- 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.. - Chất điện ly là những chất tan trong nước tạo thành
Trang 1Hóa 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
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 H3O+) 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
Trang 2
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, HNO3, H2SO4,…
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: CH3COOH, H2CO3, H2S,…
- Mỗi chất điện li yếu được đặc trưng bằng hằng số điện li (Kđl) - đó là hằng số cân bằng của quá trình điện li Ví dụ:
Trong đó: [CH3COO-], [H+] và [CH3COOH] là nồng độ các ion và
phân tử trong dung dịch lúc cân bằng Kđl là hằng số, không phụ thuộc nồng độ Chất điện li càng yếu thì Kđl càng nhỏ
Với chất điện li nhiều nấc, mỗi nấc có Kđl riêng H2CO3 có 2 hằng số điện li:
Trang 3
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 (Cp) và
nồng độ mol chất tan vào trong dung dịch (Ct)
- 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 Co, 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 Co, ta tính được Kđl 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 Ka)
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
H3O+)
Bazơ là những chất khi tan trong nước điện li ra ion OH-
Trang 4- 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 H2O trong H3O+ 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 NH3…) 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 H2SO4 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:
H2SO4 cho proton (chuyển qua ion H3O+) 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 HNO3 vào Al(OH)3 ¯, chất này tan dần Phản ứng hoá học xảy ra
Phương trình phân tử:
Phương trình ion
Hoặc là:
HNO3 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:
Trang 5Phương 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 H2SO4 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
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 H3O+) của dung dịch dưới dạng hệ thức sau:
thì hệ số a được gọi là pH của dung dịch
Trang 6Ví 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
yếu (như NH4Cl) 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:
CH3COONa, Na2CO3, K2S,…
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:
NH4Cl, ZnCl2, Al2(SO4)3
Trong dung dịch dư ion H3O+ 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:
Al2S3, Fe2(CO3)3
Trang 7
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 BaCl2 với dung dịch Na2SO4 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 Na2CO3 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 H2SO4 vào muối axetat Phản ứng xảy ra tạo thành axit
CH3COOH ít điện li
Phương trình phân tử:
Phương trình ion
- Hoặc cho axit HNO3 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