Chuyên đề Sự điện li - tài liệu luyện thi THPTQG
Họ và tên: ..........................................................
Trường THPT: …………………………............
Tài liệu lưu hành nội bộ Chuyên đề 1: Sự điện li Tài liệu Luyện thi THPT Quốc gia.
Thầy Đoàn 0972464779 – GV Trung tâm Luyện thi BAN MAI - 03 Nguyễn Thiện Thuật - TP.Kon Tum
2
0972464779
MỤC LỤC
1. Phân loại chất điện li, chất dẫn điện. .......................................................................................................... 3
2. Axit – Bazo. .................................................................................................................................................. 4
2.1 Axit. ........................................................................................................................................................................ 4
2.2 Bazo. ....................................................................................................................................................................... 5
3. Hidroxit lưỡng tính và chất lưỡng tính. ...................................................................................................... 5
3.1. Hidroxit lưỡng tính. ................................................................................................................................................ 5
3.2. Chất lưỡng tính. ...................................................................................................................................................... 5
4. Muối và môi trường dung dịch. ................................................................................................................... 6
4.1 Muối và phân loại muối. .......................................................................................................................................... 6
4.2. Môi trường dung dịch. ............................................................................................................................................ 7
5. Phản ứng trao đổi ion và sự tồn tại ion trong dung dịch. ........................................................................... 7
5.1. Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch. .................................................................................................................... 7
5.2. Sự tồn tại của ion trong dung dịch. ......................................................................................................................... 8
5.3. Định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn trong khối lượng. ....................................................................................... 8
Chuyên đề 1: Sự điện li Tài liệu Luyện thi THPT Quốc gia.
Thầy Đoàn 0972464779 – GV Trung tâm Luyện thi BAN MAI - 03 Nguyễn Thiện Thuật - TP.Kon Tum
3
0972464779
1. Phân loại chất điện li, chất dẫn điện.
- Chất điện li là chất khi tan trong nước (hoặc ở dạng nóng chảy) phân li ra ion.
Axit mạnh: HClO4, H2SO4, HNO3, HCl, HBr, HI,
HClO4 H
+ ClO
4
Mạnh
(hoàn toàn,
)
Bazo mạnh: KOH, NaOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2,
LiOH, RbOH, CsOH, Sr(OH) 2.
KOH K
+ OH
Điện li
(thường là
axit, bazo,
muối)
Hầu hết muối: NaCl, K2SO4, Fe(NO3)3, Al 2(SO4)3,
CH3COONa, MgCl 2, .. .
K 2SO4 2K
+ SO
2
4
Axit yếu: HF, H2S, HClO, HNO2, CH3COOH,
H2CO3, H2SO3, H3PO4, H 3PO3, H3PO2, .. ..
HF
H
+ F
.
Yếu
( không
hoàn toàn,
)
Bazo yếu: Mg(OH)2, Bi(OH)3, Fe(OH)2, .. ..
Mg(OH)2
Mg
2
+ 2OH
Chất Một số muối ít tan: Hg(CN)2, HgCl 2, .. ..
Hg(CN)2
Hg
2
+ 2CN
Kim loại, phi kim: Na, Fe, Cu, Mg, C, S, P, …
Không điện li
(chất còn lại)
Khí: O2, Cl 2, H2, N 2, CO2, SO2, NO, .. ..
Hidrocacbon: CH4, C2H 4, C2H2, C6H6, C8H 18, .. ..
Chất hữu cơ: rượu etylic C2H5OH, đường saccarozo
C12H22O11, glixerol C3H5(OH)3, .. ..
- Chất điện li khi tan trong nước phân li ra ion có khả năng dẫn điện.
Ví dụ: Na2SO4 là chất điện li, khi Na2SO4 tan trong nước phân li ra ion Na
và ion SO
2
4
nên dung dịch
Na2SO4 có khả năng dẫn điện.
- Chất có khả năng dẫn điện chưa chắc đã là chất điện li.
Ví dụ: Kim loại đồng dẫn điện nhưng không phải là chất điện li.
- Na2SO4 là chất điện li, nhưng ở trạng thái rắn, khan thì nó tồn tại dạng phân tử nên Na2SO4 rắn
khan không dẫn điện.
