PH¶N øNG TRAO §æI ION.[r]
(1)Lắp dụng cụ tiến hành thí nghiệm chứng minh tính dẫn điện như hình vẽ.
Thí nghiệm chứng minh tính dẫn điện
1.Cho muối ăn khan (khơng lẫn nước) vào đầy cốc. Đóng khố K, đèn khơng sáng chứng tỏ dịng diện khơng đi qua muối ăn. Muối ăn khan khơng dẫn điện.
Thay muối ăn bằng nước cất. Đóng khố K, đèn khơng sáng: nước ngun chất khơng dẫn điện.
2. Bỏ muối ăn vào nước cất đựng trong cốc, khuấy cho tan. Đóng khóa K, đèn sáng chứng tỏ dịng điện đi qua dung dịch. Dung dịch NaCl dẫn điện.
3. Lần lượt thay bằng cốc đựng dung dịch natri hidroxit và dung dịch axit clohidric. Khi đóng khóa K đều thấy đèn sáng. Các dung dịch NaOH, dung dịch dẫn điện.
Nếu tiến hành thí nghiệm với các dung dịch muối khác (KCl, CuSO4, AgNO3, ), dung dịch bazơ khác (KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2, hay dung dịch axit khác (H2SO4, HNO3, CH3COOH ) đều nhận thấy đèn sáng khi đóng khóa K.
Vậy: các dung dịch muối, bazơ hay axit đều có tính dẫn điện.
Định nghĩa chất điện li
1. Chất điện li :
Người ta gọi : Chất điện li là những chất tan trong nước tạo thành dung dịch dẫn điện được. Vậy : Muối, bazơ và axit thuộc loại chất điện li.
2. Chất không điện li :
Là những chất mà dung dịch khơng dẫn điện được. Thí dụ : dung dịch rượu etylic, dung dịch đường saccarozơ là những dung dịch khơng dẫn điện. Rượu etylic, đường saccarozơ là những chất khơng điện li.
Giải thích tính dẫn điện của dung dịch chất điện li
Vật lý học cho biết, dịng điện truyền đi được là do có sự di chuyển của những hạt mang điện tích. Kim loại dẫn được điện là vì có những electron đã tách khỏi ngun tử và di chuyển tự do trong tồn khối kim loại. Vậy trong dung dịch chất điện li có những hạt nào mang điện tích ?
1. Dung mơi nước
Trước hết phải xem nước là một dung mơi có đặc điểm gì. Muốn vậy, hãy xét cấu tạo của phân tử H2O. Liên kết giữa H và O là liên kết cộng hố trị có cực, cặp electron chung lệch về phía O. Hai ngun tử H lại ở cùng một bên. Do vậy, tuy tồn phân tử thì vẫn trung hồ về điện, nhưng ở phía O có dư điện tích âm (2δ-) và phía H có dư điện tích dương (δ+).
Người ta nói rằng : phân tử H2O phân cực (một đầu dư điện tích âm và một đầu dư điện tích dương), nước là một dung mơi phân cực.
CHUY£N §Ị: §IƯN LY
I ChÊt ®iÖn ly - sù ®iÖn ly
2
1 ThÝ nghiÖm
(2)2. Dung dịch NaCl
Liên kết hố học trong phân tử NaCl là liên kết ion. Trong tinh thể muối ăn, các ion Na+ ion Clˉ hút giữ nhau bằng lực hút tĩnh điện nên khơng thể di chuyển tự do được. Vì vậy tinh thể muối ăn khơng dẫn điện. Khi cho tinh thể muối ăn vào nước, những ion ở lớp bề mặt tinh thể bị hút mạnh bởi các phân tử H2O phân cực ở xung quanh ion Na+ bị hút về phía đầu âm, cịn ion Clˉbị hút về phía đầu dương của phân tử nước làm cho lực hút giữa các ion đó bị yếu đi. Kết quả là chúng tách khỏi tinh thể, kết hợp với một số phân tử H2O rồi phân tán vào nước. Q trình này tiếp tục diễn ra với những ion ở lớp trong làm cho muối ăn tan dần ra.
