Hoá đại cương

BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021 CHƯƠNG : ĐỘNG HÓA HỌC Động hố học mơn khoa học nghiên cứu quy luật xảy (diễn biến) q trình hố học có vận tốc phản ứng hố học yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc Việc nghiên cứu nhằm mục đích điều khiển phản ứng xảy với vận tốc cao để đạt hiệu suất phản ứng lớn 4.1 Khái niệm vận tốc phản ứng Vận tốc phản ứng thường đo biến thiên nồng độ chất tham gia tạo thành đơn vị thời gian Vận tốc phản ứng biểu thị đơn vị mol/l.s Vận tốc phản ứng biễu diễn thay đổi tính chất khác hệ màu sắc, độ dẫn điện, áp suất Nếu thời điểm t1 t2 nồng độ hợp chất hệ phản ứng có giá trị tương ứng C1 C2 , ta có vận tốc v phản ứng : C  C1 C V  t2  t1 t (4.1) Trong công thức trên, dấu (+) sử dụng tính theo chất tạo thành sau phản ứng; dấu () tính theo chất tham gia phản ứng Trong phản ứng hoá học, nồng độ chất luôn thay đổi nên thường người ta hay sử dụng cơng thức tính vận tốc tức thời : dC V  dt (4.2) Ví dụ, phản ứng tổng quát: aA + bB = eE + dD Ta có vận tốc tức thời phản ứng : dC dC dC dC V=   A    B    D    E a d b d d d e d 4.2 Ảnh hưởng nồng độ lên vận tốc phản ứng 4.2.1 Định luật tác dụng khối lượng Ta xét hai trường hợp cụ thể a) Trong hệ đồng thể Đó trường hợp phản ứng xảy trạng thái khí hay hịa tan dung mơi Theo thuyết va chạm, ngun nhân gây nên phản ứng phân tử chất tác dụng lúc chuyển động nhanh có khoảng cách ngắn, va chạm làm đứt liên kết cũ hình thành liên kết mới, tạo sản phẩm Trong giây, số va chạm lên đến hàng chục tỉ lần Nếu tất va chạm gây nên phản ứng tốc độ phản ứng lớn gần phản ứng Điều trái với thực tế phản ứng có tốc độ khác Điều buộc ta phải nghĩ rằng, số va chạm phân tử tác chất, có số hiệu quả, số cịn lại khơng thể gây nên phản ứng Mặt khác theo định luật phân bố phân tử theo tốc độ đa số phân tử có tốc độ trung bình ứng với dự trữ lượng trung bình Số cịn lại chia làm hai loại : loại có tốc độ thấp trung bình loại có tốc độ lớn trung bình va chạm có phản ứng Những phân tử gọi phân tử hoạt động BỘ MÔN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021 Gọi No tổng số phân tử hệ Nhđ số phân tử hoạt động Giữa No Nhđ liên hệ với hệ thức : Nhđ = No.e-Eh/RT Với Eh : lượng hoạt hóa, tính cal ToK, vận tốc tùy thuộc vào Nhđ Trị số Nhđ tùy thuộc váo No, mà No tùy thuộc vào nồng độ phân tử Vậy, tốc độ phản ứng tùy thuộc vào nồng độ Sự phụ thuộc vận tốc phản ứng vào nồng độ xác định định luật tác dụng khối lượng Gulberg Waage: Vận tốc phản ứng xảy môi trường đồng thể nhiệt độ xác định tỷ lệ thuận với tích nồng độ chất tham gia phản ứng Đối với phản ứng tổng quát: aA + bB = cC + dD ta có : V  k.CAn CBm (4.4) : k – hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào chất chất tham gia vào nhiệt độ Đối với phản ứng cho nhiệt độ không đổi, k số gọi số vận tốc CA CB - nồng độ tương ứng