- Một số chất tan trong nước tạo thành dung dịch nhưng không phân li ra ion nên không dẫn điện
như dung dịch saccarozo (C 12H22O 11), dung dịch glixerol (C3H5(OH)3), ...
- Trong dung dịch các chất điện li, nếu nồng độ các ion càng lớn thì khả năng dẫn điện càng cao,
và ngược lại. Ví dụ: Dung dịch HCl 0,5M sẽ có khả năng dẫn điện tốt hơn dung dịch HCl 0,1M.
- Hai dung dịch điện li cùng nồng độ thì dung dịch của chất điện li mạnh sẽ dẫn điện tốt hơn dung
dịch chất điện li yếu. Ví dụ: Dung dịch HCl 0,1M có khả năng dẫn điện cao hơn dung dịch HF 0,1M.
- Các dung dịch axit, dung dịch bazo và dung dịch muối đều dẫn điện.
- Lưu ý: Ở trạng thái nóng chảy, các oxit kim loại như Al2O3, MgO.. cũng phân li thành các ion
nên chúng cũng dẫn được điện.
Chuyên đề 1: Sự điện li Tài liệu Luyện thi THPT Quốc gia.
Thầy Đoàn 0972464779 – GV Trung tâm Luyện thi BAN MAI - 03 Nguyễn Thiện Thuật - TP.Kon Tum
4
0972464779
2. Axit – Bazo.
2.1 Axit.
- Khái niệm axit theo Arrhenius: Axit là chất khi tan trong nước phân li ra cation H
.
Ví dụ: Nhận xét:
33
33
(1) HCl H Cl
(2) HNO H NO Axit 1 nÊc
(3) CH COOH CH COO H .
Axit mạnh (điện li mạnh):
(1) Dung dịch HCl chứa H
và Cl
.
(2) Dung dịch HNO3 chứa H
và NO
3
.
(3) Dung dịch H2SO4 chứa H
và SO
2
4
.
2 4 4
24
2
44
2
2 4 4
(4) H SO H HSO nÊc 1
H SO lµ axit 2 nÊc.
HSO H SO nÊc 2
H SO 2H SO
2 3 3
23
2
33
2
2 3 3
(5) H CO H HCO nÊc 1
H CO lµ axit 2 nÊc.
HCO H CO nÊc 2
H CO 2H CO
Axit yếu (điện li yếu):
(1) Dung dịch CH3COOH chứa H
,
CH3COO
, CH3COOH.
(2) Dung dịch H2CO3 chứa H
, HCO
3
,
CO
2
3
và H2CO3.
(3) Dung dịch H3PO4 chứa H
, H2PO
4
HPO
2
4
, PO
3
4
và H3PO4.
3 4 2 4
2
2 4 4 3 4
23
44
3
3 4 4
(6) H PO H H PO nÊc 1
H PO H HPO nÊc 2 H PO lµ axit 3 nÊc.
HPO H PO nÊc 3
H PO 3H PO
- Cấu tạo phân tử một số axit có oxi (chỉ có H liên kết với O mới phân li ra ion H
+
):
Axit 1 nấc
3
(1) HNO H O N O
O
2
(2) HNO H O N O
(3) HClO H O Cl
33
(4) CH COOH CH C O H
O
32
H
(5) H PO H O P O
H
Axit 2 nấc
24
(6) H SO H O O
S
H O O
23
(7) H SO H O
S O
H O
33
(8) H PO H O H
P
H O O
23
(9) H CO H O
C = O
H O
Axit 3 nấc
34
(10) H PO H O
H O P O
H O
- Axit 1 nấc gồm: HCl, HBr, HI, HF, HClO 4, HNO3, HNO2, HClO, CH3COOH, H3PO2, ..
- Axit 2 nấc gồm: H2S, H2SO4, H 2SO3, H2CO3, H3PO3, . . .
- Axit 3 nấc gồm: H3PO4.
- Axit mạnh gồm: H2SO4, HClO4, HNO3, HI, HBr, HCl, H2CrO4, H2CrO7, .....
- Axit yếu gồm: H3PO4, H2SO3, H2CO3, H2S, HF, CH3COOH, HClO, HNO2, H3PO3, H3PO2, ... Chuyên đề 1: Sự điện li Tài liệu Luyện thi THPT Quốc gia.
