Bài giảng Cân bằng Acid - Base

CÂN BẰNG ACID - BASEThS Ngô Gia Lương Khái niệm về acid, base. a. Thuyết cổ điển của Arrhenius b. Thuyết proton Bronsted c. Thuyết electron của Lewis Thuyết cổ điển của ArrheniusAcid Arrhenius: chất điện ly cho ion H3O+ trong nướcBase Arrhenius: chất điện ly cho ion OH- trong nước HCl(aq) +H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) HNO3(aq)+H2O(l) H3O+(aq) + NO3-(aq) NH3(aq) + H2O (l) NH4+(aq) + OH-(aq) Thuyết proton BronstedAcid Bronsted : cho proton H+ HA  H+ + A-Base Bronsted : nhận proton H+ B + H+  BH+Các cặp acid–base liên hợp: HA/A- ,BH+/B HA + B  A- + BH+Phản ứng giữa acid và base là pư trao đổi proton(H+) giữa acid của 1cặp acid- base liên hợp này với 1 base của 1 cặp acid-base liên hợp khác. Phản ứng giữa các cặp acid base liên hợp Acid + Base Base + AcidCặp liên hợpCặp liên hợpReaction 1 HF + H2O F– + H3O+Reaction 2 HCOOH + CN– HCOO– + HCNReaction 3 NH4+ + CO32– NH3 + HCO3–Reaction 4 H2PO4– + OH– HPO42– + H2OReaction 5 H2SO4 + N2H5+ HSO4– + N2H62+Reaction 6 HPO42– + SO32– PO43– + HSO3–Dự đoán acid, base BronstedAcid Bronsted – là chất phải chứa H+Phân tử trung hoà : HCl, HNO3, HF.Cation có chứa H+ : NH4+ Cation kim loại trong nước : Fe2+(aq) ; Al3+(aq)..Cation cấu hình khí trơ có q2/ r càng lớn  tính acid càng mạnhCation có điện tích và bán kính tương đương, cấu hình: 18e – (18e +2e) – (18e> >8e )  tính acid mạnh hơn cấu hình 8e Anion có chứa H : HSO4- , H2PO4- . Al(H2O)6 Al(OH)(H2O)5 + H+ 3+ 2+Al(H2O)6 +H2O (l) Al(OH)(H2O)5 + H3O+ 3+ 2+Al3+(aq) bị thuỷ phân Base Bronsted - chất có dư mật độ điện tích âmAnion: Cl-, NO3-, SO42-, PO43-.Phân tử cộng hoá trị phân cực : NH3 ..Chất lưỡng tính- chất vừa có khả năng cho H+ vừa có khả năng nhận H+.Các hợp chất có chứa H thường là chất lưỡng tính HCl + H2PO4-  Cl- + H3PO4H2PO4- + HCO3-  HPO42- + H2CO3Sự điện ly của acid và base trong nướcAcid : HA + H2O  A- + H3O+ Base : B + H2O  BH+ + OH-Ka càng lớn thì tính acid càng mạnhKb càng lớn thì tính base càng mạnhSự điện ly của acid và base là kết quả của pư trao đổi proton giữa acid và base với dung môi.NH3(aq) + H2O (l) NH4+(aq) + OH-(aq)acidbaseacidbase Đối với cặp acid – base liên hợp:HA + H2O  A- + H3O+A-+ H2O  HA + OH-pKa + pKb = pKn = 14 Ka.Kb = Kd  pKa + pKb = pKd Acid càng mạnh (Ka↑) thì base liên hợp là base yếu(Kb↓) Acid càng yếu (Ka↓) thì base liên hợp là base mạnh (Kb↑) Ka.Kb = KnHẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC BASE YẾUHẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC ACID YẾU VÀ BASE LIÊN HỢPở 250C Thuyết electron của LewisAcid Lewis: là tiểu phân có dư mật độ điện tích dương và orbital hoá trị trống để nhận cặp electron liên kết từ base.Dự đoán acid Lewis: Hầu hết các cation kim loại (Ag+, Co3+, Cr3+, Mg2+..)Các halogenua của B, Al, Si, SnCác hydrua của B,AlCác hợp chất có lk đôi trong những đk thích hợp cũng thể hiện tính axit Thuyết Lewis dùng giải thích quá trình tạo phức và tính bền của