với hợp chất A B Giá trị n, m số trường hợp trùng với hệ số a, b phương trình phản ứng Đó phản ứng đơn giản Các giá trị n, m xác định thực nghiệm Nếu [A] = [B] = 1mol/lit, V = k Vậy số vận tốc vận tốc phản ứng nống độ chất mol/l , đó, gọi vận tốc riêng b) Trong hệ dị thể Trong hệ dị thể, (gồm pứ chất khí với chất rắn, hay chất lỏng với chất rắn) phản ứng xảy bề mặt tiếp xúc chất Do đó, tốc độ phản ứng ngồi việc phụ thuộc vào nồng độ cịn phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc pha Trong khoảng thời gian ngắn, diện tích xem khơng đổi Cho nên vận tốc phản ứng phụ thuộc vào nồng độ Ví dụ : C (gr) + O2 (k) = CO2 (k) Như vậy, V tùy thuộc vào nồng độ pha khí O2, khơng phụ thuộc vào chất rắn Vậy trường hợp có chất rắn tham gia “nồng độ” khơng có mặt biểu thức định luật tác dụng khối lượng 4.2.2 Cơ chế phản ứng, phân tử số bậc phản ứng 4.2.2.1 Cơ chế phản ứng Phản ứng hóa học xảy giai đoạn hay nhiều giai đoạn, xảy đồng thời theo nhiều hướng khác Người ta phân biệt loại phản ứng sau :  Phản ứng đơn giản : phản ứng xảy theo giai đoạn cho sản phẩm Đối với phản ứng đồng thể, xảy qua giai đoạn, định luật tác dụng khối lượng áp dụng xác V  k C Aa CBb Ví dụ : H2 + Cl2 = 2HCl V = k [H2].[Cl2] BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NÔNG LÂM TP HCM 2021  Phản ứng phức tạp : phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn trước đạt đến sản phẩm cuối Ví dụ : 2H2SO4 + Cu = Cu + SO2 + H2O Phản ứng xảy qua giai đoạn : H2SO4 = H2O + SO2 + O Cu + O = CuO CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O Ví dụ : 2N2O5 = 4NO2 + O2 Phản ứng xảy qua giai đoạn : N2O5 = N2O3 + O2 (chậm) N2O5 + N2O3 = 4NO2 (nhanh) Mỗi giai đoạn trình Sản phẩm trình tác chất trình sau Tập hợp trình gọi chế phản ứng Đối với phản ứng phức tạp xảy qua nhiều giai đoạn, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào q trình chậm phản ứng Do đó, định luật phản ứng áp dụng cho giai đoạn chậm Ví dụ : Trong phản ứng phân tích N2O5 thành NO2 trên, phản ứng xảy giai đoạn : giai đoạn đầu chậm, giai đoạn sau nhanh Do đó, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào giai đoạn đầu Phương trình tốc độ phản ứng : V = kC CN2O5 Mặc dù hệ số N2O5 phương trình chung 2, biểu thức tốc độ khơng có lũy thừa 4.2.2.2 Phân tử số bậc phản ứng  Phân tử số : số phân tử tham gia vào phản ứng trình Người ta phân loại động học phản ứng đơn giản làm loại phản ứng sau : - Phản ứng đơn phân tử : phản ứng mà trình có phân tử biến đổi Đó phản ứng đồng phân hóa, phản ứng phân li Ví dụ : I2 = 2I N2O = N2 + O - Phản ứng lưỡng phân tử : phản ứng mà q trình có phân tử tác dụng Ví dụ : 2NO2 + 4H2 = 4H2O + N2  Bậc phản ứng : tổng số mũ nồng độ tác chất biểu thức tính tốc độ phản ứng Người ta chia phản ứng làm phản ứng bậc 1, phản ứng bậc 2, phản ứng bậc 3, … n+m= : phản ứng bậc : phản ứng bậc : phản ứng bậc … n = m = : phản ứng bậc không Phản ứng bậc khơng phản ứng có tốc độ phản ứng khơng phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng ví dụ : CaCO3 (r) = CaO (r) + CO2 (k) v = k.