Thầy Đoàn 0972464779 – GV Trung tâm Luyện thi BAN MAI - 03 Nguyễn Thiện Thuật - TP.Kon Tum
5
0972464779
2.2 Bazo.
- Khái niệm bazo theo Arrhenius: Bazo là chất khi tan trong nước phân li ra anion OH
.
Ví dụ: NaOH Na
+
+ OH
.
Ba(OH)2 Ba
2
+ 2OH
.
Mg(OH)2
Mg
2
+ 2OH
.
- Bazo mạnh gồm: KOH, NaOH, Ba(OH) 2, Ca(OH)2, LiOH, RbOH, CsOH, Sr(OH) 2.
- Bazo yếu: Mg(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Cu(OH)2, amoniac (NH3), ankyl amin, ....
* Axit – Bazo theo Bronsted (Nâng cao).
- Axit là chất có khả năng nhường proton (H
). Bazo là chất có khả năng nhận proton (H
).
Ví dụ:
+
3 2 3 3 3 2
Bazo
Axit
(1) CH COOH H O CH COO H O CH COOH nhêng H cho H O nã lµ Axit.
+
3 4 3 2
Axit
Bazo
(2) NH HOH NH OH NH nhËn H cña H O nã lµ Bazo.
2+
3 3 3 3 2
Bazo
Axit
(3) HCO HOH CO H O HCO nhêng H cho H O nã lµ Axit.
+
3 2 3 3 2
Axit
Bazo
(4) HCO HOH H CO OH HCO nhËn H cña H O nã lµ Bazo.
Như vậy, theo Bronsted thì axit, bazo có thể là phân tử hoặc ion.
3. Hidroxit lưỡng tính và chất lưỡng tính.
3.1. Hidroxit lưỡng tính.
- Hidroxit lưỡng tính là hidroxit khi tan trong nước vừa có thể phân li như axit, vừa có thể phân li
như bazo. Như vậy hidroxit lưỡng tính vừa có thể tác dụng với dung dịch kiềm, vừa tác dụng với dung
dịch axit.
Ví dụ:
Zn(OH)2
Zn
2
+ 2OH
Zn(OH)2 là bazo tác dụng được với dung dịch Axit.
Zn(OH)2 hay H2ZnO2
2H
+ ZnO
2
2
Zn(OH)2 là axit tác dụng được với dung dịch Kiềm.
2 2 2
Axit
Bazo
2
2 2 2 2
Bazo
Axit
Zn(OH) 2HCl ZnCl 2H O
Zn(OH) lµ hidroxit lìng tÝnh
Zn(OH) 2NaOH Na ZnO 2H O
- Hidroxit lưỡng tính gồm:
Hidroxit
lưỡng tính
Nhôm
hidroxit
Crom (III)
hidroxit
Kẽm
hidroxit
Thiếc
hidroxit
Chì
hidroxit
Dạng bazơ Al(OH)3 Cr(OH)3 Zn(OH)2 Sn(OH)2 Pb(OH)2
Dạng axit
HAlO2.H2O HCrO2.H2O H2ZnO2 H2SnO2 H2PbO2
H[Al(OH)4] H[Cr(OH)4] H2[Zn(OH)4] H2[Sn(OH)4] H2[Pb(OH)4]
3.2. Chất lưỡng tính.
- Chất lưỡng tính là chất vừa có tính axit, vừa có tính bazo. Như vậy chất lưỡng tính có thể tác
dụng với dung dịch Kiềm, vừa có thể tác dụng với dung dịch Axit.
Ví dụ:
3 3 2
Axit
Bazo
3
3 2 2
Bazo
Axit
Al(OH) 3HCl AlCl 3H O
Al(OH) lµ chÊt lìng tÝnh.
Al(OH) NaOH NaAlO 2H O
Chuyên đề 1: Sự điện li Tài liệu Luyện thi THPT Quốc gia.
Thầy Đoàn 0972464779 – GV Trung tâm Luyện thi BAN MAI - 03 Nguyễn Thiện Thuật - TP.Kon Tum
6
0972464779
3 2 2
Axit
Bazo
3
3 2 3 2
Bazo
Axit
NaHCO HCl NaCl H O CO
NaHCO lµ chÊt lìng tÝnh.
