Hoa vo co b3 (bai 2 can bang hoa hoc)

9/4/2017

BÀI 2 (BUỔI 3)
CÂN BẰNG HÓA HỌC
DUNG DỊCH ĐIỆN LY
KHÁI NIỆM ACID - BASE
Bài giảng dành cho dược sĩ chính quy năm 1

ThS Trần Thị Vân Anh


CHUẨN NĂNG LỰC
1.

Thiết lập biểu thức tính hằng số cân bằng hóa học

2.

Trình bày được nguyên lý Le Chatelier và vận dụng trong việc dự
đoán chuyển dịch cân bằng

3.

Giải thích được khái niệm: Độ điện ly ()

4.

Tính toán hằng số điện ly K của chất điện ly yếu và ứng dụng cân
bằng điện ly

5.

Phân biệt được acid và base theo các thuyết của Arrhenius,
Bronsted-Lowry và của Lewis

6.

Tính toán pH của các dung dịch acid, base và dung dịch đệm

1


9/4/2017

NỘI DUNG
1. Phản ứng hóa học
2. Cân bằng hóa học
3. Sự chuyển dịch cân bằng – Nguyên lý Le Chatelier
4. Dung dịch điện ly
5. Thuyết acid – base
6. Sự điện ly của nước – Thang pH
7. Cân bằng acid – base
8. Cách tính pH của một số dung dịch

1.PHẢN ỨNG HÓA HỌC
 2 loại :
• Phản ứng một chiều
• Phản ứng thuận nghịch

2

9/4/2017

1.PHẢN ỨNG HÓA HỌC
• Phản ứng một chiều (phản ứng hoàn toàn, phản ứng
không thuận nghịch): tất cả các chất ban đầu tác dụng
hết để tạo thành sản phẩm
KMnO4 (r )  K2MnO4 + MnO2 + O2
2 H2O2 (l)  2 H2O + O2

1.PHẢN ỨNG HÓA HỌC
• Phản ứng thuận nghịch: phản ứng trong những điều
kiện xác định có thể tiến hành đồng thời theo hai chiều
ngược nhau
N2O4 (k) ⇆ 2 NO2 (k)
H2 (k) + I2 (k) ⇆ 2 HI (k)

3


9/4/2017

2. CÂN BẰNG HÓA HỌC
A⇆B
 Phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng khi:
 Lượng các chất đầu mất đi theo phản ứng thuận bằng
lượng chất của chúng được tạo thành từ phản ứng
nghịch

2. CÂN BẰNG HÓA HỌC

• Vd:

N2O4 (k) ⇄ 2 NO2 (k)
không màu
màu nâu

Hình. Chuyển dịch cân bằng N2O4 (k) ⇄ 2 NO2

4


9/4/2017

2. CÂN BẰNG HÓA HỌC
• Vd:

N2O4 (k) ⇄ 2 NO2 (k)
không màu
màu nâu

2. CÂN BẰNG HÓA HỌC
 Hằng số cân bằng K
• Hằng số cân bằng của hệ NO2 / N2O4
N2O4 (k) ⇄ 2 NO2

•

Xét phản ứng thuận nghịch
mA + nB ⇄ pC + qD
(1)

(1): biểu thức của định luật tác dụng khối lượng

5


9/4/2017

2. CÂN BẰNG HÓA HỌC
 Ý nghĩa của biểu thức tác dụng khối lượng
• K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của các chất
tham gia phản ứng
• K không phụ thuộc vào lượng chất ban đầu
• K cho biết mức độ hoàn thành phản ứng

3.SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG.
NGUYÊN LÝ LE CHATELIER
• Khi thay đổi một trong số các thông số xác định trạng
thái cân bằng của một hệ thì cân bằng sẽ chuyển dịch
theo chiều hướng chống lại sự thay đổi đó
• 3 sự thay đổi:
– Nồng độ chất ban đầu hay sản phẩm
– Áp suất hay thể tích của hệ
– Nhiệt độ

6


9/4/2017

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG.
NGUYÊN LÝ LE CHATELIER
3.1. Ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ đến cân bằng hóa học
•

Xét cân bằng ở 523 oK
PCl3 (k) + Cl2 (k) ⇆ PCl5 (k)

•

Nếu tăng nồng độ PCl3 hoặc Cl2 (các chất đầu) thì cân bằng sẽ chuyển
dịch sang phải tạo ra thêm PCl5 để giữ KC là hằng số