[CaCO3]0 = k Đối với phản ứng đơn giản, bậc phản ứng trùng với phân tử số phản ứng BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NÔNG LÂM TP HCM 2021 Đối với phản ứng phức tạp xảy qua nhiều giai đoạn, tốc độ phản ứng tính giai đoạn chậm Do đó, bậc phản ứng chung bậc phản ứng giai đoạn chậm Ví dụ : xét phản ứng sau : 2N2O5 = 4NO2 + O2 Phản ứng có hai giai đoạn : N2O5 = N2O3 + O2 (chậm) N2O5 + N2O3 = 4NO2 (nhanh) 2N2O5 = 4NO2 + O2 Giai đoạn chậm giai đoạn định tốc độ phản ứng, nên : v  kC CN2O5 Bậc phản ứng 1, phản ứng có phân tử N2O5  Xét phản ứng bậc Xét phản ứng đơn giản đồng thể : A  sản phẩm 𝑑[𝐴] Vận tốc phản ứng 𝑉 = − 𝑑𝑡 = 𝑘[𝐴] suy 𝑘𝑑𝑡 = − 𝑑[𝐴] [𝐴] Lấy tích phân xác định hai vế từ thời gian t = (ứng với nồng độ ban đầu [A]0) đến thời gian t (ứng với nồng độ [A]) 𝑡 [𝐴] 𝑑[𝐴] ∫0 𝑘𝑑𝑡 = − ∫[𝐴] [𝐴] Suy : kt = ln[A]0 – ln[A] = ln([A]0/[A]) => Hay 𝑘 = 𝑡 𝑙𝑛 [𝐴]0 [𝐴] Hằng số vận tốc lúc có thứ nguyên không phụ thuộc vào nồng độ Khi [A] = ½[A]0 lúc t = t1/2 : gọi chu kỳ bán hủy 𝑡1/2 = 𝑘 𝑙𝑛 [𝐴]0 [𝐴]0 = 𝑘 𝑙𝑛2  Xét phản ứng bậc Xét phản ứng bậc đơn giản đồng thể có dạng 2A  sản phẩm 𝑑[𝐴] 𝑑[𝐴] Vận tốc phản ứng 𝑉 = − = 𝑘[𝐴]2 suy 𝑘𝑑𝑡 = − 𝑑𝑡 Lấy tích phân [𝐴] 𝑡 xác định hai vế : ∫0 𝑘𝑑𝑡 = 1 Suy : 𝑘𝑡 = ([𝐴] − [𝐴] ) Hay 𝑘 = [𝐴] 𝑑[𝐴] − ∫[𝐴] [𝐴]2 1 ( − [𝐴] ) 𝑡 [𝐴] Chu kỳ bán hủy [A] = [A]0/2 : 𝑡1/2 = 𝑘.[𝐴]0 với [A]0 nồng độ ban đầu A BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021  Xét phản ứng bậc : có vận tốc phản ứng khơng phụ thuộc vào nồng độ Xét phản ứng bậc : A  sản phẩm 𝑑[𝐴] Vận tốc phản ứng 𝑉 = − 𝑑𝑡 = 𝑘[𝐴]0 = 𝑘 𝑡 [𝐴] Lấy tích phân xác định hai vế : ∫0 𝑘𝑑𝑡 = − ∫[𝐴] 𝑑[𝐴] với [A]0 nồng độ ban đầu A Suy kt = ([A]0 – [A]) Hay 𝑘 = 𝑡 ([𝐴]0 − [𝐴]) Chu kỳ bán hủy [A] = [A]0/2 : 𝑡1/2 = [𝐴]0 ( ) 𝑘 4.3 Thuyết va chạm hoạt động (đọc, hiểu) Thực nghiệm cho thấy vận tốc phản ứng phụ thuộc vào tần số va chạm (số va chạm đơn vị thời gian) phân tử chất tham gia phản ứng mà phụ thuộc vào tần số va chạm phân tử hoạt động cao Đó phân tử tạo thành tăng lượng nhiệt động phân tử, tăng nội năng, phân ly thành gốc tự ion Năng lượng cần thiết cung cấp cho phân tử có mol (số Avogadro) để chuyển tất chúng thành phân tử hoạt động gọi lượng hoạt hố phản ứng, có ký hiệu Ea Nói cách khác lượng cần tiêu tốn để chuyển phân tử chất tham gia phản ứng thành phức chất hoạt động (hình 4.1) H > H < Hình 4.1 : Giản đồ lượng phản ứng hóa học 4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ lên vận tốc phản ứng 4.4.1 Qui tắc Van’t Hoff Sự tăng nhiệt độ đa số trường hợp làm tăng vận tốc phản ứng Từ kết nghiên cứu số lượng lớn phản ứng, Van’t Hoff rút quy tắc kinh nghiệm sau: Nếu nhiệt độ phản ứng tăng thêm 