CHƯƠNG 2: PHẢN ỨNG AXIT - BAZƠ

đặc trưng bằng hằng số phân li Kb.



Trong dung dịch nước bao giờ cũng tồn tại một cặp axít bazơ liên hợp,



Cặp:

Và:

Cặp:

Được gọi là các cặp axít - bazơ liên hợp. Với 1 cặp axít bazơ liên hợp nếu axít

càng mạnh thì bazơ càng yếu và ngược lại. Mối quan hệ giữa Ka và Kb cũng được

biểu diễn bằng hệ thức sau:



2.2. PHƯƠNG TRÌNH BẢO TOÀN PROTON

Phương trình bảo toàn proton của một dung dịch axit - bazơ là phương trình

biểu diễn sự trao đổi proton của các axit bazơ có trong dung dịch đó qua các nồng

độ cân bàng của các cấu tử trong dung dịch: số mol proton các axit cho luôn bằng

số mol proton các bazơ nhận. Sau đây là một số thí dụ:

Ví dụ l: Phương trình bảo toàn proton của nước nguyên chất.

Trong nước nguyên chất chỉ có một cân bằng trao đổi proton: H3O và H+.



Số mol proton nước nhận là [H3O+] bằng số mol proton [OH-] cho vì 1 phân tử

H2O khi cho đi 1 proton thì biến thành ion OH- nên phương trình bảo toàn proton

là [H3O+] = [OH-]

Ví dụ 2: Xét dung dịch HCl nồng độ C mol/l.

Trong dung dịch có hai axit là HCl và H2O và 1 bazơ là H2O. Trong đó xảy ra

các quá trình sau:

21



Số mol proton H2O nhận bằng số mol proton HCl cho và H2O cho:



Ví dụ 3: Xét dung dịch hỗn hợp HCl C1M + CH3COOH C2M.

Trong dung dịch có axit mạnh HCl, axít yếu CH3COOH và bazơ yếu H2O, axit

yếu H2O nên xảy ra các quá trình sau:



Số mol proton nước nhận bằng số mol proton 3 axit cho nên:



Ví dụ 4: Xét dung dịch NH3

Đó là dung dịch của 2 bazơ (H2O, NH3) và một axit (H2O):



Số proton các bazơ nhận bằng số proton các axit cho:



Ví dụ 5: Xét dung dịch hỗn hợp CH3COO- và CN-.

Trong dung dịch có 3 bazơ và 1 axit, nên xảy ra các cân bằng



Tổng số mol proton mà các bazơ nhận bằng số mol proton nước cho nên

phương trình bảo toàn proton là:



Ví dụ 6: Xét dung dịch H3PO4

Dung dịch gồm hai axit: đa axit (H3PO4), đơn axit và đơn bazơ (H2O) nên trong

dung dịch có các cân bằng sau:



22



Phương trình bảo toàn proton của dung dịch này:



Ví dụ 7: Xét dung dịch đa bazơ CO32- (Na2CO3) các Cân bằng trong dung dịch

này:



Phương trình bảo toàn proton của dung dịch:



Ví dụ 8: Xét dung dịch NH4CH3COO.

Trong dung dịch này có các cân bằng sau:



Phương trình bảo toàn proton của dung dịch là:



2.3. TÍNH pH TRONG CÁC DUNG DỊCH NƯỚC

Giả sử có hệ gồm: một axít yếu HA có hằng số Ka và nồng độ Ca một bazơ yếu

NaA (muối của axit yếu và bazơ mạnh) có nồng độ Cb.



Ngoài các phương trình (1, 2, 3) ta còn có:

Phương trình trung hòa điện: [H+] + [Na] = [CH3COO-] + [OH-]



(4)



Phương trình bảo toàn nồng độ: [HA] + [A-] = Ca + Cb

Bằng các phép biến đổi toán học, từ 5 phương trình trên, người ta đã chứng

23



minh được:



Đây là phương trình tổng quát tính [H+] trong dung dịch, nó là phương trình

bậc 3 của [H+]. Do đó để tính pH trong các dung dịch nước, ta phải dùng cách giải

gần đúng.

