Giáo trình Hóa học vô cơ - Chương 3, Phần 2: Phản ứng không thay đổi số oxi hóa
III.3 Ñaùnh giaù khaû naêng töï xaûy ra cuûa phaûn öùng axit
- bazô baèng ñoä maïnh axít – bazô cuûa chaát
Nguyeân taéc ñaùnh giaù: Tính axít – bazô cuûa caùc chaát
tham gia phaûn öùng caøng khaùc xa nhau, phaûn öùng caøng deã
xaûy ra vaø xaûy ra caøng hoaøn toaøn.
Ñoä maïnh axit – bazô cuûa chaát phuï thuoäc vaøo:
- baûn chaát cuûa nguyeân toá taïo axit hay bazô vaø soá oxy
hoùa cuûa noù.
-Traïng thaùi caáu taïo cuûa chaát.
- Moâi tröôøng xaûy ra phaûn öùng.
1a) Ñaùnh giaù ñoä maïnh axít bazô theo baûn chaát cuûa nguyeân
toá taïo axit –bazô
Nguyeân toá coù tính kim loaïi caøng maïnh thì hôïp chaát caøng
coù tính bazô, nguyeân toá coù tính phi kim loaïi caøng maïnh
thì hôïp chaát cuûa noù caøng coù tính axít.
1b) Ñaùnh giaù ñoä maïnh axít bazô möùc ñoä oxi hoùa cuûa chuùng
Ñoái vôùi hôïp chaát cuøng loaïi moät nguyeân toá, möùc oxi hoùa
cuûa nguyeân toá taêng thì tính axít cuûa hôïp chaát taêng.
Ví duï: So saùnh tính axít vaø tính bazô cuûa daõy:
MnO – Mn2O3 – MnO2 – Mn2O5 – MnO3 – Mn2O7
MnO :Oxit bazô , tan deã daøng trong axít loaõng.
Mn2O3 vaø MnO2: Oxit löôõng tính, tính axit va tính bazô
ñeàu raát yeáu.
Mn2O7 :laø anhidrit cuûa axít maïnh (HMnO4 ;pK = -2,3).
Vieát phaûn öùng minh hoïa treân cô sôû tính axit – bazô
1
*Vì MnO coù tính bazô troäi neân deã tan trong dung dòch
axit loaõng:
a) MnO(r) + 2HCl(aq) = MnCl2(aq) + H2O
*Vì MnO2 coù tính bazô raát yeáu neân chæ tan chaäm trong
axit ñaëc noùng:
1b) MnO2(r) + 4HCl(ñaëc, noùng) = MnCl4(aq) + 2H2O
Tuy nhieân vì ion Mn4+ laø chaát oxy hoùa raát maïnh neân
MnCl4 tieáp tuïc phaûn öùng noäi oxy hoùa khöû
2b) MnCl4(aq) = MnCl2 + Cl2(k)
Keát quaû toång coäng:
b) MnO2(r) + 4HCl(ñaëc, noùng) = MnCl2(aq) + Cl2(k) +
2H2O(l)
*Mn2O7 laø moät oxi axit maïnh do ñoù noù deã daøng phaûn
öùng vôùi nöôùc cuõng nhö vôùi dung dòch bazô loaõng:
c) Mn2O7(r) + H2O(aq,nguoäi) = 2HMnO4 (aq)
d) Mn2O7(r) + 2NaOH(aq) = 2NaMnO4(aq) + H2O
2
2) Aûnh höôûng cuûa caáu taïo vaø baûn chaát lieân keát cuûa chaát
ñeán tính axít - bazô
Ví duï 1: Xeùt daõy axít HF – HCl –HBr – HI.
HF
HCl
3,18 -7
HBr HI
-9 -11
pKA
HX.aq
ΔGo
H+.aq + X-.aq
- ΔGohHX
HX(k) + aq
ΔGolk
ΔGoh,H+
ΔGoh,X-
ΔGoAX +ΔGoIH
H (k) + X (k) + aq
H+(k) + X-(k) + aq
ΔGo= -ΔGohHX +ΔGolk +ΔGoAX + ΔGoIH +ΔGoAX+ΔGoIH
Caùc soá lieäu theá ñaúng aùp (naêng löôïng töï do Gibbs) ghi
trong baûng döôùi ñaây (kJ/mol)
Ñaïi löôïng
- ΔGohHX
ΔGolk
HF
23,9
HCl
-4,2
HBr
-4,2
HI
-4,2
535,1 404,5 339,1 272,2
1320,2 1320,2 1320,2 1320,2
-347,5 -366,8 -345,4 -315,3
ΔGoIH
ΔGoAX
ΔGoh,X-+ΔGoh,H+ -1513,6 -1393,4 -1363,7 -1330,2
ΔGo
18,1
-39,7 -54,0 -57,3
Nguyeân nhaân: HF coù -ΔGohHX, ΔGolk vaø ΔGoAX lôùn baát
thöôøng so vôùi caùc ñaïi löôïng naøy cuûa HCl, HBr & HI
-
*Ngoaøi ra HF coøn taïo caùc ion HF2 nhôø lieân keát hydro
neân laøm giaûm noàng ñoä thöïc teá cuûa HF trong nöôùc.