Trong dung dịch NaCl, các ion Na+ và ion Clˉdi chuyển tự do, vì vậy dung dịch dẫn điện được. 3. Dung dịch NaOH.
Trong phân tử NaOH, liên kết hóa học giữa Na+ và OHˉ là liên kết ion (liên kết giữa O và H là liên kết cộng hóa trị : ). Tinh thể natri hiđroxit do các ion Na+ và OHˉtạo thành nên có thể giải thích như trên về q trình tan của tinh thể. Trong dung dịch NaOH, các ion Na+ và OHˉdi chuyển tự do, vì vậy dung dịch dẫn điện được .
4. Dung dịch HCl
Trong phân tử HCl, liên kết giữa H và Cl là liên kết cộng hóa trị có cực, cặp electron chung lệch về phía Cl. HCl là phần tử phân cực, đầu phía Cl có dư điện tích âm (δ-), đầu phía H có dư điện tích dương (δ+).
Trong q trình hồ tan, HCl và H2O đều là phân tử phân cực nên đầu âm của phân tử H2O hút đầu dương của phân tử HCl :
Lực hút H về phía O khá mạnh, làm đứt liên kết H-Cl. Ngun tử H nhường electron cho ngun tử Cl và trở thành ion H+ (proton), cịn Cl trở thành ion Clˉ,
Trong dung dịch HCl, các ion H+ và Clˉ di chuyển tự do, vì vậy dung dịch dẫn được điện.
(3)Định nghĩa
1. Sự điện li
Từ trên ta đã khẳng định được rằng, khi tan trong nước, do tác dụng của nước, phân tử chất điện li phân li thành ion dương và ion âm :
Người ta gọi : Sự điện li là sự phân li thành ion dương và ion âm của phân tử chất điện li khi tan trong nước.
Các ion dương được gọi là cation, các ion âm được gọi là anion.
Thí dụ : H+, Na+ là các cation.
Clˉ, OHˉ là các anion
Sự điện li được biểu diễn bằng phương trình gọi là phương trình điện li. Để viểt đúng phương trình điện li, cần lưu ý :Vì phân tử trung hịa về điện nên về trị số tổng diện tích của cation phải bằng tổng diện tích của anion.
Thí dụ, phương trình điện li của một số axit, bazơ và muối :
Chú thích : Các đa axit (phân tử có nhiều hiđro) như H2SO4 phân li theo từng nấc, cation hiđro khơng bị tách khỏi phân tử cùng một lúc mà lần lượt :
H2SO4 = H+ + HSO4ˉ HSO4ˉ = H+ + SO42ˉ
Phương trình điện li của H2SO4 ở trên được viết dưới dạng tổng của hai phương trình này.
2. Chất điện li mạnh. Chất điện li yếu.
Vì các ion di chuyển tự do trong dung dịch nên chúng có thể va chạm với nhau và tái tạo lại phân tử chất điện li, q trình này ngược lại với q trình điện li. Sự điện li là một q trình thuận nghịch.
Khi cần nêu rõ tính thuận nghịch của q trình này, người ta thay dấu (=) bằng hai mũi tên ngược chiều trong phương trình điện li.
Thí dụ, phương trình điện li axit axetic :
CH3COOH CH3COOˉ + H+
Như vậy, trong dung dịch chất điện li, ngồi các ion cịn có thể có những phân tử khơng phân li. Khi nghiên cứu dung dịch các chất điện li khác nhau trong cùng điều kiện về nồng độ và nhiệt độ, người ta nhận thấy rằng, trong một số dung dịch hầu hết phân tử đều phân li, trong một số dung dịch khác chỉ một số phân tử phân li.
Người ta gọi:
Chất điện li mạnh là những chất phân li gần như hồn tồn.
Chất điện li yếu là những chất chỉ phân li một phần.