2.3.1. Dung dịch axít mạnh có nồng độ Ca.



2.3.2. Dung dịch bazơ mạnh có nồng độ Cb.



2.3.3. Dung dịch axit yếu có Ka, Ca.

Vì là một Axít yếu nên [OH-] << Ka và Cb = 0, do đó từ (2.5) ta có:



2.3.4. Dung dịch của một bazơ yếu có Kb và Cb.

Vì là một bazơ nên



Từ (2.5) ta có:



24



2.3.5. Dung dịch gồm 1 axit yếu và 1 bazơ yếu (dung dịch đệm)

2.3.5.1. Định nghĩa: Dung dịch đệm là dung dịch có giá trị pH không thay đổi

hoặc thay đổi rất ít khi thêm một lượng nhỏ axit mạnh hoặc một lượng nhỏ bazơ

mạnh vào dung dịch đó, kể cả khi pha loãng dung dịch.

Ví dụ hệ đệm axêtat 1 M:



Thêm 10ml HCl 0,1M vào → pH = 4,7

Thêm 10ml NaOH 0,1 M vào → pH = 4,9

2.3.5.2. Các loại dung dịch đệm

- Đệm axêtát: CH3COOH / CH3COONa

- Đệm cacbonat: NaHCO3/ Na2CO3

- Đệm Amoni: NH4Cl / NH4OH

- Đệm phốt phát: Na2HPO4 / Na3PO4 (hoặc NaH2PO4 / Na2HPO4; H3PO4 /

NaH2PO4).

Những hệ đệm chỉ có một cặp axít bazơ liên hợp được gọi là đệm đơn, còn hệ

có 2 cặp axít bazơ liên hợp được gọi là đệm đa.

2.3.5.3. Công thức tính pH của dung dịch đệm

Vì dung dịch có một axít yếu và một bazơ yếu nên từ (2.5) ta có:



25



2.3.6. Dung dịch axit đa chức: H3PO4, H2SO3, H2CO3.

Loại axit đa chức này phân li theo nhiều nấc ?



Nếu nấc (1) cách xa nhiều nấc (2) hàng vạn lần thì khi tính toán với axít 2 nấc

người ta không tính đến nấc 2, coi như như một đơn axít yếu mà pK1= pKa của đơn

axít yếu:



Với axit ba nấc người ta tính pH ở nấc 1 NaH2PO4 theo công thức sau:



Còn nấc thứ 3 được tính (Na3PO4):



2.4.CÁC VÍ DỤ TÍNH pH CỦA DUNG DỊCH:

Ví dụ l: Tính pH của dung dịch HCOOH 0,1M. Cho Ka= 10-4. Ta áp dụng (2.8).



Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch NH3 0,1 M. Cho KNH3 = 10-4,8. Áp dụng (2.9)

ta có:



Ví dụ 3: Tính pH của dung dịch thu được khi thêm 15ml HCl 0,1M vào 20ml

dung dịch NH3 0,1M. Cho KNH3 = 10-4,8

Phản ứng xảy ra: HCl + NH3 = NH4Cl

Nồng độ hai chất đều bằng nhau và đều là 0,1 M nên thể tích tiêu tốn phải

tương đương nhau. Do đó thể tích HCL trung hòa NH3 là 15ml, lượng NH3 còn là

26



5ml, đây là một bazơ yếu, dung dịch còn có NH4Cl tạo thành là 15ml và là một axít

yếu. Dung dịch thu được là một hệ đệm.

Áp dụng (2.10):



Thay pKa = 14 - pKb và



vào ta có:



Ví dụ 4: Tính pH của dung dịch thu được khi thêm 20ml KOH 0,1 M vào 25ml

dung dịch HCOOH 0,1 M. Cho Ka = 10-4

Phản ứng xảy ra:



Cũng tương tự bài trên, ta thấy dung dịch sau phản ứng còn dư HCOOH là 5ml,

lượng muối HCOOK tạo thành là một bazơ yếu có nồng độ tương đương nồng độ

KOH thêm vào. Do đó dung dịch thu được là hệ đệm.

