Thí nghiệm khảo sát tính dẫn điện của nước, dung dịch muối ăn và dung dịch đường.
Mô phỏng thí nghiệm khảo sát tính dẫn điện của nước, dung dịch muối ăn và dung dịch đường.
- \(H_2O\) là phân tử có cực, khi cho tinh thể \(\text{NaCl}\) vào nước sẽ xảy ra quá trình tương tác làm cho các ion \(Na^+\) và \(Cl^-\) tách dần ra khỏi tinh thể và hòa tan vào nước. Quá trình này gọi là quá trình điện li, \(NaCl\) gọi là chất điện li.
- Sự điện li của \(NaCl\) trong nước được biểu diễn bằng phương trình điện li như sau:
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. Phân loại các chất điện li
Thí nghiệm khảo sát tính dẫn điện của dung dịch glucose, hydrochloric acid và acetic acid
Mô phỏng thí nghiệm tính dẫn điện của dung dịch glucose, hydrochloric acid và acetic acid
Chất điện li mạnh là chất khi tan trong nước, các phân tử hoà tan đều phân li ra ion (dùng một mũi tên chỉ chiều của quá trình điện li).
\(HCl\rightarrow H^++Cl^-\)
- Các chất điện li mạnh bao gồm base mạnh (\(NaOH, KOH, Ca(OH)_2, Ba(OH)_2,\)...), acid mạnh (\(HCl, HNO_3, H_2SO_4,\)...), và hầu hết các muối tan.
Chất điện li yếu là chất khi tan trong nước chỉ có một số phân tử hoà tan phân li ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại ở dạng phân tử trong dung dịch (dùng hai nửa mũi tên ngược chiều nhau).
\(CH_3COOH⇌CH_3COO^−+H^+\)
- Những chất điện li yếu gồm các acid yếu (\(CH_3COOH, HClO, HF, H_2CO_3,\)...) và base yếu như (\(Cu\left(OH\right)_2\), \(Fe\left(OH\right)_2\),...).
Chất không điện li là chất khi hoà tan vào trong nước, các phân tử không phân li thành ion.
- Nhiều chất hữu cơ tan được trong nước như đường saccharose (\(C_{12}H_{22}O_{11}\)), ethanol (\(C_2H_5OH\)), glycerol,... là những chất không điện li.
II. Thuyết Bronsted - Lowry về acid - base
Thuyết Brosted - Lowry: Acid là chất cho proton (\(H^+\)) và base là chất nhận proton. Acid và base có thể là phân tử hoặc ion.
Ví dụ 1: \(HCl + H_2O → H_3O^+ + Cl^-\)
Trong phản ứng trên, \(HCl\) cho \(H^+\), \(HCl\) là acid; \(H_2O\) nhận \(H^+\), \(H_2O\) là base.
Ví dụ 2: \(NH_3 + H_2O ⇌ NH_4^+ + OH^-\)
Trong phản ứng thuận, \(NH_3\) nhận \(H^+\) của \(H_2O\), \(NH_3\) là base, \(H_2O\) là acid; ion \(NH_4^+\) là acid, ion \(OH^-\) là base.
Ví dụ 3: Trong dung dịch \(NaHCO_3\) có các cân bằng sau:
Ion \(HCO_3^-\) trong nước vừa có thể cho proton, vừa có thể nhận proton nên gọi là chất lưỡng tính.
III. Khái niệm pH. Chất chỉ thị acid - base
1. Khái niệm pH
- Nước là chất điện li yếu: \(H_2O⇌H^++OH^−\)
- Tích số ion của nước \(K_w=\left[H^+\right]\left[OH^-\right]\)trong nước nguyên chất hoặc trong dung dịch nước có nồng độ chất tan không quá cao ở mỗi nhiệt độ là một hằng số.
Ở 25oC, \(K_w = [H^+][OH^-] = 10^{-14}\). Nước có môi trường trung tính, tức là \([H^+] = [OH^-]=10^{-7} M\).
Khi thêm acid vào nước, \(\left[H^+\right]\uparrow, \left[OH^-\right]\downarrow\). \(\Rightarrow\left[H^+\right]>\left[OH^-\right]\) nên \(\left[H^+\right]>10^{-7}mol/L\) hay pH < 7.
