Phương trình điện li là gì? Đâu là phương trình điện li không chính xác?

1. Hiện tượng điện li

Khi kết nối các dây dẫn với nguồn điện, chỉ có bóng đèn trong dung dịch NaCl sáng lên. Điều này cho thấy dung dịch NaCl dẫn điện, trong khi nước cất và dung dịch saccarozơ không dẫn điện.

Khi thực hiện các thí nghiệm tương tự, người ta nhận thấy: NaCl dạng rắn và khan; NaOH dạng rắn và khan; các dung dịch ancol etylic C2H5OH và glixerol C2H5(OH)3 đều không dẫn điện.

Ngược lại, các dung dịch axit, bazơ và muối đều có khả năng dẫn điện.

Nguyên nhân:

– Từ năm 1887, A-rê-ni-ut (S.Arrhenius) đã đưa ra giả thuyết và sau đó thực nghiệm đã chứng minh rằng:

– Khả năng dẫn điện của các dung dịch axit, bazơ và muối là nhờ sự hiện diện của các ion, là các hạt mang điện tích có thể di chuyển tự do trong dung dịch.

– Quá trình phân hủy các chất trong nước thành ion gọi là điện li. Các chất khi hòa tan trong nước và phân ly thành ion được gọi là chất điện li.

2. Chất điện li, sự điện li và phương trình điện li

Dưới đây là một số khái niệm cơ bản:

- Chất điện li là những chất khi hòa tan trong nước tạo thành dung dịch có khả năng dẫn điện.

- Sự điện li là quá trình phân hủy các phân tử chất điện li thành ion dương và ion âm khi hòa tan trong nước.

- Các chất không điện ly khi hòa tan trong nước sẽ tạo ra dung dịch không dẫn điện.

- Điện ly có thể được diễn tả qua một phương trình phản ứng, được gọi là phương trình điện ly hoặc phương trình ion hóa.

Phương trình điện ly:

AXIT → Cation H+ + Anion gốc axit

BAZƠ → Cation KL + Anion OH-

MUỐI → Cation KL (hoặc NH4+) + Anion gốc axit

3. Tính chất thuận nghịch của sự điện ly - Điện ly mạnh và điện ly yếu

3.1. Tính chất thuận nghịch của sự điện ly

Khái niệm: Các cation và anion di chuyển ngẫu nhiên và có thể va chạm nhau để tái hợp thành phân tử, vì vậy điện ly có tính thuận nghịch và phương trình điện ly có thể là phương trình phản ứng thuận nghịch.

3.2. Điện ly mạnh và điện ly yếu

a. Chất điện ly mạnh:

Là các chất khi hòa tan trong nước sẽ phân li hoàn toàn thành các ion. Ví dụ:

- axit mạnh như HCl, HNO3, H2SO4...

- bazơ mạnh như NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2...

- muối của axit mạnh và bazơ mạnh như NaCl, KNO3, KCl, K2SO4

Khi được pha loãng, chúng phân ly gần như hoàn toàn và được gọi là chất điện ly mạnh. Phương trình điện ly của chúng không có tính thuận nghịch.

b. Chất điện ly yếu:

Là các chất khi hòa tan trong nước chỉ phân ly một phần thành ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch. Ví dụ:

- Các axit yếu như axit hữu cơ, axit HF, axit HCN, cation NH4+...

- bazơ yếu như NH3, các amin R-NH2...

Phương trình điện ly của chúng là các phương trình phản ứng có tính thuận nghịch.

4. Cân bằng điện ly

Các phương trình phản ứng thuận nghịch như vậy tạo thành một hệ cân bằng, được gọi là cân bằng điện ly.

- Cân bằng điện ly là một dạng cân bằng động, do đó theo nguyên lý Le Chatelier, cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng chống lại các yếu tố làm thay đổi nó.

- Sự phân ly càng gần hoàn toàn khi cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận, và sự dịch chuyển này phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ mol/lít của chất tan.

- Khi nhiệt độ tăng lên hoặc dung dịch loãng hơn, sự phân ly trở nên hoàn toàn hơn và cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận. Do đó, cần so sánh độ mạnh của các chất điện ly ở cùng một điều kiện về nhiệt độ và nồng độ.

Ở cùng một nhiệt độ và nồng độ mol/lít, chất điện ly mạnh sẽ phân ly hoàn toàn hơn, khiến cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận. Ngược lại, chất điện ly yếu phân ly không hoàn toàn, làm cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch.

5. Độ điện ly

Đánh giá sức mạnh của chất điện ly: Độ điện ly α

Khái niệm: Độ điện ly α là tỷ lệ giữa số mol phân tử phân ly thành ion so với tổng số mol phân tử hòa tan trong dung dịch.

Ta có 0 ≤ α ≤ 1 hoặc 0% ≤ α ≤ 100%

Chất không điện ly không phân ly, do đó α = 0

Chất điện ly mạnh phân ly hoàn toàn, nghĩa là α = 1 hoặc 100%

Chất điện ly yếu phân ly không hoàn toàn, với 0 < α < 1

Vì vậy, ở cùng một nhiệt độ và nồng độ mol/lít, chất điện ly mạnh sẽ có độ điện ly α cao hơn.

