Bài giảng Hóa vô cơ - Các thuyết Acid. Base

HOÙA VOÂ CÔ

CAÙC THUYEÁT

ACID - BASE

❖Caùc loaïi phaûn öùng khoâng thay ñoåi soá oxy hoùa

Phaân chia theo quan ñieåm acid - base

1. Phaûn öùng acid – base

 Laø phaûn öùng hình thaønh lieân keát coäng hoùa trò töø

1 caëp electron cuûa moät chaát vaø 1 orbital troáng

cuûa moät chaát khaùc.

 Ví duï:

H⁺(k) + Cl^-(k) = H – Cl (k)

NH₃(k) + BF₃(k) = H₃N – BF₃(r) (NH₃.BF₃)

NH⁴⁺+ OH^-= NH₃+ HO – H (NH₃.H₂O)

NaOH (r) + CO₂(k) = NaHO-CO₂(r) (NaHCO₃)

H⁺(aq) + OH^-(aq) = H – OH (l)

Cu²⁺(aq) + NH₃(aq) = [Cu – NH₃]+(aq)

CaO(r) + SiO₂(k) = Ca₂+[-O – SiO₂-](r)

(CaSiO₃)

Chaát cho caëp electron laø base, chaát nhaän caëp

electron laø acid.

2. Phaûn öùng phaân huûy

 Laø phaûn öùng phaù huûy chaát phöùc taïp taïo thaønh

chaát ñôn giaûn hôn.

 Ví duï:

CaCO₃(r) = CaO (r) + CO₂(r)

3. Phaûn öùng keát tuûa töø caùc ion

 Laø phaûn öùng lieân keát cuûa caùc ion taïo thaønh chaát

raén coù lieân keát ion.

 Ví duï:

Ag⁺(aq) + Cl^-(aq)  AgCl(r) + aq

2-

Ba²⁺(aq) + SO₄(aq)  BaSO₄(r) + aq

Caùc phaûn öùng loaïi naøy ñeàu coù tính thuaän nghòch.

4. Phaûn öùng goác

 Laø phaûn öùng taïo thaønh moät lieân keát ñôn coäng hoùa

trò töø 2 goác töï do.

 Ví duï:

· ·

H + H = H –H

5 Phaûn öùng polimer hoùa

 Laø phaûn öùng taïo thaønh ñaïi phaân töû töø raát nhieàu

phaân töû cuøng loaïi.

 Ví duï:

nSO₃(k) → (-OSO₂-OSO₂-OSO₂-)_n/3(r)

❖Caùc thuyeát acid – base vaø lónh

vöïc aùp duïng cuûa noù

I .THUYẾT ACID –BASE ARRHENIUS (1887)

Ñònh nghóa: acid laø chaát phaân li trong nöôùc

cho ion H⁺, base laø chaát phaân li trong nöôùc

cho ion OH^-.

 Ví duï: HCl (k)

H O

H⁺(aq) + Cl^-(aq)

2

H O

NaOH (r)

Na⁺(aq) + OH^-(aq)

2

 Thuyeát naøy chæ ñuùng trong dung dòch nöôùc

II. THUYEÁT ACID – BASE

BR ONSTED-LOWRY

Johannes Nicolaus Brønsted

Thomas Martin Lowry

 Döïa treân tính chaát proton, H⁺: khoâng coù lôùp voû

electron, chæ laø haït nhaân neân kích thöôùc raát nhoû, H⁺

coù theå xaâm nhaäp saâu vaøo lôùp voû cuûa caùc ion, phaân töû

khaùc ñeå thöc hieän phaûn öùng trao ñoåi ion.

1. ÑÒNH NGHÓA:

 Acid laø tieåu phaân cho proton (H⁺), coøn base laø tieåu phaân

nhaän proton trong phaûn öùng.

 Ví duï:

HCl  H⁺+ Cl^-

-

H₂SO₄ H⁺+ HSO₄

 Vì acid laø chaát nhöôøng H⁺vaø base nhaän H⁺, neân

trong 2 ví duï treân ta coù caùc caëp acid, base:

HCl/Cl^-vaø H₂SO₄/HSO₄

-

Nhöõng caëp acid/base nhö vaäy goïi laø caëp

acid/base lieân hôïp.

Caùc acid, base Bronsted coù theå laø phaân töû trung

hoaø, cation hoaëc anion.

Dự đoán axit – baz Bronsted

 Axit – là các chất phải có chứa H⁺.

✓Cation: NH⁴⁺…

✓Các cation kim loại bị hydrat hóa trong nước

Ví dụ: Al³⁺+ 6H₂O ⇌ [Al(H₂O)₆]³⁺

[Al(H₂O)₆]³⁺⇌ [Al(H₂O)₅OH]²⁺+ H⁺

-

✓Anion: HSO₄, H₂PO₄…

✓Phân tử trung hòa điện: HCl, H₂SO₄, H₂O …

 Baz – chất có dư mật độ điện tích âm:

2-

✓Có điện tích âm (anion): Cl^-, SO₄…

✓Có phân cực âm (phân tử phân cực - bất đối xứng trong không gian):

