Cân bằng trong dung dịch nước

I. Sự điện li.

1. Hiện tường về sự điện li

Quá trình phân li các chất trong nước tạo thành ion được gọi là sự điện li.

Những chất khi tan trong nước phân li ra các ion được gọi là chất điện li.

2. Chất điện li

2.1. Chất điện li và chất không điện li

Chất điện li là các chất tan trong nước phân là ra các ion.

Ví dụ: hydrochloric acid, sodium hydroxide...

Chất không điện li là các chất không phân li ra các ion.

Ví dụ: Saccarose, ethanol,…

Sự phân li một chất thành các ion mang điện trái dấu trong dung dịch được biểu diễn bằng phương trình điện li.

Ví dụ:

NaOH (aq) → Na + (aq) + OH- (aq); 

HCl (aq) → H⁺ (aq) + Cl^- (aq)

2.2. Chất điện li mạnh và chất điện li yếu

Dựa vào mức độ phân li thành các ion, chất điện li được chia thành hai loại:

Các chất điện là mạnh thường gặp như: HCl, HNO₃, ... (acid mạnh); NaOH, KOH,… (base mạnh); và hầu hết các muối.

Quá trình phân li của chất điện li mạnh xảy ra gần như hoàn toàn và được biểu diễn bằng mũi tên một chiều.

Ví dụ: 

NaOH → Na⁺ + OH^-

HNO₃ → H⁺+ NO₃⁻

Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄^2-

Ví dụ một số chất điện li yếu như CH₃COOH, HClO,…(acid yếu) hay Cu(OH)₂, Fe(OH)₂,… (base yếu)

Quá trình phần li của chất điện là yếu là một phản ứng thuận nghịch và được biểu diễn bằng hai nửa mũi tên ngược chiều nhau.

Ví dụ:

Fe(OH)₃ ⇌ Fe³⁺ + OH^-

HClO ⇌ H⁺ + ClO^–

2.3. Bài tập tự luyện.

Bài 1: Viết phương trình điện li của các chất sau: HCl, Ba(OH)₂, NaOH, K₂SO₄, Mg(NO₃)₂.

Bài 2.  Trong số các chất sau: HNO₂, CH₃COOH, KMnO₄ , C₆H₆, HCOOH, HCOOCH₃, C₆H₁₂O₆, C₂H₅OH, SO₂, Cl₂, NaClO, CH₄, NaOH, H₂S. Chất thuộc loại chất điện li?

II. Thuyết Acid - Base của Brønsted - Lowry

1. Khái niệm acid và base theo thuyết Brønsted – Lowry

Thuyết Bronsted – Lowry cho rằng acid là chất cho proton (H⁺) và base là chất nhận proton.

Ví dụ 1:

Trong phản ứng trên:

+ HCl cho H⁺ ⇒ HCl là acid

+ H₂O nhận H⁺ ⇒ H₂O là base

Ví dụ 2:

Trong phản ứng thuận, NH₃ nhận H⁺ của H₂O ⇒ NH₃ là base, H₂O là acid

Trong phản ứng nghịch, ion NH₄⁺ là acid, ion OH^- là base.

Ví dụ 3:

Trong phản ứng thuận, CO₃^2- nhận H⁺ của H₂O, CO₃^2- là base, H₂O là acid.

Trong phản ứng nghịch, ion HCO₃^- là acid, ion OH^- là base.

2. Ưu điểm của thuyết Brønsted – Lowry

Thuyết Brønsted – Lowry có nhiều ưu điểm hơn thuyết Arrhenius:

+ Thuyết Arrhenius, trong phân tử acid phải có nguyên tử H, trong nước phân li ra ion H⁺, trong phân tử base phải có nhóm OH, trong nước phân li ra ion OH-. Thuyết Arrhenius chỉ đúng cho trường hợp dung môi là nước.

+ Thuyết acid - base của Brønsted – Lowry tổng quát hơn thuyết Arrhenius, phân tử không có nhóm OH như NH₃ hoặc ion như CO₃^2- cũng là base.

III. Khái niệm pH và ý nghĩa của pH trong cuộc sống

1. Khái niệm pH

pH là đại lượng thay thế cho những số có số mũ âm hoặc có nhiều chữ số thập phân khi dùng nồng độ ion H+ hoặc ion OH- được dùng để đánh giá tính acid hoặc tính base của các dung dịch mà H+ hoặc OH- thấp.

Trong đó [H⁺] là nồng độ mol của ion [H⁺]

Nếu dung dịch có  [H⁺] = 10^-a mol/L thì pH = a

Ví dụ: [H⁺] = 10^-3 mol/L thì pH = 3

Môi trường acid là môi trường có [H⁺] > [OH^-] nên [H⁺] > 10^-7 mol/L hay pH < 7.

Môi trường base là môi trường có [H⁺] < [OH^-] nên [H⁺] < 10^-7 mol/L hay pH > 7.

Môi trường trung tính là môi trường có [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 mol/L hay pH = 7.

Thang pH thường dùng có giá trị từ 1 đến 14 

2. Ý nghĩa của pH trong thực tiễn

Chỉ số pH có ý nghĩa to lớn trong thực tiễn, pH có liên quan đến sức khoẻ của con người, sự phát triển của động vật, thực vật.

Chỉ số pH của các dịch trong cơ thể 

Trong cơ thể của người, máu và các dịch của dạ dày, mật, .. đều có giá trị pH trong một khoảng nhất định.

Chỉ số pH trong cơ thể có liên quan đến tình trạng sức khỏe.

Nếu chỉ số pH tăng hoặc giảm đột ngột, không nằm trong giới hạn cho phép thì có thể là dấu hiệu ban đầu của bệnh lí, người bệnh cần được khám để tìm ra nguyên nhân.

Một số động vật sống dưới nước cần môi trường có giá trị pH thích hợp, ví dụ: tôm và cá ưa sống trong môi trường nước có pH khoảng 7,5 – 8,5.

3. Xác định pH

Giá trị pH của dung dịch được xác định gần đúng bằng cách sử dụng chất chỉ thị acid – base. Khi cần xác định giá trị pH chính xác hơn, người ta sử dụng máy đo pH.

Chất chỉ thị acid – base là chất có màu sắc biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch. Một số chất chỉ thị như giấy pH, giấy qùy. Phenolphthalein có màu sắc thay đổi trong các khoảng pH khác nhau.

IV. Sự thủy phân của các ion

Khi tan trong nước, muối phân li thành các ion. Phản ứng giữa ion với nước tạo ra các dung dịch có môi trường khác nhau được gọi là phản ứng thuỷ phân.

Ví dụ: Trong dung dịch K₂CO₃, ion K⁺ không bị thủy phân, còn CO₃^2- thủy phân trong nước tạo thành ion OH^- theo phương trình:

CO₃^2- + H₂O HCO₃^- + OH^-

V. Chuẩn độ Acid-base

Chuẩn độ là phương pháp xác định nồng độ của một chất bằng một dung dịch chuẩn đã biết nồng độ. Dựa vào thể tích của các dung dịch khi phản ứng vừa đủ với nhau, xác định được nồng độ dung dịch chất cần chuẩn độ.