Hằng số phân ly của axit và bazơ yếu

- Đối với các axit và bazơ yếu, sự phân ly không hoàn toàn và phương trình điện ly có tính thuận nghịch.

+ Hằng số cân bằng của dung dịch axit yếu:

Do Ka rất nhỏ (Ka < <1) và không thuận tiện khi biểu diễn bằng hàm số mũ âm cơ số 10, nên người ta chuyển sang sử dụng hàm logarit cơ số 10 với định nghĩa: pKa = - logKa

+ Hằng số cân bằng của dung dịch bazơ yếu

Do Kb rất nhỏ (Kb < <1) và khó biểu diễn bằng hàm số mũ âm cơ số 10, nên có thể chuyển sang sử dụng hàm logarit cơ số 10 với định nghĩa: pKb = -logKb

6. Phương trình điện ly nào sau đây không đúng?

A. KClO3 → K+ + ClO3-

B. H3PO4 → 3H+ + PO4^3-

C. H2S ⇄ 2H+ + S^2-

D. CH3COOH ⇄ CH3COO- + H+

Đáp án đúng là A.

Phương trình điện ly không chính xác là KClO3 → K+ + ClO3-

Giải thích việc chọn đáp án đúng là A như sau:

– Chất điện ly mạnh: Đây là những chất khi hòa tan trong nước, phân tử của chúng hoàn toàn phân ly thành ion. Dưới đây là một số ví dụ về phương trình điện ly của các chất điện ly mạnh:

+) Axit: HCl, H2SO4, HNO3 …

HCl → H+ + Cl-

H2SO4 → 2H+ + SO4^2-

+) Bazơ: NaOH, Ca(OH)2 …

NaOH → Na+ + OH-

Ca(OH)2 → Ca^2+ + 2OH-

+) Muối: NaCl, CaCl2, …

NaCl → Na+ + Cl-

CaCl2 → Ca^2+ + 2Cl-

- Chất điện li yếu: Ngược lại với chất điện li mạnh, chất điện li yếu khi hòa tan trong nước chỉ phân li một phần nhỏ ra ion, phần còn lại vẫn ở dạng phân tử trong dung dịch.

Các chất điện li yếu thường gặp bao gồm: axit yếu, bazơ yếu, muối không tan, muối dễ bị phân hủy, ...

Ví dụ: HF, H2S, H2CO3, CH3COOH, NH3, Fe(OH)2, Fe(OH)3, AgCl, PbSO4…

Đặc biệt, nước H2O cũng là một chất điện li yếu.

H3PO4 ⇄ 3H^+ + PO_4^{3-}

H2S ⇄ 2H^+ + S^{2-}

CH3COOH ⇄ CH3COO^- + H^+

7. Một số bài tập liên quan đến chất điện li và viết phương trình điện li

Hướng dẫn giải bài tập:

Bài 1:

* Theo lý thuyết:

+ Các chất khi hòa tan trong nước (hoặc nóng chảy) mà phân li ra ion được gọi là chất điện li. Axit, bazơ và muối đều là những chất điện li.

+ Chất điện li mạnh là những chất khi hòa tan trong nước, các phân tử đều phân li hoàn toàn thành ion, bao gồm:

• Các axit mạnh bao gồm: HCl, HNO3, H2SO4, HBr, HI, HClO4, HClO3, và nhiều loại khác.
• Các dung dịch bazơ mạnh như: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, và các chất tương tự.
• Hầu hết các loại muối đều thuộc nhóm này.
• Phương trình điện li của các chất điện li mạnh thường sử dụng mũi tên một chiều (→).

+ Chất điện li yếu là các chất khi hòa tan trong nước chỉ có một phần nhỏ phân tử hòa tan phân li thành ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch, bao gồm:

• Các axit trung bình và yếu như: H2S, H2CO3, H3PO4, CH3COOH…
• Các bazơ không tan như: Mg(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3…
• Phương trình điện li của các chất điện li yếu thường dùng mũi tên hai chiều (⇌).

* Hướng dẫn giải bài tập:

– Một số chất điện li mạnh bao gồm: Ca(OH)2, CH3COONa, H2SO4, MgSO4, HI, NaClO3, NaHCO3, KNO3, NH4Cl, HNO3, Na2S, HClO4, HCl, KMnO4, KHSO4, KAl(SO4)2.12H2O.

Công thức điện li:

– Các chất điện li yếu bao gồm: CH3COOH, HClO, H2S, H2SO3, HNO2, H3PO4, H3PO3, HF.

Công thức điện li:

Bài 2:  Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: Tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm.

a) K2CrO4                       b) Fe(NO3)3                     c) Mg(MnO4)2                       d) Al2(SO4)3
e) Na2S                             f) Ba(OH)2                     g) NH4Cl                               h) CH3COONa

Bài 3:   

– Lý thuyết: Axit làm quỳ tím chuyển sang đỏ, bazơ làm quỳ tím chuyển sang xanh. Đối với muối, màu sắc của quỳ tím có thể khác nhau tùy thuộc vào thành phần cấu tạo của muối.

Dưới đây là bảng tổng hợp:

– Quỳ tím chuyển sang đỏ: NH4Cl, FeCl3, Al2(SO4)3.

– Quỳ tím chuyển sang xanh: CH3COONa, K2CO3, Na2S, Na2CO3.

– Quỳ tím không thay đổi màu: Ba(NO3)2, NaCl.