•

Nếu giảm nồng độ PCl3 hoặc Cl2 (các chất đầu) HOẶC tăng nồng độ
PCl5 thì cân bằng sẽ chuyển dịch sang trái (tạo thêm chất đầu) thêm
PCl5 để giữ KC là hằng số

=> Hệ cân bằng luôn dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi nồng độ

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG.
NGUYÊN LÝ LE CHATELIER
3.2. Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất đến cân bằng hóa học
• Áp suất chỉ ảnh hưởng đến cân bằng của hệ ở trạng thái khí
• Áp suất thay đổi khi:
– Thay đổi nồng độ của thành phần khí
– Thêm 1 khí trơ
– Thay đổi thể tích bình phản ứng

7


9/4/2017

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG.
NGUYÊN LÝ LE CHATELIER
3.2. Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất đến cân bằng
hóa học
• Thêm khí trơ: không ảnh hưởng đến vị trí cân bằng
Thay đổi áp suất do thay đổi thể tích: ảnh hưởng
nhiều tới vị trí cân bằng: vì thay đổi thể tích dẫn đến thay
đổi nồng độ
• Hệ cân bằng luôn chuyển dịch theo chiều chống lại sự
thay đổi áp suất

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG.
NGUYÊN LÝ LE CHATELIER
3.3. Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến cân bằng
hóa học
• Phản ứng thu nhiệt: nhiệt độ tăng, cân bằng dịch chuyển
sang phải tạo nhiều sản phẩm hơn
• Phản ứng tỏa nhiệt: nhiệt độ tăng, cân bằng dịch chuyển
sang trái
• Chiều chuyển dịch cân bằng là chiều chống lại sự thay
đổi nhiệt độ

8

9/4/2017

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG.
NGUYÊN LÝ LE CHATELIER
3.4. Ảnh hưởng của chất xúc tác
• Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận và phản
ứng nghịch ở cùng mức độ => không làm thay đổi vị trí
cân bằng
• Vai trò của chất xúc tác là tối ưu hóa về năng lượng và
thời gian cho 1 hệ phản ứng

3. SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG.
NGUYÊN LÝ LE CHATELIER
3.5. Ứng dụng các nguyên tắc chuyển dịch cân bằng
• Tổng hợp NH3
N2 (k) + 3 H2 (k) ⇆ 2 NH3 (k) ∆H0 = - 91,8 Kj
Tối đa sản lượng NH3 bằng cách:
• Nồng độ: Giảm [NH3]: liên tục rút NH3 ra khỏi hệ
• Áp suất :Tăng áp suất các khí là chất đầu: N2 , H2
• Nhiệt độ: giảm nhiệt độ vì chiều thuận là chiều tỏa nhiệt

9


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
1. Định nghĩa, phân loại chất điện ly
2. Độ điện ly 
3. Hoạt độ và hệ số hoạt độ

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.1. Định nghĩa chất điện ly
• Chất điện ly: chất khi hòa tan trong dung môi mà các phân tử
của chúng phân ly thành ion
• Vd: NaCl

• Nguyên nhân chính của sự điện ly là do tương tác giữa phân
tử chất điện ly và dung môi tạo thành các ion solvat hóa hoặc
ion hydrat hóa

10


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐiỆN LY
4.1. Định nghĩa chất điện ly
• Vd: Qúa trình hòa tan NaCl trong nước

NaCl + H2O  Na+ (aq) + Cl- (aq)

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.1. Định nghĩa chất điện ly
Vd: Quá trình hòa tan HCl vào nước
HCl

+

H2O



H3O+

+

Cl-

Ion hydroni (ion oxoni)

• Hỏi: Phân tích liên kết trong phân tử H3O+

11


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.2. Phân loại chất điện ly
• Chất điện ly mạnh: acid vô cơ, base vô cơ nhóm kim
loại IA, IIA, hầu hết các muối vô cơ
• Chất điện ly yếu: hầu hết các acid và base hữu cơ, các
acid và base vô cơ còn lại
• Vd: Đâu là chất điện ly mạnh, yếu trong các phản ứng
sau ?

