Skoj! svag syra mot svag bas!

Ammoniumcyanid, $\ce{NH4CN}$, är ett fast ämne där atomerna är grupperade i samma joner som bildas i lösningen: $\ce{NH4+}$ och $\ce{CN-}$. Även om den kan sublimeras med mycket mild uppvärmning är den ganska instabil. Den reagerar särskilt med atmosfärisk vattenånga och utvecklar då ammoniak och HCN. Farliga saker!

Den första delen av svaret på 1. är nedbrytningen av $\ce{NH4CN}$ till joner i vattenlösning, vilket borde vara uppenbart; en finess är att du kanske vill lägga till (s) och (aq) bredvid varje art, särskilt om din professor gör en poäng av att göra det. Så det är dissociationen. Uppgifterna i problemet tillåter oss inte att beräkna jämviktskonstanten för dissociationen, men det är säkert att säga att den är extremt hög, det vill säga dissociationen är fullständig: det finns ingen $\ce{NH4CN}$ som sådan i lösningen.

Syra-basjämviktsjämviktssekvationerna kan vara de som du skrev. Återigen kan du lägga till mer information, som denna:

$$$\ce{NH4+ (aq) + H2O <=> NH3 (aq) + H3O+ (aq)}\quad K=5.5\times10^{-10}$$$

Här är jämviktskonstanten $K$ syrans dissociationskonstant för syran $\ce{NH4+}$, den protonerade formen (även kallad konjugerad syra) av ammoniak. Jag fick fram dess värde genom att dividera $K_\mathrm w$, dissociationskonstanten för vatten ($1,0\times10^{-14}$), med $K_\mathrm b$ för ammoniak, som anges i problemet.

Jag uppmuntrar dig att lägga till liknande information för jämvikten som involverar cyanidjonen. Tips: Om du behåller reaktionen som du skrev den är den lämpliga $K$ inte $K_\mathrm a$ för $\ce{HCN}$ utan $K_\mathrm b$ för den deprotonerade formen (konjugerad bas), $\ce{CN-}$.(Men du kan istället betrakta den alternativa reaktionen $\ce{HCN + H2O <=> CN- + H3O+}$$, och då är jämviktskonstanten $K_\mathrm a$ för $\ce{HCN}$.)

Hur är det med del 2? Det enda korrekta svaret på

Kommer saltet att reagera som en syra eller en bas?

är ”Det kan göra antingen eller, beroende på vad det reagerar med”. Men vad de kanske menar är om saltlösningen är sur eller basisk. Om så är fallet är ett sätt att ta reda på det att kombinera de två jämviktsekvationerna och deras $K$s. Jag vill inte avslöja problemet helt och hållet, men tänk så här:

• Vad är pH-värdet för en (låt oss säga) 1 M lösning av $\ce{HCN}$, baserat på $K_\mathrm a$ för $\ce{HCN}$?

  (Jag utgår från att beräkningen av pH-värdet för en lösning av en ren svag syra eller en ren svag bas har behandlats i kursen innan vi kommer till den fråga du ställde idag.)

• Vad är pH för en 1 M lösning av $\ce{NH3}$, baserat på $K_\mathrm b$?

• Är $\ce{HCN}$ en starkare syra än vad $\ce{NH3}$ är en bas, eller är $\ce{NH3}$ en starkare bas än vad $\ce{HCN}$ är en syra? Vilken av dem skulle du förvänta dig att ”vinna” om du blandar de två i lika stora proportioner?

(Poängen här är att det du får när du löser upp $\ce{NH4CN}$ är oskiljbart från det du får när du blandar lika stora mängder av ekvimolära lösningar av $\ce{HCN}$ och ammoniak. Med andra ord, om du blandar 1 liter av en 2 M lösning av $\ce{HCN}$ med 1 liter av en 2 M lösning av ammoniak, blir resultatet nästan 2 liter av en 1 M lösning av $\ce{NH4CN}$. Fotnot: ”mycket nära” eftersom volymen inte alltid bevaras exakt, till skillnad från massan.)