Áp dụng (2.10), ta có:



2.5. CÂN BẰNG AXIT - BAZƠ TRONG DUNG MÔI KHÔNG NƯỚC

2.5.1. Phân loại các dung môi

Về nguyên tắc, mọi chất lỏng đều có thể dùng làm dung môi. Có các dung môi

phân tử trong đó tồn tại chủ yếu các phân tử không mang điện (ví dụ nước, rượu,

amoniac lỏng, các axit các boxylíc, các amin...) có các dung môi ion, trong đó chỉ

tồn tại các cation và anion và loại dung môi kim loại là kim loại nóng chảy (ở nhiệt

độ cao).

Các dung môi phân tử đóng vai trò quan trọng, trong đó các dung môi lưỡng

tính là quan trọng hơn cả.

2.5.2. Phản ứng Axít - bazơ trong dung môi lưỡng tính

Trong các dung môi lưỡng tính có quá trình tự phân proton của các phân tử

dung môi. Chẳng hạn với dung môi HS.

27



Tích số ion của dung môi.



Phản ứng tự phân proton của một số dung môi lưỡng tính.

Nước:



Rượu etylic:



Axit focmic:



Cũng như trong nước, trong dung môi lưỡng tính HS, ta có:



Và pKi = pH + pS

Trong dung môi nguyên chất pH = pS =1/2 pKi

Dung dịch sẽ có phản ứng axít khi [H2S+] > [S-] hoặc pH < pS, sẽ có phản ứng

bazơ khi [H2S+] < [S-] hoặc pH > pS

Nói chung trong dung môi này pH được xác định trong phạm vi pH = 0 cho đến

pH = PK(HS). Trong bảng (2.1) có cho đặc tính axit - bazơ của một số dung môi

lưỡng tính.

Bảng 2.1. Đặc điểm axit - bazơ của một số dung môi lưỡng tính.

Dung môi

(HS)

H2SO4



Ionlioni



Ionliat



Ki



Thang pH



H3SO4+



HSO4-



10-3,8



0 - 3,8



pH trung

bình

1,9



HCOOH



HCOOH+



HCOO-



10-6



0 - 6,0



3,0



CH3OH



CH3OH+



CH3O-



10-16,7



0 - 16,7



8,35



C2H5OH



C2H5OH2+



C2H5O-



10-19



28



Trong nước HCL là một axít mạnh, nhưng trong dung môi axít axêtíc băng có

tính bazơ rất yếu nên HCl lại là một axit yếu.



Đối với các dung môi có hằng số điện môi thì thường xảy ra sự liên hợp giữa

các ion tích điện ngược dấu. Chẳng hạn, trong dung dịch axít HA, còn xảy ra sự

liên hợp giữa các ion H2S+ và A- tạo ra các cặp ion H2S+A- (hay H+A-) khác với

phân tử HA. Do đó trong các dung môi này lực axít của nhiều chất giảm đi.

Ở trong H2O (ε = 78,5) axit axetic có pKa = 4,76; còn trong rượu (etanol ε =

24,2) thì pKa của axít axetic bằng 10,3, nghĩa là lực axit giảm đi nhiều.

Hằng số phân li của axít Ka phụ thuộc vào hằng số điện môi của dung môi, phụ

thuộc vào điện tích và kích thước các ion và nồng độ các ion.

Bảng 2.2. cho chỉ số hằng số axít và chỉ số hằng số bazơ của một số cặp axit bazơ trong etanol và trong axit axetic bằng.

Bảng 2.2. Chỉ số hằng số axit và bazơ

Cặp Axit – Bazơ

HNO3/ NO3-



Dung môi

C2H5OH



pKa

3,6



pKb

15,4



HCOOH/HCOO-



C2H5OH



9,2



9,5



CH3COOH /CH3COO-



C2H5OH



10,3



8,7



HClO4/ClO4-



CH3COOH băng



2,9



11,5



HCl/Cl-



CH3COOH băng



5,0



9,4



HNO3/NO3-



CH3COOH băng



9,4



5,0



Việc đánh giá pH trong các dung dịch không nước cũng tương tự như trong

dung dịch nước.