NH₃, HCl

ACID

BASE

+

HCl  H⁺+ Cl^-

H₂O  H⁺+ OH^-

NH₃+ H⁺ NH₄

TRUNG

HOAØ

H₂O + H⁺ H₃O⁺

-

2-

HSO₄ H⁺+ SO₄CH₃COO^-+H⁺CH₃COOH

ANION

-

2-

HCO₃ H⁺+ CO₃Cl- + H⁺ HCl

+

NH₄ H⁺+ NH₃

CATION

H₃O⁺ H⁺+ H₂O

 Lưỡng tính: vừa có KN cho, vừa có KN nhận H⁺

✓Các hợp chất có chứa H⁺thường là các chất lưỡng tính

Ví dụ: H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺+ OH^-

HF + HF ⇌ H₂F⁺+ F^-

H₂SO₄+ H₂SO₄⇌ H₃SO₄+ HSO₄

K_cb= K_S

+

-

✓Khi phản ứng với axit mạnh hơn: lưỡng tính = baz

Khi phản ứng với baz mạnh hơn: lưỡng tính = axit

-

Ví dụ: H₂PO₄+ HCl → H₃PO₄+ Cl^-

-

2-

H₂PO₄+ HCO₃→ HPO₄+ H₂CO₃

pK_a2

7.21 10.33

 Trung tính: vừa không có khả năng nhường, vừa không có khả

năng nhận H⁺

✓Cation kim loại khan: Na⁺, Ca²⁺…

✓Phân tử không phân cực: CO₂, B₂Cl₆…

 Do H⁺khoâng toàn taïi ñöôïc ôû daïng töï do, neân caùc

acid chæ cho proton khi coù base nhaän vaø ngöôïc laïi.

 Phaûn öùng trao ñoåi proton xaûy ra toång quaùt giöõa hai

caëp acid-base lieân hôïp nhö sau:

A₁+ B₂ A₂+ B₁

Trong dung dòch, caùc phaân töû vaø ion do dung moâi

ñieän ly ra cuõng ñoùng vai troø cuûa caëp acid-base

lieân hôïp.

H₃O⁺/H₂O; H₂O/OH^-

 Caùc hôïp chaát coù chöùa H⁺luoân laø chaát löôõng

tính, phuï thuoäc vaøo chaát phaûn öùng vôùi noù coù khaû

naêng cho, nhaän H⁺maïnh hay yeáu hôn noù.

 2. CƯỜNG ĐỘ ACID-BASE BRONSTED Ở

TRẠNG THÁI KHÍ:

 Ta coù theå ñaùnh giaù khaû naêng nhaän H⁺cuûa moät base

thoâng qua hieäu öùng nhieät cuûa quaù trình trong pha

khí.

B (k) + H⁺(k) = BH⁺(k), H = -Q

ÔÛ ñaây Q laø naêng löôïng giaûi phoùng ra cuûa quaù trình.

Q caøng lôùn thì H caøng aâm, quaù trình keát hôïp caøng

maïnh.

 Base B caøng maïnh thì acid lieân hôïp BH⁺caøng

yeáu.

Baûng caùc giaù trò Q (kJ/mol)

(trang 7 taøi lieäu T2 NTTNga)

Ion

Phaân töû

Ion

1554

Phaân töû

399

H^-

1674

H₂

423

F^-

F₂

-

PH₂

1541

1501

1743

3084

2565

1689

PH₃

789

Cl^-

Br^-

I^-

O^2-

OH^-

S^2-

SH^-

Se^2-

SeH^-

1398

1354

1315

2318

1635

2300

1478

2200

1420

HCl

HBr

HI

564

589

628

-

AsH₂

AsH₃

CH₄

7

-

CH₃

552

N^3-

-

NH₂

H ₂O

H₂S

679

712

-

NH₂

NH₃

NCl₃

NF₃

85

795

556

H₂Se

717

 Ñeå xaùc ñònh cöôøng ñoä cuûa caùc acid, ngöôøi ta döïa

treân caùc giaù trò Q cuûa caùc base lieân hôïp cuûa chuùng.

 Ví duï:

F^-(k) + HCl(k) = HF(k) + Cl^-(k)

Q (kJ/mol) 1554

1398

 Ta thaáy F^-laø base maïnh hôn Cl^-(Q lôùn hôn), neân F^-

laáy ñöôïc H⁺cuûa HCl.

 Baûng giaù trò Q cuûa caùc base lieân hôïp cuûa acid trang

9 T2 NTTNga (Q caøng lôùn acid caøng yeáu).

3. CÖÔØNG ÑOÄ ACID-BASE BRONSTED TRONG

DUNG MOÂI PROTON HOAÙ

 DUNG MOÂI PROTON HOÙA:

 Laø caùc dung moâi coù theå bò töï ion hoùa moät phaàn khi ôû traïng

thaùi loûng taïo H⁺.

 Do H⁺khoâng coù lôùp voû electron, neân chæ laø moät ñieän tích

ñieåm vôùi maät ñoä ñieän tích döông raát cao. Do ñoù, khi ôû traïng

thaùi loûng (khoaûng caùch caùc phaân töû raát gaàn nhau), H⁺

khoâng toàn taïi töï do maø luoân bò solvat hoaù bôûi caùc tieåu phaân

dung moâi quanh noù.

 Ví duï: H₂O(l), NH₃(l), H₂SO₄(l), HCl(l)…

Vôùi nöôùc: H₂O + H₂O = H₃O⁺+ OH^-

 Toång quaùt, vôùi dung moâi proton hoùa HSol, ta coù:

HSol + HSol  H₂Sol⁺+ Sol^-, K_S

 Haèng soá caân baèng cuûa quaù trình naøy goïi laø Haèng soá

töï proton hoùa K_S:

K_S= [H₂Sol⁺][Sol^-], do [HSol] xem laø haèng soá.

 Vôùi nöôùc K_S= [H₃O⁺][OH^-] = 10^-14ôû 22⁰C.

 Caùc dung moâi proton hoùa laø nhöõng chaát löôõng tính

theo quan ñieåm acid-base Bronsted.

Trong caùc dung moâi proton hoùa coù maët 2 caëp acid/base

lieân hôïp:

Sol^-+ H⁺ HSol

HSol ⁺H⁺ H₂Sol⁺

(HSOl/Sol^-)

(H₂Sol⁺/HSOl)