Hóa đại cương ( phần 5 ) Sự điện li. 1. Định nghĩa. - Sự điện li là quá trình phân li chất tan thành các ion dưới tác dụng của các phân tử dung môi (thường là nước) hoặc khi nóng chảy. Ion dương gọi là cation, ion âm gọi là anion. - Chất điện ly là những chất tan trong nước tạo thành dung dịch dẫn điện nhờ phân ly thành các ion. Ví dụ: Các chất muối axit, bazơ. - Chất không điện li là chất khi tan trong nước tạo thành dung dịch không dẫn điện. Ví dụ: Dung dịch đường, dung dịch rượu,… - Nếu chất tan cấu tạo từ các tinh thể ion (như NaCl, KOH,…) thì quá trình điện ly là quá trình điện li là quá trình tách các ion khỏi mạng lưới tinh thể rồi sau đó ion kết hợp với các phân tử nước tạo thành ion hiđrat. - Nếu chất tan gồm các phân tử phân cực (như HCl, HBr, HNO 3 ,…) thì đầu tiên xảy ra sự ion hoá phân tử và sau đó là sự hiđrat hoá các ion. - Phân tử dung môi phân cực càng mạnh thì khả năng gây ra hiện tượng điện li đối với chất tan càng mạnh. Trong một số trường hợp quá trình điện li liên quan với khả năng tạo liên kết hiđro của phân tử dung môi (như sự điện li của axit). 2. Sự điện li của axit, bazơ, muối trong dung dịch nước. a) Sự điện li của axit Axit điện li ra cation H + (đúng hơn là H 3 O + ) và anion gốc axit. Để đơn giản, người ta chỉ viết Nếu axit nhiều lần axit thì sự điện li xảy ra theo nhiều nấc, nấc sau yếu hơn nấc trước. b) Sự điện li của bazơ. Bazơ điện li ra anion OH - và cation kim loại hoặc amoni. Nếu bazơ nhiều lần bazơ thì sự điện li xảy ra theo nhiều nấc, nấc sau yếu hơn nấc trước. c) Sự điện li của muối. Muối điện li ra cation kim loại hay amoni và anion gốc axit, các muối trung hoà thường chỉ điện li 1 nấc. Muối axit, muối bazơ điện li nhiều nấc : Muối bazơ : d) Sự điện li của hiđroxit lưỡng tính. Hiđroxit lưỡng tính có thể điện li theo 2 chiều ra cả ion H + và OH - . 3. Chất điện li mạnh và chất điện li yếu. a) Chất điện li mạnh. Chất điện li mạnh là những chất trong dung dịch nước điện li hoàn toàn thành ion. Quá trình điện li là quá trình một chiều, trong phương trình điện li dùng dấu =. Ví dụ: Những chất điện li mạnh là những chất mà tinh thể ion hoặc phân tử có liên kết phân cực mạnh. Đó là: - Hầu hết các muối tan. - Các axit mạnh: HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 ,… - Các bazơ mạnh: NaOH, KOH, Ca(OH) 2 ,… b) Chất điện li yếu - Chất điện li yếu là những chất trong dung dịch nước chỉ có một phần nhỏ số phân tử điện li thành ion còn phần lớn tồn tại dưới dạng phân tử, trong phương trình điện li dùng dấu thuận nghịch Ví dụ: Những chất điện li yếu thường gặp là: - Các axit yếu: CH 3 COOH, H 2 CO 3 , H 2 S,… - Các bazơ yếu: NH 4 OH,… - Mỗi chất điện li yếu được đặc trưng bằng hằng số điện li (K đl ) - đó là hằng số cân bằng của quá trình điện li. Ví dụ: Trong đó: [CH 3 COO - ], [H + ] và [CH 3 COOH] là nồng độ các ion và phân tử trong dung dịch lúc cân bằng. K đl là hằng số, không phụ thuộc nồng độ. Chất điện li càng yếu thì K đl càng nhỏ. Với chất điện li nhiều nấc, mỗi nấc có K đl riêng. H 2 CO 3 có 2 hằng số điện li: 4. Độ điện li a. - Độ điện li a của chất điện li là tỷ số giữa số phân tử phân li thành ion N p và tổng số phân tử chất điện li tan vào nước N t . Ví dụ: Cứ 100 phân tử chất tan trong nước có 25 phân tử điện li thì độ điện li a bằng: - Tỷ số này cũng chính là tỷ số nồng độ mol chất tan phân li (C p ) và nồng độ mol chất tan vào trong dung dịch (C t ). - Giá trị của a biến đổi trong khoảng 0 