Hóa đại cương Chuong 13 can bang ion cua acid base

12/20/2012 Sự điện ly nước Tính pH dung dịch Dung dịch đệm Lý thuyết acid-base 12/20/2012 SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC Nước chất điện ly yếu: Hằng số điện ly nước H2O (l)  H+ + OHK H 2O  Độ điện ly nước 220C :  C H  C OH  C H 2O    1000     C N  độ dẫn điện riêng nước 22oC (=5.5410-8 Ohm1cm-1) 5.54 108 1000   18 1010 1000 548.3  18 K H 2O  C    1000  (18 1010 )  1.8 1016 18 SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC Vì độ điện ly nước nhỏ nên nồng độ H2O thực tế xem không đổi: K H2O C H2O  const  C H COH   Tích số nồng độ ion H+ OH- nước nguyên chất hay dung dịch số nhiệt độ định Tích số ion nước, Kn: K n  C H COH  (13.4) 12/20/2012 Ở 220C, ta có: K n  K H2O C H2o  1.8  1016  1000  1014 18 Để thuận tiện tính tốn, người ta thường sử dụng giá trị Kn nhiệt độ phòng 10-14 CHỈ SỐ HYDRO, pH Từ công thức (13.4): Do K n  C H COH  7 CH   COH   CH  COH  Kn  10 ion.g / lit  Khi dung dịch nước có: C H   10 7 , C OH   10 7 C H   107 , C OH   107   Môi trường axit  Môi trường bazơ  Mơi trường trung tính 12/20/2012 CHỈ SỐ HYDRO, pH   • Quy ước:  pH   lg H  , pOH   lg OH  pK   lgK   • Trong dung dịch có nồng độ cao dung dịch axit bazơ mạnh thì: pH   lg a H C H 10 14  C OH  pH  pOH  14 THUYẾT ACID – BASE BRONSTED-LOWRY ĐỊNH NGHĨA: Acid chất cho proton, base chất nhận proton phản ứng Ví dụ: HCl  H+ + ClH2SO4  H+ + HSO4Cặp acid/base: HCl/Cl- H2SO4/HSO4- gọi cặp acid/base liên hợp 12/20/2012 THUYẾT ACID – BASE BRONSTED-LOWRY Tổng quát: A1  H+ + B*1 B2 + H+  A*2 A1/B*1, A2*/B2 cặp acid-base liên hợp THUYẾT ACID – BASE BRONSTED-LOWRY Theo thuyết acid-base Bronsted-lowry:  - Acid phân tử trung hịa, cation anion - Based phân tử trung hòa anion 12/20/2012 THUYẾT ACID – BASE BRONSTED-LOWRY ACID PHÂN TỬ HCl  H+ + ClTRUNG H2O  H+ + OHHOÀ ANION HSO4-  H+ + SO42- HCO3-  H+ + CO32CATION NH4+  H+ + NH3 H3O+  H+ + H2O BASE NH3 + H+  NH4+ H2O + H+  H3O+ CH3COO- +H+CH3COOH Cl- + H+  HCl THUYẾT ACID – BASE BRONSTED-LOWRY 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  A*2 + B*1 Phản ứng gọi phản ứng trao đổi proton acid base 12/20/2012 Hằng số điện ly acid base Xét acid: HA + H2O ⇄ A- + H3O+ Ka  H O  A    HA Ka đại lượng đặc trưng cho độ mạnh acid: Ka lớn (pKa = -lgKa nhỏ) acid mạnh, ngược lại Hằng số điện ly acid base Xét base: B + H2O ⇄ BH+ + OH- BH  OH    Kb  B Kb đại lượng đặc trưng cho độ mạnh base Kb lớn (pKb = -lgKb nhỏ) base mạnh, ngược lại 12/20/2012 Hằng số điện ly acid base Đối với acid, base yếu đa bậc: nấc điện ly có giá trị K, (K1>>K2>>K3) Ví dụ: H .H PO   7,110    H3PO4 ⇄ H+ H2PO4 ⇄ H+ - K a1 2- K a2 + H2PO4 H PO4  H .HPO   6,3 10  2  - + HPO4 H PO   HPO4 ⇄ H+ + PO4 3- K a3 8 H .PO   4,5 10  3 2  2- 3 HPO  13 Hằng số điện ly acid base Đối với cặp acid – base liên hợp: HA + H2O ⇄ A- + H3O+ A- + H2O ⇄ HA + K a ( HA) K b ( A ) OH- K a ( HA) K b ( A ) [ H O  ][ A  ]  [ HA] [ HA][OH  ]  [ A ] [ H O  ][ A  ] [ HA][OH  ]   [ H 3O  ][OH  ]  K n  [ HA] [A ] 12/20/2012 Hằng số điện ly acid base Tổng quát, Đối với cặp acid – base liên hợp: pKa + pKb = pKn = 14 THUYẾT ACID – BASE LEWIS ĐỊNH NGHĨA: Base chất cho cặp electron acid chất nhận cặp electron để tạo thành liên kết hóa học 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 12/20/2012 THUYẾT ACID – BASE LEWIS Đa số cation acid Lewis (Ag+, Co3+, Cr3+…), hay halogen, hydrua B, Al… Ag+ + NH3  [Ag(NH3)2]+ THUYẾT ACID – BASE LEWIS Base Lewis: Là tiểu phân có khả cho cặp e Base Lewis thường anion (Cl-, Br-, F-, OH-…), phân tử trung hòa ion thành phần có nguyên tử có cặp electron chưa liên kết O, N, X Ví dụ: HCl + NH3  NH4Cl HCl: acid Lewis NH3: base Lewis 10 12/20/2012 pH CỦA DUNG DỊCH ACID MẠNH Acid mạnh điện ly hoàn toàn HA  H+ + A- H   C  HA  pH   lg C H    lg C a pH ACID YẾU ĐƠN BẬC HA  H+ + ALúc đầu Ca 0 Cân Ca(1-) Ca Ca Hằng số cân điện ly gọi số axit, Ka: C C (Ca   ) C  Ka  H A   a CHA (Ca (1   )) (1   )   Do acid yếu:    Ca  Ca (1   )  Ca       pH   lg H    lg(Ca   )   Ka Ca lg K a  lg Ca  11 12/20/2012 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, tính cho bậc phân ly đầu Nên cách tính giống trường hợp acid yếu đơn bậc pH   lg K1  lg Ca  pH DUNG DỊCH ACID YẾU ĐA BẬC Ví dụ Tính pH dung dịch acid H2CO3 nước có nồng độ 0.01M biết số điện ly bậc thứ 4.3 10-7 Giải: Sử dụng công thức: pH   pH    lg K1  lg Ca   lg(4.3 107 )  lg(0.01)  4.19 12 12/20/2012 pH DUNG DỊCH BASE MẠNH MOH  M+ + OHCOH-  Cb pOH   lg COH    lg C b  pH  14  lg C b pH DUNG DỊCH BASE YẾU ĐƠN BẬC Lúc đầu Cân MOH  M+ + OHCb 0 Cb(1-) Cb Cb Kb  pOH   CM  COH  CMOH lg K b  lg C b   pH  14  lg K b  lg C b  2 13 12/20/2012 pH DUNG DỊCH ACID YẾU ĐA BẬC Ví dụ Tính pH dung dịch nước anilin có nồng độ 0.2M biết KC6H5NH2=4.2 10-10 Giải: C6H5NH2 + H2O  C6H5NH+3 + OHAnilin base yếu, sử dụng công thức:  pH  14  pH  14   lg K b  lg C b   lg(4.2  1010 )  lg(0.2)  8.96 CHẤT CHỈ THỊ MÀU  pH đại lượng đặc trưng cho môi trường phản ứng, ảnh hưởng lớn đến khả xảy phản ứng, đến tốc độ hiệu suất phản ứng  Có nhiều phương pháp xác định pH dung dịch như: phương pháp thị màu, phương pháp pH kế Nội dung chương trình, xét chất thị màu pH  Chất thị 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 14 12/20/2012 CHẤT CHỈ THỊ MÀU  Ký hiệu chất thị màu Acid yếu HInd HInd  H+ Ind- + Màu dạng acid Màu dạng base  Ký hiệu chất thị màu Base yếu IndOH IndOH  OH- + Màu dạng base Ind+ Màu dạng acid  Màu dạng acid khác với màu dạng base CHẤT CHỈ THỊ MÀU Ví dụ: phenolphthalein (HP) hay q tím (HQ) HP  H+ + Base (màu hồng) Acid (không màu) HQ Acid (màu đỏ) P-  H+ + QBase (màu xanh) 15 12/20/2012 CHẤT CHỈ THỊ MÀU Hằng số điện ly chất thị màu HInd  H+ + K Ind  pH=? C H  C Ind  C HInd  C H   K Ind Ind- C HInd MàudạngAxit  K Ind C Ind  MàudạngBazơ pH  pK Ind  lg C Ind  C HInd CH+ tăng màu dạng axit chiếm ưu thế, pH giảm ngược lại DUNG DỊCH ĐỆM Trong vài phản ứng hóa học cần phải thực ở:  giá trị pH xác định  không thay đổi suốt q trình phản ứng  Ví dụ: Phản ứng: Mg2+ + 2OH- = Mg(OH2)    Xảy pH=11, Nếu pH giảm đến pH=9, kết tủa ngừng tách  Tạo mơi trường có pH=11  Dung dịch thỏa mãn điều kiện gọi dung dịch đệm 16 12/20/2012 DUNG DỊCH ĐỆM  Dung dịch đệm dung dịch có giá trị pH xác định khơng thay đổi pha lỗng, thêm vào lượng nhỏ acid base mạnh  Dung dịch 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 DUNG DỊCH ĐỆM  Xét hệ đệm acetate: CH3COOH  CH3COO- + H+ (1) CH3COONa  CH3COO- + Na+ (2)  Khi thêm acid mạnh: HA  H+ + A- theo nguyên lý Le Chatelier cân (1) dịch chuyển theo chiều nghịch (tức H+ tác dụng với CH3COO- tạo CH3COOH) làm giảm H+  Khi thêm base mạnh: MOH  M+ + OH- , OH- kết hợp với H+ (ở cân 1) làm giảm nồng độ OH-, đồng thời cân (1), bị giảm H+, dịch chuyển theo chiều thuận để tạo H+ 17 12/20/2012 DUNG DỊCH ĐỆM  Với hệ đệm base lập luận tương tự  Tóm lại, cho H+ hay OH- vào hệ đệm pH dung dịch thay đổi TÍNH pH DUNG DỊCH ĐỆM  Hệ đệm acid: Ví dụ hệ acetate, gọi Cm Ca nồng độ muối acid Khi hệ đạt trạng thái cân bằng, ta có: CH   K a CCH3COOH CCH COO Trong :  [CH3COO-] = Cm + Ca  Cm (vì 