Ví duï 2: Daõy H2SO4– H2SeO4 –H2TeO4 coù pKA baèng:
3
H2SO4
1,94
H2SeO4 (H2TeO4) H6TeO6
7,7
pK1
pK2
pK3
1,88
10,95
15
Tính axít yeáu roõ reät cuûa axít teluric so vôùi caùc axít cuøng
daõy ñöôïc giaûi thích laø do noù naèm döôùi daïng phaân töû coù
chöùa 6 nhoùm OH vôùi Te ôû traïng thaùi lai hoùa sp3d2:
H6TeO6 .
H2SeO4
OH
H6TeO6
OH
HO Se O
O
HO
OH
Te
HO
OH
OH
Vì O huùt electron maïnh hôn haún nhoùm OH neân Se coù
maät ñoä electron nhoû hôn haún Te, keát quaû laø lieân keát O
– H trong axit selenic phaân cöïc hôn haún trong axit
teluric, do ñoù axit selenic maïnh hôn haún axit teluric.
3) Aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng ñeán tính axit – bazô
4
Ví duï 1: Tính pH cuûa caùc dung dòch 0,01M cuûa caùc axit
HCl, HBr vaø HI. Bieát:
HCl
-7
HBr
-9
HI
-11
pKA
Soá lieäu pKA cho thaáy HCl , HBr vaø HI laø caùc axít phaân
li hoaøn toaøn trong nöôùc, suy ra:
pH = -lg[H+] = -lgCA = 2. Vaäy coù theå thaáy chuùng coù
cuøng ñoä maïnh trong dung dòch nöôùc, maëc duø pK cuûa
chuùng khaùc nhau.
Ruùt ra, moâi tröôøng nöôùc laøm cho ñoä maïnh cuûa caùc axít
naøy bò san baèng.
Ví duï 2: Xem xeùt HCl ñoùng vai troø gì khi hoøa tan trong
HI loûng?
Do khaû naêng cho proton cuûa HI cao hôn HCl neân theo
thuyeát axít –bazô Bronsted-Lawry coù:
HCl + HI ' H2Cl+ + I-
Vaäy HCl laø moät bazô trong HI loûng.
Toùm laïi, khi xeùt tính axít – bazô cuûa moät hôïp chaát caàn
chuù yù ñeán :
+Tính chaát cuûa ñôn chaát vaø soá oxy hoùa cuûa nguyeân toá
trong hôïp chaát.
+ Caáu taïo cuûa hôïp chaát.
+ Moâi tröôøng maø hôïp chaát ñoù toàn taïi.
4) Quy taéc Paoling:
5
Duøng ñaùnh giaù ñoä maïnh caùc axít ñôn phaân töû chöùa oxi
trong dung dòch nöôùc
Caùc axít naøy coù coâng thöùc toång quaùt : OmX(OH)n.
Ví duï: H2SO4 coù theå vieát laø O2S(OH)2 ;
HNO2 coù theå vieát laø O1N(OH)1 ;
HClO coù theå vieát laø O0Cl(OH)1
Noäi dung quy taéc Paoling:
Xeùt theo haèng soá ñieän li thöù nhaát, trong coâng thöùc
OmX(OH)n neáu: a) m ≥ 2 axít maïnh vaø raát maïnh
b) m = 1 axít coù ñoä maïnh trung bình
c) m = 0 axít yeáu
Caùc naác ñieän li tieáp theo thöôøng nhoû hôn caùc naác ñieän li
tröôùc noù khoaûng 1.105 ñeán 1.107 laàn.(soá lieäu trong baøi
giaûng)
Giaûi thích: caùc nguyeân töû oxi khoâng lieân keát vôùi hidro
huùt electron cuûa X maïnh hôn haún nhoùm OH, laøm maät
ñoä electron treân X giaûm, ñieàu naøy laøm taêng khaû naêng
huùt electron cuûa X leân oxi noái vôùi H, daãn ñeán lieân keát O
– H phaân cöïc hôn vaø vì vaäy deã phaân li hôn trong dung
dòch nöôùc.
6
5) Moái quan heä giöõa khaû naêng phaân cöïc cuûa cation vaø
tính axít cuûa noù
Khaû naêng phaân cöïc cuûa cation laø khaû naêng laøm bieán
daïng lôùp voû ñieän töû cuûa anion hay cuûa phaân töû khaùc.
Khaû naêng phaân cöïc cuûa cation phuï thuoäc 2 yeáu toá:
a) Maät ñoä ñieän tích döông (z/r) (chuû yeáu)
b) Caáu taïo lôùp voû electron cuûa cation (thöù yeáu)
a) Cation coù maät ñoä ñieän tích döông caøng lôùn (baùn kính
caøng nhoû, soá oxy hoùa caøng lôùn) coù khaû naêng phaân cöïc
caøng maïnh vaø do ñoù coù tính axit caøng maïnh.
