Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 3 Dung dịch Sự điện li. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 3 Dung dịch Sự điện li. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 3 Dung dịch Sự điện li. Tóm tắt lý thuyết luyện thi đại học Chương 3 Dung dịch Sự điện li.
Trang 1CHƯƠNG III DUNG DỊCH - ĐIỆN LI – pH
I DUNG DỊCH
1 Định nghĩa
Dd là hệ đồng thể gồm hai hay nhiều chất mà tỷ lệ thành phần của chúng có thể thay đổi trong một giới hạn khá rộng.
Dd gồm: các chất tan và dung môi
Dung môi là môi trường để phân bổ các phân tử hoặc ion chất tan Thường gặp dung môi lỏng và quan trọng nhất là H2O
2 Quá trình hoà tan
Khi hoà tan một chất thường xảy ra 2 quá trình
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan
Tương tác của dung môi với các tiểu phân chất tan
Ngoài ra còn xảy ra hiện tượng ion hoá hoặc liên hợp phân tử chất tan (liên kết hiđro)
Ngược với quá trình hoà tan là quá trình kết tinh Trong dd, khi tốc độ hoà tan bằng tốc
độ kết tinh, ta có dd bão hoà Lúc đó chất tan không tan thêm được nữa.
3 Độ tan của các chất
Độ tan được xác định bằng lượng chất tan bão hoà trong một lượng dung môi xác
>10 g chất tan: chất dễ tan hay tan nhiều
<1 g chất tan: chất tan ít
< 0,01 g chất tan: chất thực tế không tan
4 Tinh thể ngậm nước
Quá trình liên kết các phân tử (hoặc ion) chất tan với các phân tử dung môi gọi là quá
Hợp chất tạo thành gọi là sonvat (hay hiđrat)
Các sonvat (hiđrat) khá bền vững Khi làm bay hơi dd thu được chúng ở dạng tinh thể,
gọi là những tinh thể ngậm H2 O Nước trong tinh thể gọi là nước kết tinh.
Một số tinh thể ngậm nước thường gặp:
FeSO4.7H2O, Na2SO4.1OH2O, CaSO4.2H2O
5 Nồng độ dd
Nồng độ dd là đại lượng biểu thị lượng chất tan có trong một lượng nhất định dd hoặc dung môi.
a) Nồng độ phần trăm (C%) Nồng độ phần trăm được biểu thị bằng số gam chất tan
có trong 100 g dd.
Trong đó : mt, mdd là khối lượng của chất tan và của dd
V là thể tích dd (ml), D là khối lượng riêng của dd (g.ml)
b) Nồng độ mol (CM) Nồng độ mol được biểu thị bằng số mol chất tan trong 1 lít dd.
Ký hiệu là M
c) Quan hệ giữa C% và CM.
Trang 2
Giải : Theo công thức trên ta có :
II SỰ ĐIỆN LI
1 Định nghĩa
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.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.
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.Chất điện ly là những chất tan trong nước tạo thành dd dẫn điện nhờ phân ly thành
các ion
Ví dụ: Các chất muối axit, bazơ
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.Chất không điện li là chất khi tan trong nước tạo thành dd không dẫn điện.
Ví dụ: Dd đường, dd 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
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan 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 dd nước
a) Sự điện li của 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.
Nếu bazơ nhiều lần bazơ thì sự điện li xảy ra theo nhiều nấc, nấc sau yếu hơn nấc trước
Trang 3
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.
3 Chất điện li mạnh và chất điện li yếu
a) Chất điện li mạnh.
Chất điện li mạnh là những chất trong dd 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
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan 3, H2SO4,…
Các bazơ mạnh: NaOH, KOH, Ca(OH)
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan 2,…
b) Chất điện li yếu
Chất điện li yếu là những chất trong dd 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
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan 3COOH, H2CO3, H2S,…
Các bazơ yếu: NH
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan 4OH,…
Mỗi chất điện li yếu được đặc trưng bằng
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan hằng số điện li (Kđl) - đó là hằng số cân bằng của quá trình điện li Ví dụ:
Trang 4
Trong đó: CHCH 3COO Phá huỷ cấu trúc của các chất tan., H CH, H+, H và CHCH 3COOH là nồng độ các ion và phân tử trong dd , H lúc
nhỏ
Với chất điện li nhiều nấc, mỗi nấc có Kđl riêng H2CO3 có 2 hằng số điện li:
4 Độ điện li
Độ điện li của chất điện li là tỷ số giữa
Độ điện li của chất điện li là tỷ số giữa của chất điện li là tỷ số giữa số phân tử phân li thành ion N p và
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.Tỷ số này cũng chính là tỷ số nồng độ mol chất tan phân li (Cp) và nồng độ mol chất
Giá trị của biến đổi trong
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan khoảng 0 đến 1
0 1 1 1
Khi = 1: chất tan phân li hoàn toàn thành ion Khi = 0: chất tan hoàn toàn không phân li (chất không điện li)
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.Độ điện li phụ thuộc các yếu tố của chất điện li là tỷ số giữa : bản chất của chất tan, dung môi, nhiệt độ và nồng
độ dd
5 Quan hệ giữa độ điện li 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 , ta có:
Hằng số điện li:
Dựa vào biểu thức này, nếu biết ứng với nồng độ dd C o, ta tính được Kđl và ngược lại.
