Chuong13 cân bằng ion của nước

Chương 13 CÂN BẰNG ION CỦA NƯỚC 9/15/2017 SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC VÀ TÍCH SỐ ION CỦA NƯỚC • Nước chất điện ly yếu H2O (l)  H+ + OHHằng số điện ly nước K H 2O  Ở 220C C H  C OH  C H 2O K H 2O  1.8  10 16 Do độ điện ly nước nhỏ nên nồng độ H2O xem không đổi: K H 2O C H 2O  const  C H  C OH  9/15/2017 • Tích số ion nước: Kn K n  C H  C OH  • Ở 220C, ta có: K n  K H 2O C H 2o  1.8  10 16 1000   10 14 18 • Môi trường axit có C H  10 7 , C OH  10 7 • Môi trường bazơ có C H  10 7 , C OH  10 7 • Môi trường trung tính có C H  10 7 , COH      9/15/2017   10 7 LÝ THUYẾT ACID - BASE • THUYẾT ACID – BASE BRONSTED-LOWRY • Dựa tính chất proton, H+: lớp vỏ electron, hạt nhân nên kích thước nhỏ, H+ xâm nhập sâu vào lớp vỏ ion, phân tử khác để thưc phản ứng trao đổi ion • ĐỊNH NGHĨA: • Acid tiểu phân cho proton, base tiểu phân nhận proton phản ứng 9/15/2017 • Ví dụ: HCl  H+ + ClH2SO4  H+ + HSO4• Vì acid chất nhường H+ base nhận H+, nên ví dụ ta có cặp acid, base: HCl/Cl- H2SO4/HSO4Những cặp acid/base gọi cặp acid/base liên hợp Các acid, base Bronsted phân tử trung hoà, cation anion 9/15/2017 ACID TRUNG HCl  H+ + ClHOÀ H2O  H+ + OH- ANION HSO4-  H+ + SO42- BASE NH3 + H+  NH4+ H2O + H+  H3O+ CH3COO- +H+CH3COOH HCO3-  H+ + CO32- Cl- + H+  HCl CATION NH4+  H+ + NH3 H3O+  H+ + H2O 9/15/2017 • Do H+ không tồn dạng tự do, nên acid cho proton có base nhận ngược lại • Phản ứng trao đổi proton xảy tổng quát hai cặp acid-base liên hợp sau: A1 + B2  A2 + B1 9/15/2017 Trong dung dòch, phân tử ion dung môi điện ly đóng vai trò cặp acidbase liên hợp H3O+/H2O; H2O/OHCác hợp chất có chứa H+ chất lưỡng tính, phụ thuộc vào chất phản ứng với có khả cho, nhận H+ mạnh hay yếu 9/15/2017 THUYẾT ACID – BASE LEWIS • ĐỊNH NGHĨA: • Base chất cho cặp electron acid chất nhận cặp electron để tạo thành liên kết hóa học • Khái niệm liên quan đến liên kết cộng hóa trò cho – nhận • Acid Lewis: • Là tiểu phân có dư mật độ điện tích dương, phân tử (ion) có orbital trống tiếp nhận cặp e chuyển đến từ base 9/15/2017 • Ví dụ: Đa số cation acid Lewis (Ag+, Co3+, Cr3+…), hay halogen, hydrua B, Al… • Base Lewis: • Là tiểu phân có khả cho cặp e Ví dụ: Các anion (Cl-, Br-, OH-…), phân tử trung hoà ion thành phần có nguyên tử cặp e chưa liên kết N, O (NH3, rượu, cetone) Ag+ + NH3  [Ag(NH3)2]+ Acid Base BF3 + F-  [BF4]HCl + NH3  NH4Cl 9/15/2017 CHỈ SỐ HYDRO (pH) • Quy ước:    pH   lg H  , pOH   lg OH   pK   lgK  • Trong dung dòch có nồng độ cao dung dòch axit bazơ mạnh thì: pH   lg a H  • Môi trường axit pH < 7, bazơ pH > trung tính pH = • Ta có: C H 9/15/2017 10 14  C OH  hay pH  pOH  14 TÍNH pH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐIỆN LY • pH CỦA DUNG DỊCH ACID MẠNH • Acid mạnh điện ly hoàn toàn