Những axit thường gặp như HCl, HNO3, H2SO4 là chất điện li mạnh (axit mạnh). Các axit : H2S, H2CO3,
Ion dương Ion âm
Axit hiđro và gốc axit
Bazơ kim loại “ hiđroxit
Muối kim loại “ gốc axit
HCl = H+ + Clˉ
H2SO4 = 2H+ + SO42ˉ
NaOH = Na+ + OHˉ
Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OHˉ
NaCl = Na+ + Clˉ
Al(NO3)3 = Al3+ + 3NO3ˉ
(4)CH3COOH là những chất điện li yếu (axit yếu).
Các bazơ tan NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2 đều là những chất điện li mạnh.
Hầu hết các muối tan đều là chất điện li mạnh, trừ một số rất ít muối như HgCl2, CuCl2, là chất điện li yếu.
Bằng máy đo thật nhạy người ta đã chứng minh được rằng, nước ngun chất cũng dẫn điện. Nước điện li một phần rất nhỏ theo phương trình sau :
H2O H+ + OHˉ
Đã xác định được là, cứ 10 tỉ phân tử H2O thì có 18 phân tử điện li. Nước là một chất điện li yếu.
3. Nồng độ mol/l của ion
Người ta gọi nồng độ mol/l của ion A là số mol A chứa trong 1 lit dung dịch. Nồng độ mol/l của ion A, ghi là [A], được tính theo cơng thức :
hay :
Thí dụ : Tính nồng độ mol/l của H+ trong các dung dịch sau đây :
a) Trong 0,2 lít dung dịch có hồ tan 0,4 mol HCl.
b) Trong 0,5 lít dung dịch có hịa tan 4,48 lít HCl (đo ở đktc)
Giải :
a) 0,4 mol HCl phân li cho 0,4 mol H+, do đó : [H+] = 0,4 : 0,2 = 2 (mol/l)
b) nHCl = 4,48 : 22,4 = 0,2 (mol)
0,2 mol HCl phân li cho 0,2 mol H+, do đó : [H+] = 0,2 : 0,5 = 0,4 (mol/l)
Chú thích : nồng độ mol/l của Clˉ trong dung dịch HCl bằng nồng độ mol/l của H+.
Như đã biết, axit là những chất mà phân tử gồm hiđro liên kết với gốc axit, bazơ là những chất mà phân tử gồm cation kim loại liên kết với anion hiđroxit. Dựa vào q trình điện li của axit và bazơ, có thể định nghĩa chúng như sau : axit là những chất khi tan trong nước thì tạo thành ion H+ ; bazơ là những chất khi tan trong nước thì tạo thành ion OHˉ Định nghĩa này mơ tả đúng hiện tượng nhưng khơng nêu lên được bản chất của axit, bazơ và vai trị của nước.
Đối với axit, thí dụ HCl, sự điện li thường được biểu diễn bằng phương trình : HCl = H+ + Clˉ
Nhưng thực ra axit khơng tự phân li mà nhường proton cho nước theo phương trình :
Vì H2O trong H3O+ khơng tham gia phản ứng nên thường chỉ ghi là H+. Cần lưu ý H+ trong nước chính là H3O+ đã được đơn giản hóa.
Đối với những bazơ như NaOH mà trong phân tử có sẵn OHˉ thì dĩ nhiên khi tan trong nước sẽ tạo thành ion OHˉ. Nhưng có những bazơ mà trong phân tử khơng có OHˉ như NH3, khi tan trong nước vẫn tạo thành
II AXIT - BAZ¥
(5)ion OHˉ, vì NH3 nhận proton của nước đã tạo nên thành ion NH4+ đồng thời OHˉ được giải phóng theo phương trình :
Do đó, để nêu lên được bản chất của axit và bazơ và vai trị của nước, cần định nghĩa axit và 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 mới (theo Bronxtet) về axit và bazơ. Theo định nghĩa này, bất kỳ chất nào có khả năng cho proton là axit, bất kỳ chất nào có khả năng nhận proton là bazơ.
Dung dịch axit
Khi tan trong nước axit phân li thành H+ hoặc (H3O+) và anion gốc axit. Anion gốc axit có thể khác nhau nhưng trong dung dịch axit nào cũng có H+. Vì vậy có thể kết luận :
Dung dịch axit là những dung dịch có chứa H+ hoặc (H3O+).
