Bài giảng Hóa đại cương - Chương 15: Phản ứng trao đổi ion và cân bằng thủy phân-trung hòa - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

CHƯƠNG 15
PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION 
VÀ CÂN BẰNG 
THỦY PHÂN – TRUNG HÒA
PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN LY
„ Có phản ứng trao đổi ion giữa 2 chất AX và
BY trong dung dịch như sau:
AX + BY AY + BX
Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng, ta có:
 G = -RTlnK
K là hằng số cân bằng.
„ Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion là:
− Một trong các sản phẩm là chất kết tủa, chất
điện ly yếu hay chất bay hơi.
„ Ví dụ:
344223
2 NaNOPbSOSONaNOPb
NaClSHHClSNa
KNOHCNHNOKCN
22
22
33
„ Trong trường hợp cả hai vế đều có chất khó
tan, điện ly yếu, dễ bay hơi. Ta phải dựa
vào hằng số điện ly, tích số tan để so sánh.
„ Ví dụ:
„ Cân bằng sẽ dịch chuyển về bên có K hay T
nhỏ hơn.
KClAgIKIAgCl
PHẢN ỨNG THỦY PHÂN 
VÀ CÂN BẰNG THỦY PHÂN
„ Định nghĩa: “Sự thủy phân muối là phản ứng trao
đổi giữa các ion của muối với các ion của nước”
„ Tổng quát
MA + H
2
O HA + MOH
„ Phản ứng thủy phân là phản ứng ngược của phản
ứng trung hòa và là phản ứng T ‟ N.
„ Sau đây xét sự thủy phân cụ thể một số loại muối
khác nhau.
„ Muối tạo thành bởi acid mạnh và base yếu
− Ví dụ: NH
4
Cl + H
2
O NH
4
OH + HCl
Phương trình ion phân tử rút gọn:
NH
4
+
+ H
2
O NH
4
OH + H
+
− Độ thủy phân: h = n/n
0
− n: số phân tử muối bị thủy phân.
− n
0
: số phân tử muối hòa tan trong dung dịch.
„Gọi K
cb
là hằng số cân bằng của cân bằng sau:
M
+
+ H
2
O MOH + H+
Vì [H
2
O] là const, do đó
K
T
gọi là hằng số thuỷ phân.
OHOHM
OHHMOH
OHM
HMOH
cb
CCC
CCC
CC
CC
K
22
T
OHM
OHHMOH
OHcb
K
CC
CCC
CK
2
Dựa vào hằng số base K
b
và hằng số
nước K
n
, từ hệ thức trên ta có:
b
n
OHM
nMOH
T
K
K
CC
KC
K
MOH
MOH
b
C
CC
K
OH
n
H
C
K
C
„ Gọi C
m
là nồng độ muối và h là độ thủy 
phân. Ta có:
− Khi độ thủy phân nhỏ, 1- h 1. Lúc này:
hCCC
hCCC
mmM
mHMOH
h
h
C
hCC
hC.hC
K
m
mm
mm
1
2
mb
n
m
t
mT
CK
K
C
K
hhCK
2
„pH của dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid
mạnh và base yếu.
„Ta có:
[H
+
] = C
m
h với
Từ đó:
mb
n
CK
K
h
mbn
CpKpKHpH lg
2
1
]lg[
b
nm
K
KC
H ][
„ Muối tạo bởi acid yếu và base mạnh
− Lập luận tương tự như trên. Xét ví dụ sau:
CH
3
COONa + H
2
O CH
3
COOH + NaOH
A
-
+ H
2
O HA + OH-
a
n
A
OHA
T
K
K
C
CC
K
ma
n
CK
K
h
„pH của dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid
yếu và base mạnh.
Lập luận hoàn toàn tương tự trường hợp
muối tạo bởi acid mạnh và base yếu, ta có:
man
ClgpKpKpH
2
1
Muối tạo bởi acid yếu và base yếu
„ Xét trường hợp:
NH
4
CN + H
2
O NH
4
OH + HCN
Phương trình ion-phân tử:
NH
4
+
+ CN
-
+ H
2
O NH
4
OH + HCN
„ Nếu K
a
>K
b
môi trường axit, ngược lại.
„ Nếu K
a
K
b
, môi trường trung tính.