HA  H+ + A-  H   C  9/15/2017 HA  pH   lg C H    lg C a pH ACID YẾU ĐƠN BẬC HA  H+ + ALúc đầu Ca 0 Cân Ca-x x x Hằng số cân điện ly gọi số axit, Ka Ka  Do acid yếu C H  C A C HA    x  C a  C a  x  C a  x  K a C a  H     pH   lg H    9/15/2017 lg K a  lg C a  • pH DUNG DỊCH ACID YẾU ĐA BẬC • Do K1>>K2>>K3 (ví dụ với H3PO4, K1=10-2,12, K2=10-7.21, K3=10-12.38), để tính pH, ta tính cho bậc phân ly đầu Nên cách tính giống trường hợp acid yếu đơn bậc pH   lg K  lg C a  • pH DUNG DỊCH BASE MẠNH MOH  M+ + OHCOH-  Cb pOH   lg C OH    lg C b  pH  14  lg C b 9/15/2017 • pH DUNG DỊCH BASE YẾU ĐƠN BẬC • Lập luận tương tự trường hợp acid yếu đơn bậc Ta có: Kb  C M  COH  CMOH 1 lg K b  lg C b   pH  14  pOH   lg K b  lg C b  2 • pH DUNG DỊCH BASE YẾU ĐA BẬC 1 pOH   lg K b1  lg C b   pH  14  lg K b1  lg C b 2  9/15/2017  CHẤT CHỈ THỊ MÀU • Chất thò màu có nhiều loại: Chất thò màu pH, thò màu Oxy hóa – khử, thò màu phức…Ở ta xét chất thò màu pH • Chất thò màu pH hợp chất hoá học có khả thay đổi màu theo pH (theo nồng độ H3O+, hay H+-theo Arrhenius) Thường acid hay base hữu yếu 9/15/2017 • Ký hiệu chất thò màu Acid yếu HInd HInd  H+ + IndMàu dạng acid Màu dạng base Ký hiệu chất thò màu Base yếu IndOH IndOH  OH+ Ind+ Màu dạng base Màu dạng acid Màu dạng acid khác với màu dạng base • Ví dụ: phenolphthalein (HP) hay q tím (HQ) HP  H+ + PAcid không màu Base màu hồng HQ  H+ + QAcid màu đỏ Base màu xanh 9/15/2017 Hằng số điện ly chất thò màu K Ind  C H  C Ind C HInd  C H   K Ind C HInd MàudạngA xit  K Ind C Ind MàudạngB azơ Chuyển qua pH pH  pK Ind  lg C Ind C HInd CH+ tăng màu dạng axit chiếm ưu thế, pH giảm ngược lại 9/15/2017 DUNG DỊCH ĐỆM • Đònh nghóa: Dung dòch đệm dung dòch có giá trò pH xác đònh không thay đổi pha loãng, hay thêm vào lượng nhỏ acid base mạnh • Nói chung dung dòch đệm tạo thành cách trộn acid yếu với muối (hệ đệm acid) trộn base yếu với muối (hệ đệm base) • Ví dụ: • Hệ đệm acid: CH3COOH + CH3COONa • Hệ đệm base: NH4OH + NH4Cl 9/15/2017 Cơ chế tác dụng dung dòch đệm • Xét hệ: CH3COOH  CH3COO- + H+ CH3COONa  CH3COO- + Na+ (1) (2) Khi thêm acid mạnh: HA  H+ + A- theo nguyên lý Le Chatelier cân (1) dòch chuyển theo chiều nghòch (tức H+ tác dụng với CH3COO- (2) tạo CH3COOH) làm giảm H+ 9/15/2017 Khi thêm base mạnh: MOH  M+ + OH- , OH- kết hợp với H+ (ở cân 1) làm giảm nồng độ OH-, đồng thời cân (1), bò giảm H+, dòch chuyển theo chiều thuận để tạo H+ Với hệ đệm base lập luận tương tự Tóm lại, cho H+ hay OH- vào hệ đệm pH dung dòch thay đổi 9/15/2017 TÍNH pH DUNG DỊCH ĐỆM • Hệ đệm acid • Ví dụ hệ acetate trên, gọi Cm Ca nồng độ muối acid • Khi hệ đạt trạng thái cân (ở 1), ta có: CH   K a CCH 3COOH CCH COO  • Trong đó,vì nồng độ muối cách biệt lớn so với nồng độ acid, mà acid chất điện ly, • [CH3COO-] = Cm + Ca  Cm (vì 