đến 1 0 £ a £ 1 Khi a = 1: chất tan phân li hoàn toàn thành ion. Khi a = 0: chất tan hoàn toàn không phân li (chất không điện li). - Độ điện li a phụ thuộc các yếu tố : bản chất của chất tan, dung môi, nhiệt độ và nồng độ dung dịch. 5. Quan hệ giữa độ điện li a và hằng số điện li. Giả sử có chất điện li yếu MA với nồng độ ban đầu C o , độ điện li của nó là a, ta có: Hằng số điện li: Dựa vào biểu thức này, nếu biết a ứng với nồng độ dung dịch C o , ta tính được K đl và ngược lại. Ví dụ: Trong dung dịch axit HA 0,1M có a = 0,01. Tính hằng số điện li của axit đó (ký hiệu là K a ). Giải: Trong dung dịch, axit HA phân li: 6. Axit - bazơ. a) Định nghĩa Axit là những chất khi tan trong nước điện li ra ion H + (chính xác là H 3 O + ). Bazơ là những chất khi tan trong nước điện li ra ion OH - . - Đối với axit, ví dụ HCl, sự điện li thường được biểu diễn bằng phương trình. Nhưng thực ra axit không tự phân li mà nhường proton cho nước theo phương trình. Vì H 2 O trong H 3 O + không tham gia phản ứng nên thường chỉ ghi là H + - Đối với bazơ, ngoài những chất trong phân tử có sẵn nhóm OH - (như NaOH, Ba(OH) 2 …) Còn có những bazơ trong phân tử không có nhóm OH (như NH 3 …) nhưng đã nhận proton của nước để tạo ra OH - Do đó để nêu lên bản chất của axit và bazơ, vai trò của nước (dung môi) cần định nghĩa axit - bazơ như sau: Axit là những chất có khả năng cho proton. Bazơ là những chất có khả năng nhận proton. Đây là định nghĩa của Bronstet về axit - bazơ. b) Phản ứng axit - bazơ. - Tác dụng của dung dịch axit và dung dịch bazơ. Cho dung dịch H 2 SO 4 tác dụng với dung dịch NaOH, phản ứng hoá học xảy ra toả nhiệt làm dung dịch nóng lên. Phương trình phân tử: Phương trình ion: Hoặc là: H 2 SO 4 cho proton (chuyển qua ion H 3 O + ) và NaOH nhận proton (trực tiếp là ion OH - ). Phản ứng của axit với bazơ gọi là phản ứng trung hoà và luôn toả nhiệt. - Tác dụng của dung dịch axit và bazơ không tan. Đổ dung dịch HNO 3 vào Al(OH) 3 ¯, chất này tan dần. Phản ứng hoá học xảy ra. Phương trình phân tử: Phương trình ion Hoặc là: HNO 3 cho proton, Al(OH) 3 nhận proton. - Tác dụng của dung dịch axit và oxit bazơ không tan. Đổ dung dịch axit HCl vào CuO, đun nóng, phản ứng hoá học xảy ra, CuO tan dần: Phương trình phân tử: Phương trình ion Hoặc là HCl cho proton, CuO nhận proton, nó đóng vai trò như một bazơ. - Kết luận: Trong các phản ứng trên đều có sự cho, nhận proton - đó là bản chất của phản ứng axit - bazơ. c) Hiđroxit lưỡng tính. Có một số hiđroxit không tan (như Zn(OH) 2 , Al(OH) 3 ) tác dụng được cả với dung dịch axit và cả với dung dịch bazơ được gọi là hiđroxit lưỡng tính. Ví dụ: Zn(OH) 2 tác đụng được với H 2 SO 4 và NaOH. Hoặc là: Kẽm hiđroxit nhận proton, nó là một bazơ. Kẽm hiđroxit cho proton, nó là một axit. Vậy: Hiđroxit lưỡng tính là hiđroxit có hai khả năng cho và nhận proton, nghĩa là vừa là axit, vừa là bazơ. 7. Sự điện li của nước a) Nước là chất điện li yếu. Tích số nồng độ ion H + và OH - trong nước nguyên chất và trong dung dịch nước ở mỗi nhiệt độ là một hằng số . Môi trường trung tính : [H + ] = [OH - ] = 10 -7 mol/l Môi trường axit: [H + ] > [OH - ] [H + ] > 10 -7 mol/l. Môi trường bazơ: [H + ] < [OH - ] [H + ] < 10 -7 mol/l b) Chỉ số hiđro của dung dịch - Độ pH - Khi biểu diễn nồng độ ion H + (hay H 3 O + ) của dung dịch dưới dạng hệ thức sau: thì hệ số a được gọi là pH của dung dịch Ví dụ: [H + ] = 10 -5 mol/l thì pH = 5, … Về mặt toán học thì pH = -lg[H + ] Như vậy: Môi trường trung tính: pH = 7 Môi trường axit: pH < 7 Môi trường bazơ: pH > 7 pH càng nhỏ thì dung dịch có độ axit càng lớn, (axit càng mạnh); pH càng lớn thì dung dịch có độ bazơ càng lớn (bazơ càng mạnh). - Cách xác định pH: Ví dụ 1: Dung dịch HCl 0,02M, có [H + ] = 0,02M. Do đó pH = -lg2.10 -2 = 1,7. Ví dụ 2: Dung dịch NaOH 0,01M, có [OH - ] = 0,01 = 10 -2 mol/l. Do đó : c) Chất chỉ thị màu axit - bazơ. Chất chỉ thị màu axit - bazơ là chất có màu thay đổi theo nồng độ ion H + của dung dịch. Mỗi chất chỉ thị chuyển màu trong một khoảng xác định. Một số chất chỉ thị màu axit - bazơ thường dùng: 8. Sự thuỷ phân của muối. Chúng ta đã biết, không phải dung dịch của tất cả các muối trung hoà đều là những môi trường trung tính (pH = 7). Nguyên nhân là do: những muối của axit yếu - bazơ mạnh (như CH 3 COOHNa), của axit mạnh - bazơ yếu (như NH 4 Cl) khi hoà tan trong nước đã tác dụng với nước tạo ra axit yếu, bazơ yếu, vì vậy những muối này không tồn tại trong nước. Nó bị thuỷ phân, gây ra sự thay đổi tính chất của môi trường. a) Sự thuỷ phân của muối tạo thành từ axit yếu -bazơ mạnh. Ví dụ: CH 3 COONa, Na 2 CO 3 , K 2 S,… Trong dung dịch dư ion OH - , do vậy pH > 7 (tính bazơ). Vậy: muối của axit yếu - bazơ mạnh khi thuỷ phân cho môi trường bazơ. b) Sự thuỷ phân của muối tạo thành từ axit mạnh - bazơ yếu. Ví dụ: NH 4 Cl, ZnCl 2 , Al 2 (SO 4 ) 3 . Trong dung dịch dư ion H 3 O + hay (H + ), do vậy pH < 7 (tính axit). Vậy muối của axit mạnh - bazơ yếu khi thuỷ phân cho môi trường axit. c) Sự thuỷ phân của muối tạo thành từ axit yếu - bazơ yếu. Ví dụ: Al 2 S 3 , Fe 2 (CO 3 ) 3 . 9. Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch điện li. Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch điện li chỉ xảy ra khi có sự tạo thành hoặc chất kết tủa, hoặc chất bay hơi, hoặc chất ít điện li (điện li yếu). a) Phản ứng tạo thành chất kết tủa. Trộn dung dịch BaCl 2 với dung dịch Na 2 SO 4 thấy có kết tủa trắng tạo thành. Đã xảy ra phản ứng. Phương trình phân tử: Phương trình ion: b) Phản ứng tạo thành chất bay hơi. Cho axit HCl tác dụng với Na 2 CO 3 thấy có khí bay ra. Đã xảy ra phản ứng. Phương trình phân tử: Phương trình ion c) Phản ứng tạo thành chất ít điện li. - Cho axit H 2 SO 4 vào muối axetat. Phản ứng xảy ra tạo thành axit CH 3 COOH ít điện li Phương trình phân tử: Phương trình ion - Hoặc cho axit HNO 3 tác dụng với Ba(OH) 2 . Phản ứng trung hoà xảy ra tạo thành chất ít điện li là nước. Phương trình phân tử: Phương trình ion Chú ý: Khi biểu diễn phản ứng trao đổi trong dung dịch điện li người ta thường viết phương trình phân tử và phương trình ion. ở phương trình ion, những chất kết tủa, bay hơi, điện li yếu viết dưới dạng phân tử, các chất điện li mạnh viết dưới dạng ion (do chúng điện li ra). Cuối cùng thu gọn phương trình ion bằng cách lược bỏ những ion như nhau ở 2 vế của phương trình. . Hóa đại cương ( phần 5 ) Sự điện li. 1. Định nghĩa. - Sự điện li là quá trình phân li chất tan thành các ion dưới tác dụng của các phân tử dung môi (thường là nước) hoặc khi. c) Hiđroxit lưỡng tính. Có một số hiđroxit không tan (như Zn(OH) 2 , Al(OH) 3 ) tác dụng được cả với dung dịch axit và cả với dung dịch bazơ được gọi là hiđroxit lưỡng tính. Ví dụ: Zn(OH) 2 . bazơ. b) Sự thuỷ phân của muối tạo thành từ axit mạnh - bazơ yếu. Ví dụ: NH 4 Cl, ZnCl 2 , Al 2 (SO 4 ) 3 . Trong dung dịch dư ion H 3 O + hay (H + ), do vậy pH < 7 (tính axit). Vậy