Do đều có chứa H+ hoặc (H3O+), nên dung dịch axit nào cũng có một số tính chất chung. Dung dịch axit có vị chua của giấm (giấm là dung dịch axit axetic lỗng). Dung dịch axit làm đổi màu chất chỉ thị màu, thí dụ, quỳ tím đổi thành màu hồng. Dung dịch axit có tác dụng với bazơ và oxit bazơ.
Dung dịch bazơ
Khi tan trong nước, bazơ phân li thành cation kim loại và anion hiđroxit OHˉ. Cation kim loại có thể khác nhau, nhưng trong dung dịch bazơ nào cũng có anion OHˉ. Vì vậy có thể kết luận :
Dung dịch bazơ dung dịch có chứa anion OHˉ
Dung dịch bazơ có một số tính chất chung, đó là những tính chất của anion OHˉ. Dung dịch bazơ có vị nồng như vị nồng của nước vơi (nước vơi là dung dịch Ca(OH)2 ). Dung dịch bazơ làm đổi màu chất chỉ thị màu, thí dụ quỳ tím đổi thành màu xanh Dung dịch bazơ có tác dụng với axit và với oxit axit.
Phản ứng axit - bazơ
Hãy tìm hiểu bản chất của phản ứng giữa axit và bazơ . 1. Tác dụng giữa dung dịch axit và dung dịch bazơ:
Thí dụ, trộn lẫn dung dịch HCl và dung dịch NaOH, dung dịch thu được nóng lên, có phản ứng hố học xảy ra. Phương trình phân tử phản ứng :
HCl + NaOH = NaCl + H2O Phương trình ion
H+ + Clˉ + Na+ + OHˉ = Na+ + Clˉ + H2O Rút gọn( lược bỏ ion có mặt ở hai vế ):
H+ + OHˉ = H2O Hoặc là
2
3
(6)HCl cho proton (chuyển qua ion H3O+) và NaOH nhận proton (trực tiếp là ion OHˉ) .
Phản ứng giữa bất kỳ dung dịch axit nào và dung dịch bazơ nào đều xảy ra được và nếu là chất điện li mạnh thì có cùng phương trình ion rút gọn như trên. Phản ứng này toả nhiệt, nhiệt toả ra nhiều hay ít tùy theo axit cũng như bazơ là chất điện li mạnh hay yếu và là phản ứng trung hịa.
2.Tác dụng giữa dung dịch axit và bazơ khơng tan.
Đổ dung dịch HNO3 vào sắt (III) hidroxit. Chất này tan dần, có phản ứng hóa học xảy ra. Phương trình phân tử của phản ứng :
3HNO3 + Fe(OH)3 = Fe(NO3)3 + 3H2O Phương trình ion :
3H+ + 3NO3ˉ + Fe(OH)3 = Fe3+ + 3NO3ˉ + 3H2O Rút gọn :
3H+ + Fe(OH)3 = Fe3+ + 3H2O Hoặc là :
HNO3 cho proton (chuyển qua ion H3O+ ) và Fe(OH)3 nhận proton. 3. Tác dụng giữa dung dịch axit và oxit bazơ khơng tan.
Đổ dung dịch H2SO4 vào đồng (II) oxit CuO, đun nóng, chất này tan dần, có phản ứng hố học xảy ra. Phương trình phân tử của phản ứng :
H2SO4 + CuO = CuO + H2O Phương trình ion :
2H+ + SO42ˉ + CuO = Cu2+ + SO42ˉ + H2O Rút gọn :
2H+ + CuO = Cu2+ + H2O Hoặc là :
H2SO4 cho proton ( chuyển qua ion H3O+), CuO nhận proton, theo định nghĩa mới, đồng (II) oxit có vai trị như một bazơ.
Trong các phản ứng trên đều có sự cho và nhận proton, đó là bản chất của phản ứng axit-bazơ. Kết luận: Phản ứng axit-bazơ là phản ứng hố học trong đó có sự cho và nhận proton.
