Nắm vững kiến thức về chất điện giải sẽ giúp học sinh nắm vững môn toán và bài tập. Hãy cùng tác giả đi tìm hiểu điện li là gì? Chất điện li là gì? để bỏ túi những lý thuyết hay trong bài viết này.
Hiện tượng điện li
Khi nối các dây cáp điện vào cùng một nguồn điện, người ta chỉ nhìn thấy bóng đèn trong cốc chứa dung dịch NaCl. Như vậy dung dịch NaCl dẫn điện còn nước cất và dung dịch sucrose không dẫn điện.
Nếu làm thí nghiệm tương tự ta thấy: NaCl rắn, khan; NaOH rắn và khan; dung dịch rượu etylic C2H5OH và glycerol C2H5(OH)3 không dẫn điện.
Ngược lại, dung dịch axit, bazơ và muối đều dẫn điện.
Lý do:
Ngay từ năm 1887, Arenius (S. Arrhenius) đã đưa ra giả thuyết rồi khẳng định bằng thực nghiệm rằng:
- Độ dẫn điện của dung dịch axit, bazơ và muối là do trong dung dịch của chúng có các hạt tích điện chuyển động tự do gọi là ion.
- Quá trình li ly các chất có trong nước thành ion là quá trình điện li. Những chất tan trong nước li ly thành ion gọi là chất điện giải.
Sự điện li là gì?
- Chất điện li:: là những chất khi hòa tan trong nước tạo thành dung dịch dẫn điện.
- Điện li: Quá trình li ly các chất có trong nước thành ion. Những chất khi tan trong nước li ly thành ion gọi là chất điện giải.
- Chất điện giải bao gồm: axit, bazơ và muối
Điện li được biểu diễn bằng phương trình điện li. Ví dụ:
NaCl → Na + + Cl –
HNO 3 → H + + NO 3 –
NaOH → Na + + OH –
Độ điện li là gì?
– Để biểu thị mức độ li ly thành ion của chất điện li người ta sử dụng khái niệm chất điện li
+ Độ li ly α (alpha) của chất điện li là tỉ số giữa số li tử li ly thành ion (n) và tổng số li tử hòa tan (n o ).
Ta có 0 α 1 Hoặc 0% α 100%
Chất không điện li không li ly: α = 0
Chất điện ly mạnh có độ li ly hoàn toàn: α = 1 hoặc 100%
Chất điện ly yếu li ly không hoàn toàn 0 < α < 1
Do đó, chúng ta có thể nói khác: ở cùng nhiệt độ và cùng nồng độ mol của chất điện li, chất điện li càng mạnh thì độ li ly α càng lớn.
+ Tỷ lệ li tử cũng là tỷ lệ mol nên α bằng tỷ lệ giữa phần mol chất tan li ly thành Cp và tổng nồng độ mol của chất tan trong dung dịch C t :
Sự biểu lộ:
Trong đó: n là số li tử li ly thành ion, n o là số li tử hòa tan.
C là nồng độ mol của chất tan li ly thành ion, Co là nồng độ mol của chất tan.
Chất điện li α phụ thuộc vào:
– Bản chất của chất tan.
– Bản chất của dung môi.
– Nhiệt độ
– Nồng độ chất điện giải.
Phân loại chất điện li mạnh và yếu
Tính thuận nghịch của sự điện li
Khái niệm: Cation và anion chuyển động hỗn loạn nên có thể va chạm với nhau để kết hợp lại thành li tử. Vì vậy, chúng ta nói chất điện li có thể thuận nghịch và phương trình điện li có thể là phương trình phản ứng thuận nghịch.
Chất điện li mạnh- chất điện li yếu
Chất điện li mạnh: là chất khi tan trong nước sẽ li ly thành ion.
Ví dụ:
– các axit mạnh như HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 …
– Bazơ mạnh như NaOH, KOH, Ba(OH) 2 , Ca(OH) 2 …
– muối của axit mạnh và bazơ mạnh như NaCl, KNO 3 , KCl, K 2 SO 4
Khi pha loãng, chúng gần như hoàn toàn là chất điện ly, chúng ta nói chúng là chất điện ly mạnh và phương trình điện li của chúng không thuận nghịch.
Na 2 SO 4 → 2 Na + + SO 4 2-
Chất điện li yếu: Là chất khi hòa tan trong nước chỉ li ly một phần thành ion, phần còn lại ở dạng li tử trong dung dịch.