NaHCO NaOH Na CO H O
- Chất lưỡng tính gồm:
Oxit: Al 2O3, Cr2O 3, ZnO, ....
Hidroxit: Al(OH)3, Cr(OH)3, Zn(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH)2, ....
Chất lưỡng tính
Muối amoni của axit yếu: (NH4)2CO3, (NH4)2SO 3, (NH4)2S,
CH3COONH4, CH3COONH3C2H5, ....
Muối axit của axit yếu: NaHCO3, NaHSO3, NaHS, NaH2PO 4, Na2HPO4,
......
Amino axit: Glyxin (NH2-CH2-COOH), Alanin (NH2-CH(CH3)COOH),..
(học ở lớp 12)
Note: Có những chất vừa có khả năng tác dụng với dung dịch axit, vừa có khả năng tác dụng với
dung dịch kiềm nhưng nó không phải là chất lưỡng tính.
Ví dụ:
32
2 2 2
2Al 6HCl 2AlCl 3H
B¶ n chÊt lµ ph¶n øng oxi hãa-khö chø kh«ng ph¶i axit-bazo
2Al 2NaOH 2H O 2NaAlO 3H
4. Muối và môi trường dung dịch.
4.1 Muối và phân loại muối.
- Muối là hợp chất khi tan trong nước phân li ra cation kim loại (hoặc NH
4
) và anion gốc axit.
Ví dụ:
(1) Cu(NO3)2 Cu
2
+ 2NO
3
(2) (NH4)2SO4 2NH
4
+ SO
2
4
(3) NaHCO3 Na
+ HCO
3
- Phân loại muối:
Muối trung hòa: Na2SO4, NaCl, Al(NO3)3, BaSO4, CaCO3,
Na2HPO3, NaH2PO2, ..
Na2SO4 2Na
+ SO
2
4
SO
2
4
Gốc axit Muối axit: NaHCO3, NaHSO3, NaH2PO4, K 2HPO4, KHS, .. .
NaHCO3 Na
+ HCO
3
HCO
3
H
+ CO
2
3
Muối tan: Na2SO4, NaCl, NaHCO3, K 2HPO4, (NH 4)2SO4, .. .
Muối Độ tan
Muối không tan: CaCO3, BaCO3, MgCO3, BaSO4, AgCl, .. .
Muối đơn: NaCl, K 2SO4, NaHSO3,
Thành phần,
cấu tạo
Muối kép: NaCl.KCl, KCl.MgCl2.6H2O, .. .
Muối hỗn tạp: CaOCl 2 (clorua vôi), .. .
Phức chất: [Ag(NH3)2]Cl, [Cu(NH3)4]SO4, .. .
Lưu ý: Một số muối trong gốc axit vẫn còn nguyên tử H nhưng không thể phân li ra ion H
nên
nó vẫn là muối trung hòa, như Na2HPO3, NaH2PO 2, .. (xem lại phần cấu tạo một số axit có oxi)
Chuyên đề 1: Sự điện li Tài liệu Luyện thi THPT Quốc gia.
Thầy Đoàn 0972464779 – GV Trung tâm Luyện thi BAN MAI - 03 Nguyễn Thiện Thuật - TP.Kon Tum
7
0972464779
4.2. Môi trường dung dịch.
- Sự phân li của nước:
0
2
14
H O (25 C)
HOH H OH ;TÝch sè ion K [H ].[OH ] 10
- Môi trường trung tính:
+
[H ] = [OH ]
+
[H ] = [OH ]
=
7
10
(M)
- Môi trường Axit:
+
[H ] > [OH ]
+
[H ] >
7
10
(M)
- Môi trường Kiềm:
+
[H ] < [OH ]
+
[H ] <
7
10
(M)
* Một số công thức liên quan đến pH (dung dịch loãng, có nồng độ ion H
rất bé):
a
b
14
(1) [H ] 10 pH a; (2) pH lg[H ]
(3) [OH ] 10 pOH b; (4) pOH lg[OH ]
(5) [H ].[OH ] 10 ; (6) pH pOH 14.
Khái niệm pH chỉ xuất hiện đối với các dung dịch loãng (có nồng độ bé hơn 1M)
* Môi trường dung dịch và pH.