Chú thích: Các oxit axit như CO2, SO2, SO3, P2O5 là những oxit khi gặp nước sẽ hóa hợp với nước tạo ra axit tương ứng.
Do vậy, tác dụng giữa dung dịch bazơ và oxit axit thực chất lại là tác dụng giữa dung dịch bazơ và dung dịch axit. Thí dụ, cho SO3 vào dung dịch KOH, trước hết có phản ứng hóa hợp :
SO3 + H2O = H2SO4 Sau đó mới xảy ra phản ứng axit-bazơ :
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O Thường hai phương trình này được viết dưới dạng tổng của chúng :
SO3 + 2KOH = K2SO4 + H2O Phương trình ion :
(7)Rút gọn :
SO3 + 2OHˉ = SO42ˉ + H2O
Hiđroxit lưỡng tính
Ở đây chỉ đề cập đến những hiđroxit của kim loại. Ta đã biết có những hiđroxit của kim loại là bazơ tan (thí dụ NaOH, Ca(OH)2, ), có những hiđroxit là bazơ khơng tan (thí dụ Fe(OH)3, Cu(OH)2 ). Các bazơ tan và khơng tan đều có tác dụng với dung dịch axit. Ngồi ra, cịn một số hiđroxit khơng tan như Zn(OH)2, Al(OH) khơng những có tác dụng với dung dịch axit mà cịn có tác dụng cả với dung dịch bazơ, và được gọi là hiđroxit lưỡng tính.
Thí dụ : đổ dung dịch HCl vào Zn(OH)2, chất này tan đi, có phản ứng xảy ra. Phương trình phân tử của phản ứng :
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O Phương trình ion :
Zn(OH)2 + 2H+ + 2Clˉ = Zn2+ + 2Clˉ + 2H2O Rút gọn :
Zn(OH)2 + 2H+ = Zn2+ + 2H2O Hoặc là:
Kẽm hiđroxit nhận proton, nó là một bazơ.
Đổ dung dịch NaOH vào Zn(OH)2, chất này cũng tan đi, có phản ứng xảy ra. Cơng thức hố học của kẽm hiđroxit cịn được viết dưới dạng: H2ZnO2. Phương trình phân tử của phản ứng :
H2ZnO2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O (Na2ZnO2 là một muối tan, tên la natri zincat)
Phương trình ion :
H2ZnO2 + 2Na+ + 2OHˉ = 2Na+ + ZnO22- + 2H2O Rút gọn:
Kẽm hiđroxit cho proton, nó là một axit.
Vậy : Hiđroxit lưỡng tính là hiđroxit có cả hai khả năng cho hoặc nhận proton, nghĩa là vừa là axit, vừa là bazơ.
Trong nước ngun chất, nồng độ mol/l của ion H+ (hoặc H3O+ ) bằng nồng độ ion OHˉ, và bằng : [ H+ ] = [OHˉ] = 10 -7 mol/l
Nước lại là dung mơi, một thành phần của dung dịch. Do vậy, nếu căn cứ vào giá trị nồng độ 10-7 mol/l của ion H+ trong dung dịch axit lớn hơn rất nhiều. Thực vậy, ngay trong dung dịch HCl 0,001 M, nồng độ mol/l của ion H+ đã bằng :
[ H+ ] = 0,001 mol/l = 10-3 mol/l.
10-3 lớn hơn một vạn lần so với 10-7 nghĩa là nồng độ H+ trong dung dịch HCl 0,001 M lớn hơn nồng độ H+ trong nước một vạn lần.
5
III pH CđA DUNG DÞCH
(8)Trong dung dịch bazơ thì ngược lại, vì ion OHˉ trong dung dịch bazơ trung hồ bớt ion H+, làm giảm nồng độ H+. Kết quả là nồng độ mol/l của H+ nhỏ hơn 10-7 mol/l.