„ Tổng quát:
M
+
+ A
-
+ H
2
O MOH + HA
Nhân tử số và mẫu số cho
AM
MOHHA
T
CC
CC
K
OHH
n
CCK
n
OHM
MOH
AH
HA
OHH
n
AM
MOHMA
T
K
CC
C
CC
C
CC
K
CC
CC
K
Với C
MOH
= C
HA
= hC
m
C
M+
= C
A-
= C
m
-hC
m
C
m
, ta có
Do đó:
ba
n
T
KK
K
K
2
2
h
C
hChC
CC
CC
K
m
mm
AM
MOHMA
T
ba
n
KK
K
h
„pH của dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid
yếu và base yếu.
Dựa trên HA (hay MOH cũng vậy), ta có:
HA H+ + A-
Do HA là acid yếu, nên C
HA
hC
m
C
A-
từ cân bằng điện ly của HA quá nhỏ so
với C
A-
từ phương trình thuỷ phân, nên C
A-
C
m
.
HA
HA
a
C
CC
K
„Từ đó:
„Cuối cùng:
ban
pKpKpKpH
2
1
ba
n
aa
m
ma
A
HAa
H
KK
K
KhK
C
hCK
C
CK
C
VỚI SỰ THỦY PHÂN NHIỀU BẬC
„ Ví dụ:
CO
3
-2
+ H
2
O HCO
3
-
+ OH
-
, K
T1
HCO
3
-
+ H
2
O H
2
CO
3
+ OH
-
, K
T2
Do 
1
2
2
1
,
a
n
T
a
n
T
K
K
K
K
K
K
2121
TTaa
KKKK
„ Kết luận
„ Acid, base tạo thành càng kém điện ly độ
thủy phân càng lớn.
„ Nồng độ tăng độ thủy phân giảm.
„ Nhiệt độ tăng thì độ thủy phân tăng.
„ K
T
phụ thuộc vào nhiệt độ.
CHUẨN ĐỘ AXIT, BAZƠ
„ Để chuẩn độ một acid bằng một base (hay ngược 
lại), ta sử dụng tương quan sau:
C
HA
V
HA
= C
MOH
V
MOH
(Định luật đương lượng)
Điểm acid và base vừa phản ứng đủ với nhau 
gọi là điểm tương đương. 
Ta xây dựng đường cong chuẩn độ để xác định 
điểm tương đương.
„ Xem trường hợp thêm NaOH vào HCl.
„ Trước khi thêm base, pH < 7.
„ Khi thêm base, trước điểm tương đương pH vẫn < 7.
„ Tại điểm tương đương, lượng acid bằng lượng base.
Vì vậy pH là của dung dịch muối, tức là pH = 7.
„ Để xác định điểm tương đương, có thể sử dụng
chất chỉ thị màu có khoảng chuyển màu xung
quanh pH = 7 hoặc dùng máy đo pH.
Chuẩn độ Acid mạnh bằng Base mạnh
Đường cong chuẩn độ
base mạnh bằng acid mạnh
Bước nhảy pH
„ Bước nhảy pH: Lúc mà ít V
NaOH
làm pH
tăng nhiều (hoặc ít V
HCl
làm pH giảm
nhiều).
„ Chọn chất chỉ thị màu thích hợp sao cho
khoảng đổi màu nằm trong bước nhảy này.
„ Ví dụ ở đây, ta có da cam metyl, đỏ metyl,
lam bromtimol, đỏ crezol và phenol
phatalein.
„ Xét trường hợp chuẩn độ CH
3
COOH bằng NaOH.
„ Trước khi thêm base, pH được tính bởi cân bằng
phân ly acid yếu, pH<7.
„ Khi thêm base, có phản ứng sau:
CH
3
COOH(dd)+ OH
-
(dd) CH
3
COO
-
(dd) + H
2
O(l)
pH tương đương được tính cho dung dịch thuỷ phân
của muối tạo bởi acid yếu và base mạnh (pH>7).
Chuẩn độ Acid yếu bằng Base mạnh
Đường cong chuẩn độ acid yếu bằng base mạnh
„ Xét trường hợp chuẩn độ NH
4
OH bằng HCl.
„ Trước khi thêm base, pH được tính bởi cân bằng
phân ly base yếu, pH>7.
„ Khi thêm base, có phản ứng sau:
NH
4
OH(dd) + H
+
(dd) NH
4
+
(dd) + H
2
O(l)
pH tương đương được tính cho dung dịch thuỷ phân
của muối tạo bởi acid mạnh và base yếu (pH<7).
Chuẩn độ base yếu bằng acid mạnh