Nồng độ ion H
+
[H
+
] > 10
-7
[H
+
] = 10
-7
[H
+
] < 10
-7
Nồng độ ion OH
[OH
] < 10
-7
[OH
] = [H
+
] = 10
-7
[OH
] > 10
-7
Gía trị pH pH < 7 pH = 7 pH > 7
Môi trường dung dịch Môi trường axit Môi trường trung tính Môi trường bazo
Axit: Qùy tím hóa đỏ (môi trường axit, pH<7).
Ví dụ: HCl, HNO3, H2SO4, CH3COOH, H2SO3, .. .
Bazo: Qùy tím hóa xanh (môi trường kiềm, pH>7).
Ví dụ: KOH, NaOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2, LiOH, .. .
Muối của axit mạnh và bazo mạnh: Qùy tím không đổi màu (môi
trường trung tính, pH=7, [trừ muối HSO
4
]).
Ví dụ: NaCl, K2SO4, Ba(NO3)2, CaBr2, Sr(NO3)2, .. .
Dung dịch Muối
Muối của axit mạnh và bazo yếu hoặc muối HSO
4
: Qùy tím hóa
đỏ (môi trường axit, pH<7).
Ví dụ: Mg(NO3)2, FeSO4, NH4NO3, NH4Cl, Mg(HSO4)2,
. NaHSO4,
Muối của axit yếu và bazo mạnh: Qùy tím hóa xanh (môi trường
kiềm, pH>7).
Ví dụ: Na2CO3, NaHCO3, K 2SO3, CH3COONa, Na2HPO3,
NaH2PO2, NaClO, NaAlO2, .. .
- Dung dịch muối axit luôn có môi trường axit là không đúng.
Ví dụ: NaHSO4 là muối axit và có môi trường axit (làm quỳ tím hóa đỏ), NaHCO3 là muối axit
nhưng lại có môi trường bazo (làm quỳ tím hóa xanh).
- Dung dịch muối trung hòa luôn có môi trường bazo là không đúng.
Ví dụ: Na2CO3 là muối trung hòa, có môi trường bazo (làm quỳ hóa xanh); NaCl là muối trung
hòa nhưng có môi trường trung tính (không đổi màu quỳ tím); CuCl2 là muối trung hòa nhưng có môi
trường axit (làm quỳ tím hóa đỏ).
5. Phản ứng trao đổi ion và sự tồn tại ion trong dung dịch.
5.1. Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch.
2 4 2 4 (tr¾ng)
22
44
22
44
(1) Na SO BaCl 2NaCl BaSO :ph¬ng tr×nh ph©n tö
2Na SO Ba 2Cl 2Na 2Cl BaSO : ph¬ng tr×nh ion
SO Ba BaSO : ph¬
ng tr×nh ion rót gän
3 2 2 3 2 2 (tr¾ng)
2 2 2
3 3 2
2
2
(2) Mg(NO ) Ba(OH) Ba(NO ) Mg(OH) : ph¬ng tr×nh ph©n tö
Mg 2NO Ba 2OH Ba 2NO Mg(OH) : ph¬ng tr×nh ion
Mg 2OH Mg(OH)
: ph¬ng tr×nh ion rót gän
Chuyên đề 1: Sự điện li Tài liệu Luyện thi THPT Quốc gia.
Thầy Đoàn 0972464779 – GV Trung tâm Luyện thi BAN MAI - 03 Nguyễn Thiện Thuật - TP.Kon Tum
8
0972464779
3 2 3 2 2
22
3 3 2
2
(3) 2HNO Ba(OH) Ba(NO ) 2H O : ph¬ng tr×nh ph©n tö
2H 2NO Ba 2OH Ba 2NO 2H O : ph¬ng tr×nh ion
2H 2OH 2H O : ph¬ng tr×nh ion rót
gän
33
33
(4) 2HNO 2NaF 2NaNO 2HF : ph¬ng tr×nh ph©n tö
2H 2NO 2Na 2F 2Na 2NO 2HF : ph¬ng tr×nh ion
2H 2F 2HF : ph¬ng tr×nh ion rót gän
Kết luận: Qua 4 ví dụ trên, ta thấy bản chất phản ứng giữa các chất (axit, bazo, muối) trong
dung dịch là sự kết hợp giữa các ion để tạo thành kết tủa (muối, bazo), chất khí (CO2, SO2, NH3, H2S, ..),
hoặc chất điện li yếu (H2O, axit yếu như HF, CH3COOH, HClO, .. ).