10oC vận tốc đa số phản ứng tăng – lần Số lần tăng gọi hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng k   T 10   kT BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NÔNG LÂM TP HCM 2021 kT  n.10  (2  4) n kT Quy tắc kinh nghiệm Vant Hoff biểu diễn công thức sau : Tổng quát :  n  v2  v1. T2 T1 10 (4 ) : v1 v2 vận tốc phản ứng tương ứng với nhiệt độ T1 T2  - số nhiệt độ (hệ số Van’t Hoff) Qui tắc khoảng nhiệt độ khơng lớn 4.4.2 Phương trình Arrhenius Vận tốc phản ứng tính theo cơng thức Van’t Hoff có giá trị gần Để có giá trị xác hơn, nguời ta xác định vận tốc phản ứng theo phương trình Arrhenius : k  C.e  Ea RT (4 ) Trong đó: k – số vận tốc C – số trước luỹ thừa Ea – lượng hoạt hoá (là lượng tối thiểu cần cung cấp cho tiểu phân để chúng trở nên hoạt động)  Tính lượng hoạt hóa Ea nhiệt độ T1 : k1  C.e nhiệt độ T2 : k2  C.e Ea  suy : ln   Ea RT1 Ea RT2 1    k2 R T T e  2 k1 ln hay k2 Ea  1      k1 R  T1 T2  hay v2 Ea  1      v1 R  T1 T2  4.5 Ảnh hưởng xúc tác Một phương pháp phổ biến dùng để làm thay đổi vận tốc phản ứng hóa học sử dụng xúc tác Xúc tác chất hóa học làm thay đổi vận tốc phản ứng tham gia vào việc tạo thành phức chất hoạt động khơng có mặt thành phần sản phẩm tạo thành Tác dụng chủ yếu chất xúc tác làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng cách thay đổi chế phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng Ví dụ : phản ứng Al I2 xảy có mặt nước H2O(h) 2Al + 3I2 = 2AlI3 Phân loại :  Chất xúc tác đồng thể : chất xúc tác pha với hỗn hợp phản ứng  Chất xúc tác dị thể : chất xúc tác có pha khác với pha hỗn hợp phản ứng Đặc điểm : BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NÔNG LÂM TP HCM 2021    Lượng chất xúc tác sử dụng nhỏ lượng chất phản ứng nhiều Ví dụ : để oxi hóa 1.000.000kg NH3 thành NO cần 1kg (Pt + Rh) làm xúc tác Chất xúc tác không thay đổi lượng thành phần tính chất hóa học sau phản ứng Chất xúc tác có tính chọn lọc cao Ví dụ : Al2O3, 4000C C2H4 + H2O C2H5OH CH3CHO + H2O Cu, 2000C Như vậy, chất xúc tác chất làm tăng tốc độ phản ứng tham gia vào tương tác hóa học với chất phản ứng giai đoạn trung gian, sau phản ứng phục hồi lại giữ nguyên lượng thành phần tính chất hóa học  Cơ chế tạo phức chất trung gian hoạt động (xúc tác đồng thể) Phản ứng tổng quát : A + B  AB Khi khơng có xúc tác : A + B  A…B  AB + Ea1 Khi có xúc tác K : A + K  A…K  AK + Ea2 AK + B  AB…K  AB + K + Ea3 Mà Ea2 + Ea3 Nếu Go âm KP lớn, tức phản ứng xảy hoàn toàn lúc cân bằng, nồng độ sản phẩm lớn - Nếu Go > KP < Nếu Go lớn KP nhỏ, nồng độ sản phẩn Từ hệ thức ta thấy mối liên hệ KP nhiệt độ Go = Ho - TSo Go = - RTlnKP Ta có : - RTlnKP = Ho - TSo  o S o ln K P    RT R (5.9) lnKP hàm bậc Ở nhiệt độ T1 T2, ta có tương ứng K P1 K P2 , với T H o  1  ln K P1  ln K P2      R  T1 T2  Hay ln K1 H o  1      K2 R  T1 T2  (5.10) Với hệ thức tính