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.3. Độ điện ly 
• Là tỷ số giữa số phân tử điện ly và tổng số phân tử hòa

tan

• Quy ước đối với dung dịch 0,01 N ở 25 oC
•   30% : chất điện ly mạnh
• 3 % <  < 30% : chất điện ly trung bình
•   3 % : chất điện ly yếu

12


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.3. Độ điện ly 
 Các yếu tố ảnh hưởng
• Bản chất của chất tan: mỗi chất tan có  riêng
• Bản chất của dung môi
• Nồng độ: nồng độ lớn =>  nhỏ vì các ion dễ gặp nhau tái tạo
lại phân tử ban đầu
• Nhiệt độ
• Sự có mặt của ion cùng tên

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.3. Độ điện ly 
 Các yếu tố ảnh hưởng
4.3.1. Bản chất của chất tan
• Độ điện ly của phân tử ion > phân tử liên kết cộng hóa trị
phân cực > phân tử liên kết cộng hóa trị không phân cực
• Mỗi chất điện ly có một giá trị  riêng trong cùng dung
môi và cùng nhiệt độ

13


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.3. Độ điện ly 
 Các yếu tố ảnh hưởng
4.3.2. Bản chất của dung môi
• Dung môi phân cực càng lớn gây ra sự điện ly càng
mạnh
• Dung môi không phân cực thì không gây ra sự phân ly
chất tan

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.3. Độ điện ly 
 Các yếu tố ảnh hưởng
4.3.3. Nồng độ
• Nồng độ lớn =>  nhỏ vì các ion dễ gặp nhau tái tạo lại
phân tử ban đầu

14


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.3. Độ điện ly 
 Các yếu tố ảnh hưởng

4.3.4. Nhiệt độ
Vd:

∆H = 55,9 kJ

• Phản ứng thu nhiệt => khi đun nóng, độ điện ly của
nước tăng lên đáng kể

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.3. Độ điện ly 
 Các yếu tố ảnh hưởng
4.3.5. Ion cùng tên
• Vd
• Khi thêm HCl đặc vào dung dịch => cân bằng dịch
chuyển mạnh sang trái. Trong dd chủ yếu là CoCl2
không điện ly

15


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.4. Hằng số điện ly K của chất điện ly yếu
• Sự điện ly hợp chất MXAY

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.4. Hằng số điện ly K của chất điện ly yếu
 Trường hợp x = y =1

• Gọi C là nồng độ (mol/l) lúc ban đầu. Tại thời điểm cân
bằng
• [M+ ] = [A- ] = C
• [MA] = (1- )C

=>

=>

16


9/4/2017

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.4. Hằng số điện ly K của chất điện ly yếu
• Biểu thức của định luật pha loãng Ostwald

• Các chất điện ly yếu có  nhỏ => có thể xem 1 -   1
và
• Vd: acid acetic có  = 0,054 ở nồng độ 6,0 x 10-3 M, 25 oC.
Tính hằng số điện ly K của acid acetic

4. DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
4.4. Hằng số điện ly K của chất điện ly yếu
 Phân loại chất điện ly dựa vào hằng số điện ly K
• K  10-10 : chất điện ly rất yếu (H2O, HCN, phenol, anilin..)
• K  10-5 – 10-9 : chất điện ly yếu (CH3COOH, NH4OH)
• K  10-2 – 10-4 : chất điện ly trung bình (H3PO4 ,Ca(OH)2)
• K > 10-2 : chất điện ly mạnh

17


9/4/2017

5. THUYẾT ACID-BASE
5.1. Thuyết Arrhenius
5.2. Thuyết Bronsted-Lowry
5.3. Thuyết Lewis

5. THUYẾT ACID-BASE
5.1. Thuyết Arrhenius
• Acid: chất chứa H và có thể điện ly trong nước tạo ra ion H+ (H3O+)
• Base: chứa nhóm OH và có thể điện ly trong nước tạo ra ion OH• Phản ứng giữa acid và base gọi là phản ứng trung hòa

 Thuyết Arrhenius có nhiều hạn chế
• Có những chất không chứa nhóm OH- nhưng trong nước vẫn có
tính base: NH3, amin hữu cơ, KCN, Na2S...
• Chất không chứa H vẫn có tính acid: Al2(SO4)3 , Cu(NO3)2

18


9/4/2017

5. THUYẾT ACID-BASE
5.2. Thuyết Bronsted – Lowry (thuyết proton)
• Acid là một phần tử (phân tử, ion) có thể cho một proton H+
• Base là một phần tử (phân tử, ion) có thể nhận một proton H+

 Base phải có một cặp e tự do để có thể tạo liên kết với H+
Vd:

5. THUYẾT ACID-BASE
5.2. Thuyết Bronsted – Lowry (thuyết proton)
• HA là một acid
H+

⇆

HA
Acid

+

A-

Base liên hợp

• B là một base
B
Base

+

H+

⇆

BH+

Acid liên hợp

• HA/A- và BH+/ B là các cặp acid – base liên hợp

19


9/4/2017

5. THUYẾT ACID-BASE
5.2. Thuyết Bronsted – Lowry (thuyết proton)
• Độ mạnh tương đối của một acid hay base được đo bởi
xu hướng dễ hay khó khi cho hay nhận proton
HCl + H2O  H3O+ + ClCH3COOH + H2O ⇆ H3O+ + CH3COO• Độ mạnh của acid hay base thay đổi theo dung môi
Vd: CH3COOH là acid yếu trong nước nhưng là acid mạnh
trong NH3 lỏng

5. THUYẾT ACID-BASE
5.2. Thuyết Bronsted – Lowry (thuyết proton)
• Phản ứng acid – base: quá trình vận chuyển proton giữa 2
cặp acid - base liên hợp
A1
Acid 1

+

B1
base 2

⇆

A2
acid 2

+

B2
base 1

• Chiều xảy ra của phản ứng: phản ứng xảy ra theo chiều
1 acid mạnh hơn + 1 base mạnh hơn  1 acid yếu hơn +
1 base yếu hơn
• Thuyết Bronsted là thuyết hiện đại, được sử dụng rộng rãi
trong hóa học hiện nay

20


9/4/2017

5. THUYẾT ACID-BASE
5.3. Thuyết Lewis
• Acid là một phần tử nhận một cặp e để tạo thành một
liên kết cộng hóa trị
• Base là một phần tử cho một cặp e tự do để liên kết với
acid
 Thuyết Lewis khái quát hơn về khái niệm acid: acid
không nhất thiết phải chứa H để cho proton mà là những
chất có obital hóa trị trống để nhận cặp e tự do
 Thuyết Lewis và Bronsted giống nhau về khái niệm base

5. THUYẾT ACID-BASE
5.3. Thuyết Lewis
Vd: Đâu là acid, base trong các phản ứng sau

21


9/4/2017

6. SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC. THANG pH
6.1. Sự điện ly của nước
6.2. Thang pH

6. SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC. THANG pH
6.1. Sự điện ly của nước
• Nước là dung môi lưỡng tính, vừa cho vừa nhận proton

H2O
Acid 1

H+

H2O

⇆

H2O

+

H+

⇆

+

H2O

⇆

H3O+

base 2

OH-

+

H3O+

acid 2

+

OHbase 1

22

9/4/2017

6. SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC. THANG pH
6.1. Sự điện ly của nước
Ở 25 oC

• Nồng độ nước nguyên chất = 1000/18,02
=> Tích số ion (Kn) của nước

6. SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC. THANG pH
6.1. Sự điện ly của nước
Bảng. Phân loại acid, base theo nồng độ H3O+ và OHDung dịch

Giới hạn chung

ở 25oC

Acid

[H3O+] > [OH-]

[H3O+] > 10-7

[OH-] < 10-7

Trung tính

[H3O+] = [OH-]

[H3O+] = 10-7

[OH-] = 10-7

Base

[H3

O+]

<

[OH-]

[H3

O+]

<

10-7

[OH-] > 10-7

VD: Cho biết dung dịch X là acid, base hay trung tính, biết
nồng độ H3O+ của dung dịch X bằng 3,0 x 10-11 M
Giải:

=> X là dung dịch acid vì [H3O+] > [OH-]

23

9/4/2017

6. SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC. THANG pH
6.2. Thang pH
• pH dùng để biểu thị tiềm năng của ion hydro

Hình. Thang pH

6. SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC. THANG pH
6.2. Thang pH

Bảng. Quan hệ giữa [H3O+] , [OH- ] với pH

24


9/4/2017

7. CÂN BẰNG ACID-BASE
7.1. Sự điện ly của các acid và base yếu
7.2. Mối quan hệ giữa Ka và Kb của một cặp acid – base
liên hợp
7.3. Sự điện ly của acid, base đa chức. Chất lưỡng tính

7. CÂN BẰNG ACID-BASE
7.1. Sự điện ly của các acid và base yếu
 Acid yếu:

HA + H2O ⇆ H3O+ + A-

•

Với dung dịch đủ loãng, và mục đích thực hành, dùng đại lượng Ka

•

Ka : hằng số (điện ly) acid

•

pKa : chỉ số sức acid

•

Ka càng …….. => acid càng mạnh

•

pKa càng ……. => acid càng mạnh

25