29



CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 2

2.1. Tính [OH-], pH, pOH đối với dung dịch axít có nồng độ [H+] = 0,0010M,

coi hệ số hoạt độ các cấu tử bằng 1.

2.2. Thêm 300ml H2O Vào 200ml dung dịch HCl có nồng độ lớn H+ 0,10M.

Tính pH của dung dịch sau khi đã pha loãng.

2.3. Tính pH, pOH và [H+], [OH-] của dung dịch HCl 1,0.10-3M.

2.4. Trộn 200ml dung dịch HCl có pH = 2,0 với 300ml dư HNO3 có pH = 3,0.

Tính pH của dung dịch thu được.

2.5. Nhỏ 1 giọt HCl 3,4.10-3 M vào 300,00 ml nước. Tính pH của dung dịch,

biết thể tích 1 giọt là 0,03ml.

2.6. Tính [H+], [OH-], pH của dung dịch thu được khi thêm 20,0 ml dung dịch

NaOH l,00.10-3M vào 80,00 ml dung dịch HCl 2,5.10-4 M.

2.7. Tính pH của dung dịch HCOOH 0,1M.



2.8. Tính nồng độ của dung dịch CH3COO- phải có trong dung dịch sao cho pH

= 3,0.

pH= 3,0 << 7,0. Vậy sự phân li của nước là không đáng kể.



2.9. Tính pH của dung dịch NaCN 0,010M, Kb = 10-4,65

2.10. Trộn 20,00ml HCl 0,02M với 30,00 ml dung dịch CH3COOH 0,15M.

Tính pH của hỗn hợp thu được, cho Ka. 10-4,76.

2.11. Tính pH của dung dịch CH3COOH Cl= 0,01 M và NH4Cl C2= 0,100M,

Ka = 10-4,76, Kb= 10-4,76.

2.12. Tính pH trong hỗn hợp HCOOH 1,00.10-3 M và KCN 0,100M,

Ka = 10-9,75.

2.13. Tính pH của hỗn hợp HCN 1,00.10-3M và KCN 0,100M, Ka = 10-9,36.

2.14. Tính pH và nồng độ S2- trong dung dịch H2S 0,10M: K1 = 10-7,03,

K2= 10-12,92

30



CHƯƠNG 3:

PHẢN ỨNG TẠO PHỨC



3.1. KHÁI NIỆM VỀ PHỨC CHẤT

3.1.1. Định nghĩa - phân loại

Phức chất là những hợp chất có thành phần phức tạp, đủ bền trong dung dịch

nước, nghĩa là khả năng phân li kém.

Ví dụ: Cho 1mmol (NH4)2SO4. Fe2(SO4)3.12H2O hòa tan vào thể tích xác định

nước và cho vào đó lượng KCNS dư, dung dịch nhận được có màu đỏ máu.

Cho 2mmol K3[Fe(CN)6] hòa tan vào thể tích nước như trên và cho vào đó

lượng KCNS dư → dung dịch nhận được sẽ có màu hồng. Điều đó chứng minh

K3[Fe(CN)6] bền hơn (NH4)2SO4 Fe2(SO4)3. 12H2O. Khả năng phân li ra Fe3+ tự do

của [Fe(CN)6]3- là rất yếu vì nó là phức chất, còn (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.12H2O là

muối kép.

Phức chất có hai loại, đó là phức chất vô cơ và phức chất hữu cơ.

- Phức chất vô cơ: K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6], NH4+ [Ag(NH3)2]Cl, CdCl3-,

CdCl42-...

- Phức chất hữu cơ: +Me2+ tạo với muối 2 lần thế Na của EDTA (Etylen

Diamin Tetra Axetic axit):



Pb2+ tạo với Dietyl Dithio Cacbamat Natri:



Phức [DDC]Pb/2 có công thức như sau:



31