KP nhiệt độ biết số KP nhiệt độ khác Và biết K P1 K P2 T1 T2 ta tính Ho phản ứng 4.7 Sự chuyển dịch cân – Nguyên lý Le Chatelier 4.7.1 Sự chuyển dịch cân Như nói trên, cân hố học cân động Ví dụ phản ứng tổng quát : aA + bB cC + dD trạng thái cân (∆G1 = 0) Nếu ta thay đổi thông số trạng thái (P, C T ) cân bị phá vỡ (∆G ≠ 0): phản ứng xảy theo chiều (giả sử chiều thuận) : aA + bB cC + dD thiết lập cân (∆G2 = 0) tương ứng với điều kiện Vậy chuyển từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác tác động yếu tố điều kiện phản ứng gọi chuyển dịch cân 4.7.2 Ảnh hưởng áp suất Từ biểu thức : KP = KN.Pn Ta có: lnKP = lnKN + ∆nlnP → lnKN = lnKP - ∆nlnP d ln K N n Vớí T = const, ta có :  dP P (5.11) Từ biểu thức ta nhận thấy: 10 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021 Pt = C.RT (6.17) Trong C nồng độ mol Nếu n2 số mol chất tan có thể tích V dung dịch , m số gam chất tan có thể tích M khối lượng phân tử chất tan ta có : nRT mRT Pt   V MV (6.18) Vậy định luật Vant Hoff phát biểu: Áp suất thẩm thấu dung dịch loãng có giá trị áp suất mà số mol chất tan có trạng thái khí lí tưởng chiếm thể tích thể tích V dung dịch nhiệt độ T dung dịch Chương : DUNG DỊCH ĐIỆN LY 7.1 Thuyết điện ly Tất hợp chất chia thành loại: chất điện ly chất không điện ly Chất điện ly (axít, bazơ, muối) hợp chất mà trạng thái dung dịch lỏng nóng chảy có khả dẫn điện Chất khơng điện ly (rượu, ete, hydrocacbon ) chất không dẫn điện Trong phần nghiên cứu dung dịch nước axít, bazơ muối Nghiên cứu tính chất dung dịch điện ly người ta nhận thấy giá trị: độ giảm áp suất bão hoà p', độ giảm nhiệt độ đông đặc t'đ, độ tăng nhiệt độ sôi t's áp suất thẩm thấu Pt' thu thực nghiệm lớn p, tđ, ts, P tương ứng tính theo lý thuyết dung dịch chất không điện ly 7.1.1 Thuyết điện ly Arrhenius Tính chất bất thường dung dịch chất điện ly Arrhenius giải thích thuyết điện ly Theo ơng, hồ tan nước phân tử chất điện ly phân ly thành phần tử mang điện tích dương (ion dương) phần tử mang điện tích âm (ion âm) Hiện tượng phân tử phân ly thành ion gọi điện li hay ion hố Dưới tác dụng dịng điện, ion dương chuyển đến catot ion âm chuyển đến anod - dung dịch dẫn điện Để định lượng tính chất bất thường dung dịch chất điện ly Van't Hoff đưa vào công thức (6.11, 6.13, 6.14, 6.17) thừa số hiệu chỉnh i gọi hệ số Van't Hoff Như dung dịch chất điện ly ta có : 19 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021 Suy : i p ' t 'r t 's P '    p tr ts p (7.1) Như vậy, dung dịch chất điện ly ta có i >1, dung dịch chất khơng điện ly i=1 Ý nghĩa vật lý hệ số Van't Hoff Số phân tử có dung dịch i= Số phân tử hòa tan (7.2) Thuyết điện ly Arrhenius giải thích tính bất thường tính dẫn điện dung dịch axít, bazơ, muối ion hoá chất tan chưa nêu lên vai trị dung mơi Thiếu sót Arrhenius bổ sung thuyết điện ly đại Cablukop 7.1.2 Thuyết