- Khi viết phương trình ion thì các chất không tan, điện li yếu, chất khí viết dưới dạng phân tử.
- Phương trình ion rút gọn cho biết bản chất của phản ứng trong dung dịch chất điện li.
5.2. Sự tồn tại của ion trong dung dịch.
- Trong dung dịch các chất điện li, các ion chỉ cùng tồn tại khi chúng KHÔNG thể kết hợp với
nhau tạo ra chất kết tủa, chất khí, chất điện li yếu.
Ví dụ 1: Các ion (Mg
2+
, NO
3
, Cl
–
, Ag
+
) không thể cùng tồn tại trong 1 dung dịch. Vì hai ion
Ag
+
và Cl
sẽ kết hợp với nhau để tạo ra kết tủa AgCl.
Ag
+
+ Cl
AgCl (trắng)
Ví dụ 2: Các ion (Ca
2+
, H
+
, NO
3
, HCO
3
) không thể cùng tồn tại trong 1 dung dịch. Vì hai ion H
+
và HCO
3
sẽ kết hợp với nhau để tạo ra khí (CO2) và chất điện li yếu (H2O).
H
+
+ HCO
3
H2O + CO2 .
Ví dụ 3: Các ion (Ba
2+
, NH
4
, NO
3
, OH
) không thể cùng tồn tại trong 1 dung dịch. Vì hai ion
NH
4
và OH
sẽ kết hợp với nhau để tạo ra khí (NH3) và chất điện li yếu (H2O).
NH
4
+ OH
H2O + NH3 .
Ví dụ 4: Các ion (Ba
2+
, Na
+
, H
+
, NO
3
, OH
, SO
2
4
) không thể cùng tồn tại trong 1 dung dịch. Vì
ion H
+
và OH
sẽ kết hợp với nhau để tạo ra chất điện li yếu (H 2O), hai ion Ba
2+
và SO
2
4
sẽ kết hợp với
nhau để tạo ra kết tủa (BaSO4).
H
+
+ OH
H2O
Ba
2+
+ SO
2
4
BaSO4 (trắng).
5.3. Định luật bảo toàn điện tích và bảo toàn trong khối lượng.
- Trong dung dịch các chất điện li thì tổng điện tích dương luôn bằng tổng điện tích âm. Hệ quả:
Tổng số mol điện tích dương bằng tổng mol điện tích âm.
( ) ( )
( ) ( ) n n
Ví dụ 1: Dung dịch X chứa a mol Cu
2+
, b mol Al
3+
, c mol SO4
2-
và d mol NO3
1-
.
Biểu thức mối liên hệ giữa a, b, c, d theo định luật bảo toàn điện tích là: 2a + 3b = 2c + d.
- Trong dung dịch các chất điện li thì khối lượng của các chất điện li bằng tổng khối lượng của các
ion trong dung dịch đó.
chÊt cation anion cation cation anion anion
m = m + m = M .n + M .n
Ví dụ 2: Dung dịch X chứa a mol Na
+
, b mol Mg
2+
, c mol SO4
2-
và d mol NO3
-
. Khi cô cạn dung
dịch thu được m gam muối khan.
Theo định luật BTKL thì biểu thức liên hệ giữa m với a, b, c, d là: m = 23a + 24b + 96c + 62d.
Ví dụ 3: Dung dịch Y chứa các ion 0,01mol K
+
; 0,02mol Na
+
; 0,02mol NO
3
; x mol SO
2
4
. Cô cạn
dung dịch Y thu được m gam muối khan. Tính giá trị của m?
Theo định luật bảo toàn điện tích:
( ) ( )
n n
+ + 2
34
K Na NO SO
1.n + 1.n = 1.n 2.n
1.0,01 + 1.0,02 = 1.0,02 + 2.x x = 0,005 mol.
Theo định luật bảo toàn khối lượng:
+ + 2
34
Y
K Na NO SO
m = m + m + m m
mY = 0,01.39 + 0,02.23 + 0,02.62 + 0,005.96 = 2,57 gam.