Ví dụ: Trong dd axit HA 0,1M có = 0,01 Tính hằng số điện li của axit đó (ký hiệu là
Ka)
Giải: Trong dd, 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 Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.
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.
Trang 5
Vì H2O trong H3O+ không tham gia phản ứng nên thường chỉ ghi là H+
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan Đối với bazơ, ngoài những chất trong phân tử có sẵn nhóm OH Phá huỷ cấu trúc của các chất tan. (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 Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.
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.
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.Tác dụng của dd axit và dd bazơ.
Cho dd H2SO4 tác dụng với dd NaOH, phản ứng hoá học xảy ra toả nhiệt làm dd 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 Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.)
Phản ứng của axit với bazơ gọi là phản ứng trung hoà và luôn toả nhiệt.
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.Tác dụng của dd axit và bazơ không tan.
Đổ dd HNO3 vào Al(OH)3 , chất này tan dần Phản ứng hoá học xảy ra., 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
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.Tác dụng của dd axit và oxit bazơ không tan.
Đổ dd axit HCl vào CuO, đun nóng, phản ứng hoá học xảy ra, CuO tan dần:
Phương trình phân tử:
Phương trình ion
Hoặc là
Trang 6
HCl cho proton, CuO nhận proton, nó đóng vai trò như một bazơ
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan.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 dd axit và
cả với dd bazơ được gọi là hiđroxit lưỡng tính.
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 Phá huỷ cấu trúc của các chất tan. trong nước nguyên chất và trong dd nước ở mỗi nhiệt
độ là một hằng số
Môi trường trung tính : HCH +
, H = OHCH Phá huỷ cấu trúc của các chất tan., H = 107 Phá huỷ cấu trúc của các chất tan. mol/l Môi trường axit: HCH +, H CH > OH Phá huỷ cấu trúc của các chất tan., H
HCH +, H > 107 Phá huỷ cấu trúc của các chất tan. mol/l
Môi trường bazơ: HCH +, H CH < OH Phá huỷ cấu trúc của các chất tan., H
HCH +, H < 107 Phá huỷ cấu trúc của các chất tan. mol/l
b) Chỉ số hiđro của dd - Độ pH
Khi biểu diễn nồng độ ion H
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan + (hay H3O+) của dd dưới dạng hệ thức sau:
thì hệ số a được gọi là pH của dd
Về mặt toán học thì pH = lg H Phá huỷ cấu trúc của các chất tan. CH +
, H
Như vậy:
Môi trường trung tính: pH = 7
Môi trường axit: pH < 7
Môi trường bazơ: pH > 7
Trang 7pH càng nhỏ thì dd có độ axit càng lớn, (axit càng mạnh); pH càng lớn thì dd có độ
bazơ càng lớn (bazơ càng mạnh).
Cách xác định pH:
c) Chất chỉ thị màu axit - bazơ.
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 dd 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 CH3COOHNa), của axit mạnh - bazơ 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 dd dư ion OH Phá huỷ cấu trúc của các chất tan., 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 dd 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.
9 Phản ứng trao đổi ion trong dd điện li
Phản ứng trao đổi ion trong dd 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 dd BaCl2 với dd Na2SO4 thấy có kết tủa trắng tạo thành Đã xảy ra phản ứng Phương trình phân tử:
Phương trình ion:
Trang 8
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 H
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan 2SO4 vào muối axetat Phản ứng xảy ra tạo thành axit CH3COOH ít điện li Phương trình phân tử:
Phương trình ion
Hoặc cho axit HNO
Phá huỷ cấu trúc của các chất tan 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 dd 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