điện ly đại Điện ly trình phân ly phân tử chất điện ly thành ion tác dụng dung môi phân cực Sự ion hoá chất điện ly tác dụng dung môi phân cực chia thành loại : a) Sự điện ly hợp chất ion Ví dụ : Sự hoà tan NaCl H2O tạo thành hydrat trình bày hình 6.1 Ở phương trình điện ly NaCl viết : NaCl + mH2O = Na+.nH2O + Cl-(m-n)H2O b) Sự điện ly hợp chất phân cực Ví dụ : Sự hồ tan HCl vào H2O (hình 7.1 ) tác dụng H2O phân tử HCl trở thành phân cực chuyển thành ion Hình 7.1 : Sơ đồ q trình hydrat hóa phân ly phân tử phân cực dạng HCl HCl + nH2O = H3O+ + Cl-(n-1)H2O Sự điện li q trình thuận nghịch mối quan hệ nồng độ phân tử không phân li ion định lượng độ điện li α 7.2 Cân dung dịch chất điện ly yếu 7.2.1 Chất điện ly mạnh – chất điện ly yếu Chất điện ly mạnh chất hòa tan vào nước tất phân tử chúng phân ly thành ion, nghĩa dung dịch không cịn phân tử khơng điện ly Các acid mạnh, baz mạnh đa số muối tan chất điện ly mạnh Dung dịch chúng dẫn điện tốt Để điện ly hoàn toàn, phương trình điện ly ghi dấu “=” Ví dụ : NaCl = Na+ + ClChất điện ly yếu chất hòa tan vào nước phần phân tử phân ly thành ion 20 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NÔNG LÂM TP HCM 2021 Các acid hữu cơ, vô yếu, baz yếu, số muối HgCl2 , CdCl2 , … chất điện ly yếu Trong dung dịch chất điện ly yếu, phân tử không phân ly nằm cân động với ion chúng Để biểu thị cân động này, ta dùng dấu :  Ví dụ : CH3COOH  H+ + CH3COO7.2.2 Độ điện ly  Độ điện ly  tỉ số số phân tử phân ly số phân tử hoà tan Số phân tử phân ly = Số phân tử hịa tan Nếu tính theo nồng độ mol : x x   100%  n n (7.3) Trong đó: x - số mol phân tử chất tan phân ly n - số mol phân tử chất tan có dung dịch Từ (7.3) ta nhận thấy : ≤ α ≤ ≤ α ≤ 100% Như chất không điện ly α = Đối với chất điện ly có nồng độ 0,1N : - Chất điện ly mạnh α > 30% - Chất điện ly trung bình  khoảng 2-30% - Chất điện li yếu α < 2% 7.2.3 Hằng số điện ly Đối với chất điện ly yếu vận dụng định luật tác dụng khối lượng để tính số cân K Ví dụ : số cân acid acetic CH3COOH  H+ + CH3COO- K  H   CH 3COO   K    CH 3COOH  Hằng số cân ion dung dịch chất điện li gọi số điện li Đối với chất điện li yếu K không phụ thuộc vào nồng độ dung dịch mà phụ thuộc vào nhiệt độ 7.2.4 Sự liên hệ số điện ly độ điện ly – Định luật pha loãng Ostwald Giả sử dung dịch acid acetic có nồng độ C mol/lit độ điện li  CH3COOH  H+ + CH3COOK Thời điểm ban đầu C 0 Thời điểm cân C – C C C    H  CH 3COO   C  C  C   Khi : K     (C  C 1 CH 3COOH  21 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NÔNG LÂM TP HCM 2021 Hay K 2 C 1 (7.4) Phương trình (7.4) biểu thức toán học đơn giản định luật pha loãng Ostwald Theo (7.4) ta thấy  tăng K tăng, muốn K = const C phải giảm Tức phải làm loãng dung dịch Đối với chất điện ly yếu  có giá trị nhỏ, nên 1-  tính gần suy (7.4) có dạng : K = α2.C (7.5)  Phương pháp xác định