H2O;
  5. nettó ionegyenletként H3O+ + OH− → 2 H2O.
  6. n(HCl) = 0,0250 · 0,100 = 0,00250 mol;
  7. n(NaOH) = 0,0200 · 0,100 = 0,00200 mol.
  8. A mólarány 1:1, ezért 0,00050 mol HCl marad feleslegben.
  9. Az oldat savas, a fenolftalein színtelen.

Pontozás lépésenként

  1. 2 pont. NH3 bázis és H2O sav azonosítása: 1–1 pont.
  2. 2 pont. NH4+/NH3 és H2O/OH− konjugált pár: 1–1 pont.
  3. 1 pont. A molekuláris közömbösítési egyenlet helyes.
  4. 1 pont. A nettó ionegyenlet atom- és töltéshelyes.
  5. 1 pont. n(HCl) = 0,00250 mol.
  6. 1 pont. n(NaOH) = 0,00200 mol.
  7. 1 pont. A felesleg 0,00050 mol HCl, tehát a keverék savas;
    mindkét állítás szükséges.
  8. 1 pont. A fenolftalein színtelen.

Összesen: 10 pont.

Ez szemléltető pontozás, nem hivatalos javítási útmutató.
Egyenértékű, helyes megoldás is elfogadható;
számolási hiba továbbvitele esetén a későbbi helyes módszer részpontja megadható.

Források