Tóm lại, nếu coi nước là mơi trường trung tính (khơng có tính axit cũng như khơng có tính bazơ), ta có :
Khái niệm về pH
1. Nếu biểu diễn nồng độ ion H+ (hoặc H3O+)
của dung dịch dưới dạng hệ thức như sau : [ H+] = 10-a (mol/l) thì số trị a được coi là pH của dung dịch.
Thí dụ : nếu [ H+ ] = 10-3 mol/l thì pH của dung dịch bằng 3, nếu [H+ ] =10-10 mol/l thì pH của dung dịch bằng 10
2. Ghi các giá trị nồng độ của H+ từ 1 (hay 100), 10-1 đến 10-13 , 10-14 mol/l trên một trục và các giá trị tương ứng của pH trên trục thứ hai ta được dãy các giá trị pH gọi là thang pH :
Căn cứ vào thang pH ta có thể kết luận :
- Nước ngun chất hay dung dịch trung tính có pH = 7
- Dung dịch axit có pH < 7, càng nhỏ nếu độ axit càng lớn.
- Dung dịch bazơ có pH > 7, càng lớn nếu độ bazơ càng lớn
Cách xác định pH
Thơng thường pH được xác định bằng chất chỉ thị màu, đó là những chất thay đổi màu tùy theo giá trị pH của dung dịch. Thí dụ, quỳ tím đổi màu hồng khi pH < 5, khơng đổi màu khi pH = 7, và đổi thành màu xanh khi pH > 8 ; phenolphtalein khơng màu khi pH < 8, có màu đỏ tím trong khoảng pH từ 8-10, và đổi thành màu đỏ khi pH > 10. Người ta cịn pha chế hỗn hợp gồm nhiều chất chỉ thị, mà màu thay đổi từ pH = 1 đến pH = 14. Khi cần xác định chính xác pH người ta dùng máy đo pH.
1. Muối là những hợp chất mà phân tử gồm cation kim loại liên kết với anion gốc axit.
Thí dụ : Natri clorua NaCl, đồng sunfat CuSO4, nhơm nitrat Al(NO3)3, caxi cacbonat CaCO3 là những muối. Có thể coi muối là sản phẩm của phản ứng axit-bazơ. Thí dụ : NaCl là sản phẩm của phản ứng giữa HCl và NaOH, CuSO4 là sản phẩm của phản ứng giữa H2SO4 và Cu(OH)2 Như vậy tương ứng với mỗi axit là những muối có cùng anion gốc axit, thí dụ các muối sunfat, (CuSO4, MgSO4, Al2(SO4) 3 ) và tương ứng với mỗi bazơ là những muối có cùng cation kim loại, thí dụ các muối natri ( NaCl, Na2SO4, NaNO3,
CH3COONa )
2. Khi tan trong nước, muối phân li thành các cation kim loại và anion gốc axit. Vì vậy có thể kết luận : Dung dịch muối là những dung dịch có chứa cation kim loại và anion gốc axit.
Thí dụ : dung dịch NaCl là dung dịch có chứa cation Na+ và anion Clˉ , dung dịch muối đồng (II) là dung dịch có chứa cation Cu2+ và anion gốc axit, dung dịch muối clorua là dung dịch có anion Clˉ và cation kim loại
Mơi trường
Nồng độ ion H+ , mol/l
Trung tính = 10-7
Axit > 10-7
Bazơ < 10-7
3
2
IV: MI
(9)Một số dung dịch muối có màu đặc trưng, đó là màu của các ion.
Thí dụ: dung dịch muối đồng (II) có màu xanh lam là màu của cation Cu2+ hiđrat hóa, dung dịch muối sắt (II) có màu lục nhạt là màu của cation Fe2+ hiđrat hóa, dung dịch kali pemanganat KMnO4 có màu tím là màu của anion pemanganat MnO4ˉ ( là gốc của axit pemanganic HMnO4 )
Muối trung hồ, muối axit
Đối với các đa axit như H2SO4, H2CO3, H3PO4 thì tùy lượng chất tác dụng mà số proton của phân tử đa axit có thể phản ứng hết hoặc chưa hết.
Do vậy, từ những đa axit có thể tạo ra những muối với gốc axit khác nhau, được gọi là muối axit và muối trung hịa.