độ điện ly (đọc) Độ điện ly thường xác định từ độ dẫn điện Đối với dung dịch loãng chất điện ly yếu :    Trong đó: λ - độ dẫn điện đương lượng: độ dẫn điện đương lượng gam chất tan có thể tích V cm3 vùng điện cực đặt cách 1cm λ∞ - độ dẫn điện đương lượng giới hạn dung dịch làm lỗng đến vơ (C → 0; V → ∞) Độ điện ly xác định qua mối quan hệ phụ thuộc lẫn  i Giả sử số mol chất điện ly thể tích N, số ion phân tử phân ly n ta có số ion dung dịch nN, số mol chất điện li không phân li (N-N), số phần tử có dung dịch (N-N + nN) Theo (7.2) ta có : Suy (7.6) Trong i xác định thực nghiệm theo (7.1) thay vào (7.6) tìm  7.2.5 Sự chuyển dịch cân ion Sự điện ly chất điện ly yếu phản ứng hai chiều nên cân ion phân tử khơng phân ly đượcbảo tồn điều kiện tồn (nồng độ, nhiệt độ, …) cân không biến đổi Nếu thay đổi điều kiện tồn cân ion bị phá vỡ để thiết lập cân Sự chuyển dịch cân tuân theo nguyên lý Le Chatelier Ví dụ : CH3COOH  H+ + CH3COONếu tăng nồng độ ion có dung dịch, ví dụ tăng nồng độ ion CH3COO- (bằng cách cho vào dung dịch lượng tinh thể CH3COONa), theo nguyên lý Le Chatelier, cân dịch chuyển phía khơng phân ly, nghĩa làm giảm độ điện ly CH3COOH Vậy, đưa vào dung dịch chất điện ly yếu ion đồng loại (nghĩa ion chất điện ly ra) độ điện ly giảm 7.3 Trạng thái chất điện ly mạnh dung dịch 7.4 Thuyết Acid – baz Hầu hết chất điện ly biểu tính acid tính baz Tuy nhiên chưa có định nghĩa tổng qt mang tính chất đặc trưng cho quan hệ tương tác acid - baz 22 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021 loại dung môi Do thuyết acid - baz sau đề cập đến trường hợp dung môi nước  Thuyết acid – baz Arrhenuis Acid hợp chất có chứa nguyên tử hydro, phân li nước cho ion H+ Baz hợp chất có chứa nhóm OH, phân li nước cho ion HOQuan điểm Arrhenuis giải thích tốt nhiều vấn đề thực nghiệm Đó dung dịch acid (hoặc baz) có chung số tính chất có chứa H+ (hoặc HO-); quan hệ tương tác acid - baz thực chất phản ứng trung hoà: H+ + HO- = H2O Độ dẫn điện tính xúc tác dung dịch biến đổi tỉ lệ với ion H+ Tuy nhiên thuyết acid – baz Arrhenuis có số mặt hạn chế Đó phân tử NH3 không chứa HO-, phân tử CO2 không chứa H+ hoà tan nước NH3 thể tính baz, CO2 thể tính acidt Acid baz phản ứng với mà khơng cần phân ly thành ion Ví dụ, HCl khan phản ứng với NaOH khan Một số hợp chất điện ly có chứa hydro phân ly dung dịch thể tính acid dung dịch thể tính baz Ví dụ : Anilin amoniac thể tính acid: C6H5NH2 + NH3 C6H5NH- + NH4+ Trong nước thể tính baz: C6H5NH2 + H2O C6H5NH3+ + HONhững hạn chế thuyết acid - baz Arrhenuis ông không ý đến vai trị dung mơi 7.4.1 Thuyết acid – baz Bronted Theo Bronsted, acid chất có khả cho proton cịn, baz chất có khả nhận proton Q trình ion hố tương tác chất tan với dung mơi dung mơi đóng vai trị acid baz Ví dụ : NH3 + H2O → NH4+ + HObaz acid NH3 + HCl → NH4+ + Clbaz acid Như lực đến