Ví dụ:
Các axit yếu như axit hữu cơ, axit HF, axit HCN, cation NH 4 + …
– Các bazơ yếu như NH 3 , R-NH 2 amin, v.v.
Phương trình li ly của chúng là phương trình phản ứng thuận nghịch
Cân bằng điện giải:
Tất nhiên, các phương trình thuận nghịch ở trên ở trạng thái cân bằng và được gọi là cân bằng li ly.
– Cân bằng điện giải cũng là cân bằng động nên theo Le Chatelier, cân bằng sẽ chuyển động theo chiều ngược lại với các nguyên nhân làm thay đổi cân bằng.
– Sự li ly càng hoàn thiện khi cân bằng dịch chuyển về bên phải và sự dịch chuyển của cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ mol của chất tan.
– Nhiệt độ càng tăng hoặc dung dịch càng loãng thì sự li ly càng hoàn toàn thì cân bằng càng chuyển dịch sang phải. Vì vậy chúng ta cần so sánh độ bền của chất điện li trong cùng điều kiện nhiệt độ và nồng độ.
Ở cùng một nhiệt độ và cùng nồng độ mol, chất điện ly càng mạnh thì sự li ly càng hoàn toàn, tức là cân bằng càng chuyển dịch sang phải và ngược lại, chất điện ly càng yếu thì sự li ly càng không hoàn toàn. Hoàn thành, cán cân chuyển dịch theo hướng ngược lại.
Các dạng bài tập về chất điện li
Dạng 1: Bài tập lý thuyết về điện li, chất điện li, viết phương trình điện li
Ví dụ: Khi pha loãng dần dung dịch axit sunfuric, ta thấy độ dẫn điện của dung dịch ban đầu tăng rồi lại giảm. Hãy giải thích hiện tượng đó.
Giải
Axit sulfuric li ly như sau:
H 2 SO 4 → H + + HSO 4 – : li ly hoàn toàn.
HSO 4 – ⇔ H + + SO 4 2- : K = 10 -2
Ban đầu khi pha loãng dung dịch, tăng chất điện li làm tăng nồng độ ion. Độ dẫn điện do đó tăng lên. Trong dung dịch rất loãng, chất điện li được coi là hoàn chỉnh, sau đó nếu tiếp tục pha loãng, nồng độ các ion giảm, dẫn đến độ dẫn điện giảm.
Dạng 2: Phương pháp bảo toàn điện tích trong giải bài toán điện li
Ví dụ: Trong 2 lít dung dịch A chứa 0,2 mol Mg 2+ ; x mol Fe 3+ ; y mol Cl – và 0,45 mol SO 4 2- . Cô rút hết dung dịch X thu được 79 gam muối khan.
a) Tính giá trị của x và y?
b) Biết rằng muốn thu được A thì phải hòa tan hai muối vào nước. Tính nồng độ mol mỗi lít mỗi muối trong A.
Giải
a) Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:
2.0.2 + 3.x = 2.0.45 + y 3x – y = 0,5 (1)
Cô cạn dung dịch còn 79 gam muối khan:
0,2,24 + 56.x + 35,5.y + 0,45,96 = 79 ⇒ 56x + 35,5y = 31 (2)
Từ (1), (2) ta có: x = 0,3 và y = 0,4.
b/ Dung dịch A chứa 2 muối: Fe 2 (SO 4 ) 3 và MgCl 2
C M (Fe2 (SO4) 3) = 0,15 M; C M (MgCl2) = 0,2 M
Dạng 3: Phương pháp tính pH
Ví dụ 1: Hòa tan 4,9 mg H2SO4 vào nước thu được 1 lít đ. pH của dd thu được là:
Giải
n H2SO4 = 4,9/98 = 0,05 mol ⇒ C M(H2SO4) = 5,10 -5 /1 = 5,10 -5 M
⇒ [H + ] = 10 -4 M ⇒ pH = -log(10 -4 ) = 4
Ví dụ 2: Cho 15 ml dung dịch HNO 3 có pH = 2, trung hòa 10 ml dung dịch Ba(OH) 2 có pH = a. Giá trị của a là gì:
Giải
n HNO3 = 1.5.10-2.10-2 = 1.5.10-4 ⇒ n Ba(OH)2 = 7.5.10-5 mol
⇒ C M(OH – ) = 1.5.10 -4 /10 -2 = 1.5.10 -2 ⇒ pOH = 1.8 ⇒ pH = 12.2
Dạng 4: Các dạng bài tập về điện li
Ví dụ 1: Tính nồng độ mol của các ion CH 3 COOH, CH 3 COO – , H + ở trạng thái cân bằng trong dung dịch CH3COOH 0,1 M có α = 1,32%.