Khi thêm base vào nước,\(\left[H^+\right]\downarrow,\left[OH^-\right]\uparrow\). \(\Rightarrow\left[H^+\right]< \left[OH^-\right]\)nên \(\left[H^+\right]< 10^{-7}mol/L\) hay pH < 7.
- Độ acid và độ kiềm của dung dịch có thể được đánh giá bằng nồng độ \(H^+\) hoặc quy về giá trị pH với quy ước sau:
\(pH = -lg[H^+] \) hoặc \([H^+] = 10^{-pH}\)
Thang pH
- Thang pH thường dùng có giá trị từ 1 đến 14.
2. Ý nghĩa của pH trong thực tiễn
Chỉ số pH là một trong những yếu tố rất quan trong để đánh giá các tiêu chí liên quan đến môi trường cũng như sức khoẻ con người.
Chỉ số pH trong hệ tiêu hoá của con người
Trong cơ thể của người, độ pH ở các cơ quan khác nhau có giá trị khác nhau. Chỉ số pH trong cơ thể liên quan đến tình trạng sức khoẻ. Do đó, mỗi người cần duy trì được chế độ ăn để cơ thể có pH phù hợp, duy trì được sức khoẻ.
Độ pH trong đất được dùng làm cơ sở cho việc sử dụng đất, sử dụng phân bón hợp lí và hiệu quả nhằm bảo vệ chất lượng môi trường đất và tránh ô nhiễm nguồn nước.
3. Chất chỉ thị acid - base
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 quỳ, phenolphthalein có màu sắc thay đổi trong các khoảng pH khác nhau.
Màu của giấy pH, giấy quỳ và phenolphthalein trong dung dịch ở các khoảng pH khác nhau
- Để biết giá trị pH gần đúng của dung dịch, có thể sử dụng giấy chỉ thị pH.
IV. Chuẩn độ acid - base
Nguyên tắc: Chuẩn độ acid - base là phương pháp được sử dụng để xác định nồng độ dung dịch acid hoặc base bằng dung dịch base hoặc dung dịch acid đã biết chính xác nồng độ.
- Khi chuẩn độ, người ta thêm từ từ dung dịch đựng trong burette vào dung dịch đựng trong bình tam giác. Thời điểm mà hai chất tác dụng vừa đủ gọi là điểm tương đương. Điểm tương đương được xác định bằng sự đổi màu của chất chỉ thị acid - base.
- Thao tác khi chuẩn độ: Tay thuận cầm bình tam giác, lắc nhẹ dung dịch trong bình, tay không thuận điều khiển khóa burette để thêm từ từ từng giọt dung dịch trên burette vào bình tam giác.
- Nồng độ mol của dung dịch NaOH được tính theo công thức:
\(C_{NaOH}=\dfrac{V_{HCl}.C_{HCl}}{V_{NaOH}}\)
V. Ý nghĩa thực tiễn cân bằng trong dung dịch nước của ion \(Al^{3+}\), \(Fe^{3+}\) và \(CO_3^{2-}\)
1. Ý nghĩa thực tiễn cân bằng trong dung dịch nước của ion \(Al^{3+},Fe^{3+}\)
- Phèn chua hay phèn nhôm - kali (\(K_2SO_4.Al_2(SO_4)_3.24H_2O\)) và phèn sắt (\((NH_4)_2SO_4.Fe_2(SO_4)_3.24H_2O\)) được sử dụng làm chất keo tụ trong quá trình xử lý nước do tạo \(Al(OH)_3, Fe(OH)_3\). Các hydroxide này ở dạng keo, kéo theo các chất bẩn lơ lửng trong nước lắng xuống.
Phương trình thủy phân ion \(M^{3+}\):
\(M^{3+}+3H_2O⇌M(OH)_3↓+3H^+\)
2. Ý nghĩa thực tiễn cân bằng trong dung dịch nước của ion \(CO_3^{2-}\)
- Hồ bơi tiêu chuẩn có độ pH nước khoảng từ 7,2 đến 7,8. Mất cân bằng pH là một trong những vấn đề thường gặp nhiều ở hồ bơi. Soda (\(Na_2CO_3\)) được xem là hóa chất hiệu quả được sử dụng để tăng pH của nước hồ bơi.