proton dung môi lớn chất tan dung mơi thể tính acid cịn nhỏ thể tính baz Tương tự phản ứng oxi hố - khử, phản ứng chất hồ tan với dung môi xem tổng hai trình acid - baz liên hợp (cặp acid - baz liên hợp) Ví dụ : HCl + H2 O  H3O+ + Clacid baz acid baz HCl /Cl- H3O+/ H2O cặp axít - bazơ liên hợp Để so sánh độ mạnh, yếu cặp acid - baz người ta thường lấy cặp H3O+ /H2O làm chuẩn gọi thang acid - baz nước 7.4.2 Chỉ số hydro (độ pH) Cặp H3O+ - H2O nước tự ion hoá : H2O + H2O  H3O+ + HObaz acid acid baz + Hay 2H2O  H3O + HO+ Người ta viết : = [H3O ] [HO ] gọi tích số ion nước Các nồng độ ion : [H3O+] = [HO-] = C xác định cách đo độ dẫn điện nước độ dẫn điện mol ion 25oC : 23 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021 C H O 5,5.106. 1.m 1   104.m 3 mol  107 M 4 1 1 H O  HO (350  198)10  m mol   Suy ra: K H2O = C2 = [10-7]2 = 10-14 (M) Người ta định nghĩa pH logarit thập phân hoạt độ proton hydrat hố Nếu [H3O+] môi trường baz Một cách tương tự, người ta định nghĩa : pOH = (7.8) Vì [H3O+] [HO-] = 10-14 Suy ra: pH + pOH = p = 14 (7.9) -lg [HO-] 7.4.3 Hằng số acid – số điện ly acid  Xét dung dịch nước acid HA HA + H2O  H3O+ + AAcid mạnh phân ly hồn tồn, tức dung dịch khơng cịn tồn phân tử HA (ví dụ acid HCl, HNO3 ) Trong trường hợp HA phân ly khơng hồn tồn ta có :  H 3O    A  Ka   HA (7.10) Ka số cân thường gọi số acid Người ta định nghĩa : pKa = -lgKa (7.11) Acid mạnh pKa bé Ka  10-1 : acid mạnh -5 10 < Ka < 10-1 : acid mạnh trung bình Ka  10-5 : acid yếu  Xét dung dịch nước bazơ B + H2O  BH+ + HOBaz mạnh B phân ly hoàn tồn, ví dụ NaOH Trong trường hợp baz khơng phân ly hồn tồn, ta có :  BH    HO   Kb   B (7.12) Trong Kb số baz 24 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NÔNG LÂM TP HCM 2021 Người ta định nghĩa: pKb = -lgKb (7.13) Baz mạnh pKb bé  Xét mối quan hệ pKa pKb cặp acid- baz Đối với acid HA: HA + H2O  A- + H3O+ Ka    H 3O   A  Ka    HA Đối với baz liên hợp A : A- + H2O  HA + HOKb   HA  HO  Kb   A   H 3O    A   HA  HO   Tích Ka.Kb =   H 3O    HO    1014   A   HA Suy pKa + pKb = 14 (7.14) Nếu acid HA tương đối mạnh (pKa bé) baz liên hợp A- yếu ngược lại 7.4.4 Tính pH dung dịch acid – baz  Acid mạnh Phản ứng phân ly acid mạnh (phân ly hoàn toàn ): HA + H2O = H3O+ + APhản ứng phân ly nước: 2H2O  H3O+ + HONếu bỏ qua ion H3O+ nước phân ly ta có: [H3O+] = [A-] = Ca Ca nồng độ mol axít Suy : pH = -lg[H3O+] = -lgCa  Acid yếu đơn bậc Phản ứng phân ly acid yếu : Phản ứng phân ly nước : Hằng số phân ly : HA + H2O  H3O+ + A2H2O  H3O+ + HO H 3O    A  Ka    HA Phản ứng phân ly chủ yếu là: HA + H2O  H3O+ + ADo [H3O+] = [A-] Nếu Ca nồng độ acid : Ca = [HA] + [A-] suy ra: [HA] = Ca - [A-] = Ca - [H3O+]  H 3O    H 3O   Do : Ka   Ca   H 3O   25 BỘ MƠN HĨA HỌC ĐH NƠNG LÂM TP HCM 2021 Suy : [ H 3O  ]   K a  K a2  K a Ca (7.15) Nếu acid yếu nồng độ acid không nhỏ [A-]