Giải
CH 3 COOH: H + + CH 3 COO –
Ban đầu C 0 0 0
phản ứng C0 . αC0 . αC0 . α
Số dư C 0 .(1- α) C 0 . αC0 . α
Vậy [H + ] = [CH 3 COO – ] = C 0 . α = 0,1. 1,32,10-2M=1,32,10-3M
[ CH3COOH ] = 0,1M – 0,00132M = 0,09868MVí dụ 2: Dung dịch chứa các ion: Mg 2+ , Cl – , Br – .
– Nếu dd này phản ứng với dd KOH dư thì thu được 11,6 gam kết tủa.
– Nếu chất này phản ứng với AgNO 3 thì phải thêm vào đúng 200 ml AgNO 3 2,5M và sau phản ứng thu được 85,1 g kết tủa.
MỘT. Tính [ion] trong ngày đầu tiên? cụ thể là Vdd = 2 lít.
b. Cô ấy sẽ thu được bao nhiêu gam chất rắn từ dung dịch ban đầu?
Giải
Phương trình ion: Mg 2+ + 2OH – → Mg(OH) 2
0,2 0,2 mol
Ag + + Cl – → AgCl↓; Ag + + Br – → AgBr↓
Gọi x và y lần lượt là số mol của Cl – , Br – .
x + y = 0,5(1); 143,5x + 188y = 85,1 (2) . Từ (1), (2) x = 0,2, y = 0,3
MỘT. [Mg 2+ ] = 0,2/2 = 0,1 M; [Cl – ] = 0,2/2 = 0,1 M; [Br – ] = 0,3/0,2 = 0,15 M
b. m = 0,2,24 + 0,2,35,5 + 0,3,80 = 35,9 gam.
Dạng 5: Dạng bài tập Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch
Ví dụ: Dd X chứa các ion: Fe 3+ , SO 4 2- , NH 4 + , Cl – . Chia dd X thành hai phần bằng nhau:
Phần 1: phản ứng với NaOH dư, đun nóng thu được 0,672 lít khí (dktc) và 1,07 gam kết tủa.
Phần 2: phản ứng với lượng dư dd BaCl 2 thu được 4,66 gam kết tủa. Tổng khối lượng muối khan thu được khi bay hơi dd X là (trong quá trình bay hơi chỉ có nước bay hơi)
Giải
nNH4 + = nNH3 = 0,672/22,4 = 0,03 mol
n Fe 3+ = 1,07/107 = 0,01 mol; n SO4 2- = 4,66/233 = 0,02 mol
Áp dụng nguyên lý bảo toàn điện tích: 3.0.01 + 0.03 = 2.0.02 +x ⇒ x = 0.02
m = 0,01,56 + 0,03,18 + 0,02,96 + 0,02,35,5 = 3,73 gam
Khối lượng muối khan trong dung dịch X: 3,73,2 = 7,46 gam
Dạng 6: Phản ứng thủy li muối
Giải thích môi trường của dung dịch muối: Fe 2 (SO 4 ) 3 ; KHSO4 ; NaHCO3 ; K2S ; Ba(NO 3 ) 2 ; CH 3 NẤU.
Giải
+ Fe 2 (SO 4 ) 3 → 2Fe 3+ + 3SO 4 2-
Fe3 + + H2O ⇔ Fe(OH) 2+ + H +
⇒ Môi trường axit
+ KHSO 4 → K + + HSO 4 –
HSO 4 – + H 2 O SO 4 2- + H 3 O +
⇒ Môi trường axit
+ NaHCO 3 → Na + + HCO 3 –
HCO 3 – + H 2 O ⇔ CO 3 2- + H 3 O +
HCO 3 – + H 2 O ⇔ H 2 CO 3 + OH –
⇒Môi trường trung tính
+ K2S → 2K ++ + S2-
S 2- + H 2 O ⇔ HS – + OH –
⇒Môi trường cơ bản
+ Ba(NO 3 ) 2 → Ba 2+ + 2NO 3 –
⇒Môi trường trung tính
+ CH 3 COOKING → CH 3 COO – + K +
CH 3 COO – + H 2 O ⇔ CH 3 COOH + OH –
⇒ Môi trường cơ bản.