Muối axit là những muối mà gốc axit vẫn cịn hiđro có thể tách thành proton. Muối trung hịa là những muối mà gốc axit khơng cịn hiđro như thế.
Thí dụ :
Natri hiđrosunfat NaHSO4 là muối axit Natri sunfat Na2SO4 là muối trung hịa.
Canxi hiđrophotphat CaHPO4 và canxi đihiđrophotphat Ca(H2PO4)2 là những muối axit (tiền tố đi có nghĩa là hai).
Canxi photphat Ca3(PO4)2 là muối trung hịa.
Chú thích: Những muối axit, vì có khả năng cho proton, nên ngồi tính chất của muối vẫn cịn tính chất của axit. Trong dung dịch muối axit, ngồi cation kim loại và anion gốc axit cịn có H+ (hoặc H3O+). Thí dụ trong dung dịch NaHSO4 có các ion Na+, H+, và SO42ˉ
Tính axit, bazơ của dung dịch muối
Có thể nghĩ rằng các dung dịch muối trung hịa đều là những mơi trường trung tính (pH = 7). Điều này chỉ đúng với những muối tạo nên bởi axit và bazơ có độ mạnh hoặc yếu tương đương nhau, thí dụ : NaCl, BaCl2, K2SO4 Bỏ giấy quỳ tím vào dung dịch NaCl, giấy quỳ tím khơng đổi màu.
Các muối như Na2CO3, K2S, CH3COONa là muối của axit yếu và bazơ mạnh. Dung dịch các muối này có pH > 7 (là mơi trường bazơ). Bỏ giấy quỳ tím vào dung dịch CH3COONa, giấy quỳ tím đổi thành màu xanh. Hiện tượng này được giải thích như sau. Trong dung dịch, CH3COONa phân li thành các ion Na+ và
CH3COOˉ. Anion CH3COOˉ có vai trị như một bazơ, nó nhận proton của nước theo phương trình phản ứng :
Trong dung dịch có dư ion OHˉ, do vậy pH > 7.
Với những muối của axit mạnh và bazơ yếu như NH4Cl (amoni clorua), ZnCl2, Al2(SO4)3 thì dung dịch của chúng lại có pH < 7 (mơi trường axit). Bỏ giáy quỳ tìm vào dung dịch NH4Cl, giấy quỳ đổi thành màu hồng. Giải thích như sau : trong dung dịch, NH4Cl phân li thành các ion NH4+ và Clˉ. Cation NH4+ có vai trị như một axit, nó cho proton theo phương trình phản ứng :
Trong dung dịch có dư ion H3O+ (hoặc H+) do vậy dung dịch có pH < 7.
2
(10)Như đã biết, người ta gọi phản ứng trao đổi là những phản ứng hóa học trong đó hai hợp chất trao đổi với nhau các thành phần cấu tạo nên chúng.
Trong dung dịch, muối có thể tham gia phản ứng trao đổi với axit, bazơ hoặc với muối khác.
Trong các phản ứng này, muối, axit và bazơ trao đổi với nhau các ion của chúng. Vì vậy, phản ứng trao đổi giữa những chất điện li trong dung dịch cịn gọi là phản ứng trao đổi ion.
I. Trường hợp có phản ứng xảy ra
Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chỉ xảy ra trong những trường hợp sau đây : 1. Sản phẩm của phản ứng có một chất kết tủa.
Thí dụ 1 : Trộn lẫn dung dịch muối bari, thí dụ BaCl2, ví dụ BaCl2, với dung dịch muối sunfat, thí dụ Na2SO4, sẽ có chất kết tủa màu trắng xuất hiện. Phương trình phân tử của phản ứng :
BaCl2 + Na2SO4 = 2NaCl + BaSO4 Phương trình ion :
Ba2+ + 2Clˉ + 2Na+ + SO42ˉ = 2Na+ + 2Clˉ + BaSO4 Phương trình rút gọn :
Ba2+ + SO42ˉ = BaSO4
Bản chất của phản ứng là sự kết hợp của cation Ba2+ với anion SO42– tạo thành muối BaSO4. Chất này khơng tan nên khơng tách ra khỏi dung dịch.