Yeáu toá naøy ñoùng vai troø chuû yeáu ñeán khaû naêng phaân
cöïc cuûa cation
Ví duï 1: So saùnh khaû naêng thuûy phaân cuûa caùc muoái KCl
, MgCl2 , AlCl3 , LiCl
K+
Li+
1s2
Mg2+
Al3+
Voû electron 3s23p6
2s22p6 2s22p6
r (Å )
z
z/r
1,33 0,86
+1 +1
0,75 1,16
0,74
+2
2,70
0,57
+3
5,26
6,14
PKtp1
>14,77 13,83 11,4
7
b) Ñoái vôùi caùc ion coù cuøng soá oxy hoùa vaø giaù trò baùn kính
ion xaáp xæ nhau thì khaû naêng phaân cöïc cuûa chuùng taêng
daàn theo caáu taïo lôùp voû ngoaøi cuøng chöùa electron cuûa
cation nhö sau:
Voû khí hieám < Voû trung gian < Voû 18 electron
Ví duï 2: So saùnh khaû naêng thuûy phaân cuûa caùc chaát
FeCl2 , FeCl3 , AlCl3 , MgCl2
Mg2+
Fe2+
Al3+
Fe3+
Voû electron 2s22p6 3d6
2s22p6 3d5
r (Å )
z
0,74
+2
0,80
+2
0,57
+3
0,67
+3
z/r
PKtp1
2,70
11,4
2,50
10,11 6,14
5,62
4,47
2,13
Khaû naêng phaân cöïc cuûa cation gaén lieàn vôùi khaû naêng
thuûy phaân, khaû naêng taïo phöùc, khaû naêng trao ñoåi ion vaø
phaàn coäng hoùa trò cuûa caùc lieân keát ion.
8
6) Quy taéc Kartletch:
Duøng ñaùnh giaù tính axít –bazô cuûa hidroxit vaø axít chöùa
oxi
Noäi dung quy taéc Kartletch: Döïa treân giaù trò √z/r ñeå
phaân loaïi axit – bazô caùc hydroxit vaø oxyhydroxit :
Chaát bazô coù
Chaát axít coù
√z/r < 2,2
√ z/r > 3,2
Chaát löôõng tính coù 2,2 < √z/r < 3,2
Giaù trò √z/r caøng nhoû hôn 2,2 tính bazô caøng maïnh,
vaø caøng lôùn hôn 3,2 tính axit caøng maïnh.
Ví duï : Caùc oxyt MnO , MnO2 , Mn2O7 phaûn öùng nhö
theá naøo vôùi axít vaø bazô voâ cô?
Mn2+
0,91
+2
Mn4+
0,61
+4
Mn7+
0,46
+7
r (Å)
Z
√z/r
1,48
2,56
3,90
H2O
HCl
+ab
H2SO4 NaOH
+ab
MnO
-
-
MnO2
Mn2O7
- -/+ab/ox -/+ab/ox -/+ab
+ab +ox +ox +ab
9
Caùc phaûn öùng minh hoaï:
1)MnO(r) + 2HCl(aq) = MnCl2(aq) + H2O (l) [ab]
2)MnO(r) + H2SO4 (aq) = MnSO4 (aq) + H2O (l) [ab]
3)MnO2(r)+4HCl(ñaëc,noùng) =MnCl2(dd)+Cl2(k) +2H2O
goàm hai giai ñoaïn:
a) MnO2(r)+4HCl(ñaëc,noùng)=MnCl4(aq)+2H2O(l)[ab]
b)MnCl4(aq) = MnCl2(aq) + Cl2(k) [ox]
4) MnO2(r) +2H2SO4 (ñaëc,noùng) = Mn(SO4)2 +2H2O (l)
goàm hai giai ñoaïn:
a)MnO2(r) + 2H2SO4(ñaëc,noùng) = Mn(SO4)2(aq) +
2H2O(l) [ab]
b)Mn(SO4)2(aq) + H2O(l) = MnSO4 (aq) + O2(k) +
H2SO4(aq) [ox]
5) MnO2(r)+2NaOH(noùng chaûy)=Na2MnO3(r)+H2O [ab]
6) Mn2O7(r) + H2O(laïnh) = 2HMnO4 (dd) [ab]
7) 2Mn2O7(r) + 4nH2O (noùng) = 4MnO2.nH2O(r) +
3O2(k) [ox]
8) Mn2O7(r) + 14HCl(aq) = 2MnCl2(aq) +5ÏCl2(k) +
7H2O(l) [ox]
9) 2Mn2O7(r) + 4H2SO4 (aq) = 4MnSO4 (aq) + 5O2(k) +
4H2O [ox]
10) Mn2O7(r) +2NaOH(aq) =2NaMnO4(aq) +H2O(l) [ab]
10
10 trang
18100
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Hóa học vô cơ - Chương 3, Phần 2: Phản ứng không thay đổi số oxi hóa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_hoa_hoc_vo_co_chuong_3_phan_2_phan_ung_khong_thay.pdf