Thí dụ 2 : Trộn lẫn dung dịch muối đồng, thí dụ CuSO4 với dung dịch bazơ, thí dụ NaOH, sẽ có kết tủa mãu xanh lam xuất hiện. Phương trình phản ứng hóa học :
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4 xanh lam
Phương trình ion:
Cu2+ + SO42ˉ + 2Na+ + 2OHˉ = Cu(OH)2 + 2Na+ + SO42ˉ Rút gọn:
Cu2+ + 2OHˉ = Cu(OH)2
Bản chất của phản ứng là sự kết hợp của cation Cu2+ với anion OHˉtạo ra đồng hiđroxit Cu(OH)2. Chất này khơng tan nên tách ra khỏi dung dịch.
2. Sản phẩm của phản ứng có một chất dễ bay hơi.
Trộn lẫn dung dịch muối cacbonat, thí dụ Na2CO3 với dung dịch một axit mạnh, thí dụ H2SO4 lập tức dung dịch sủi bọt. Phương trình phân tử của phản ứng :
Phương trình ion :
2Na+ + CO32ˉ + 2H+ + SO42ˉ = 2Na+ + SO42ˉ + H2O + CO2 Rút gọn:
CO32ˉ + 2H+ = H2O + CO2
Bản chất của phản ứng là sự kết hợp của anion cabonat CO32ˉ với ion H+ tạo ra axit H2CO3. Chất này khơng bền, phân hủy ngay và cho khí CO2 bay lên.
3. Sản phẩm của phản ứng có một chất điện li yếu.
(11)Trộn lẫn dung dịch muối axetat, thí dụ CH3COONa với dung dịch một axit mạnh, thí dụ HCl, dung dịch sẽ có mùi chua của axit axetic CH3COOH. Phương trình phân tử của phản ứng :
CH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl Phương trình ion :
CH3COOˉ + Na+ + H+ + Clˉ = CH3COOH + Na+ + Clˉ Rút gọn:
CH3COOˉ + H+ = CH3COOH
Bản chất của phản ứng là sự kết hợp của anion axetat CH3COOˉ với ion H+ tạo ra CH3COOH, axit axetic là chất điện li yếu nên phần lớn tồn tại ở dạng phân tử.
Kết luận: Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li chỉ xảy ra khi có những ion kết hợp với nhau và tách ra dưới dạng chất kết tủa, hoặc chất dễ bay hơi, hoặc chất điện li yếu.
Chú thích : Riêng với những muối của axit là chất dễ bay hơi hoặc điện li yếu như H2CO3 (H2O, CO2), H2S, H2SO3 (H2O, SO2 thì dù là muối tan hay khơng tan đều có thể có phản ứng xảy ra khi cho dung dịch vào axit mạnh. Thí dụ, cho muối CaCO3 vào dung dịch HCl, có khí CO2 bay lên và CaCO3 tan dần cho đến hết nếu dư axit. Phương trình phân tử của phản ứng :
Phương trình ion:
CaCO3 + 2H+ + 2Clˉ = Ca2+ + 2Clˉ + H2O + CO2 Rút gọn:
CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O + CO2
II. Trường hợp khơng có phản ứng xảy ra
Trộn lẫn dung dịch Na2SO4 với KCl, khơng thấy có dấu hiệu gì chứng tỏ có phản ứng xảy ra. Giải thích như thể nào ? Thử viết phương trình của phản ứng trao đổi :
Na2SO4 + 2KCl = K2SO4 + 2NaCl Vì trong dung dịch nên có thể viết :
2Na+ + SO42ˉ + 2K+ + 2Clˉ = 2K+ + SO42ˉ + 2Na+ + 2Clˉ
Trong dung dịch trước sau phản ứng vẫn có đủ 4 loại ion, khơng có sự biến đổi hố học mà chỉ là sự trộn lẫn bốn loại ion, tức là khơng có phản ứng trao đổi ion.