phức.Base Lewis: chất cho cặp electron.Dự đoán base Lewis:Các anion : Cl-, Br-, OH-Phân tử trung hoà hay ion có chứa nguyên tử (N,O ) còn cặp e hoá trị tự do như : NH3, amin , rượu, xeton..N H••HHacidbaseF BFF+F BFFN HHHAg+ + 2NH3  [Ag(NH3)2]+□H+H O H••••+ OH-••••••acidbaseN H••HHH++acidbaseN HHHH+baseacidHCl, acid mạnhHF, acid yếu[H+] = [HCl][H+] [OH-] pH 7Thang pH pH của dd loãng acid và base mạnhAcid mạnh HA  H+ + A- Ca CaBase mạnh MOH  M+ + OH- Cb CbCa  10-6 MCb  10-6 MAcid mạnh và base mạnhHCl CH3CO2HThymol Blue chỉ thịpH > KnBase yếu MOH  M+ + OH-Cân bằng Cb(1- ) Cb  Cb > KnHằng số điện ly của các acid và base yếu ở 250CĐo pH của giấmĐo pH của dd NH3Các phương pháp đo pH cho các dd nước(a) Giấy đo pH (định tính) (b) Máy đo pH(định lượng) pH của dung dịchTính pH của dung dịch HCl 0,01M pH = - log CHCl = - log 10-2 = 22. Tính pH của dung dịch H2SO4 5.10-2M3. Tính pH của dung dịch NaCl 0,001M pOH = - log CNaOH = - log 10-3 = 3 pH = 14 – pOH = 14 – 3 = 114. Tính pH của dung dịch Ca(OH)2 2.10-2M pH của dung dịch   CH3COONa  CH3COO- + Na+ Cm Cm CH3COOH + H2O  CH3COO- + H3O+ Ca(1-) (Ca + Cm≈ Cm) Ca pH của dung dịch đệm acid ( HA + MA)PH của dd đệm base ( MOH + MA ) HA (dd) + MOH(dd)Hthuỷ phân >0Số phân tử muối hoà tansố phân tử muối thuỷ phânPhản ứng thủy phân là phản ứng là phản ứng nghịch của pư trung hoà.MA (dd) + H2O Điều kiện của phản ứng thủy phânPhản ứng thuỷ phân là pư trao đổi ion giữa muối và nước, có khả năng làm thay đổi pH môi trường.Htrung hoà 7CH3COO- + H2O  CH3COOH + OH-Tất cả các muối (MA) đều bị thuỷ phân trừ muối được tạo thành từ acid mạnh (HA) và base mạnh (MOH)CƯỜNG ĐỘ CỦA CẶP ACID BASE LIÊN HỢPCác anion (A-) có tính base càng mạnh sẽ thuỷ phân càng mạnh trong nuớc.HAA-pH của dung dịch muốiMuối tạo thành từ acid mạnh và base yếu (M+ +H2O pH 7)Muối không tpCation tp(Axit)Anion tp(Base)pHCH3COONH4 NH4+ CH3COO- 7AlCl3 Al3+ 7NaFF->7NaBrKhông 7NH4CNNH4+ CN->7NH4FNH4+ F-KK≈K Muối tạo thành từ acid yếu (Ka)và base mạnh PH >7Sự điện ly: MA → M+ (axy) + A- (base mạnh hơn H2O) Sự thủy phân: A- + H2O ⇌ HA + OH- Cm(1-h) Cmh CmhHằng số thủy phân: Độ thủy phân :Tính pH:>7Muối tạo thành từ acid mạnh và base yếu (Kb) pH 10 (pH pKa + 1) : mắt chỉ thấy màu dạng baz[HIn][In-]< 10 (pKa -1 < pH < pKa +1) : mắt thấy màu trung gian của hai dạng1/10 <Dạng acidDạng bazHIn + H2OH3O+ + In-KaChuẩn độ acid bazChất chỉ thị pH:Ví dụ 1:PhenolphtaleinpH89109,6Không màuHồngĐỏChuẩn độ acid bazVí dụ 2: Metyl da campH344,4VàngDa camĐỏVài chất chỉ thịChuẩn độ acid bazChỉ thịMàuKhoảng pH đổi màuMôi trường acidMôi trường baseThymol xanhBromophenol xanhMetyl da camMetyl đỏClorophenol xanhCresol đỏPhenol phtaleinĐỏVàngDa camĐỏVàngVàngKhông màuVàngXanh tímVàngVàngĐỏĐỏHồng tím1,2 – 2,83,0 – 4,63,1 – 4,14,2 – 6,34,8 – 6,47,2 – 8,88,3 – 10,0Dùng phép chuẩn độ acid base để xác định nồng độ acidCho dd NaOH 0,10N vào buret tới vạch chuẩn (mức 0)Cho 10,00 ml dd axit HCl chưa biết nồng độ + 100ml nước cất + 3 giọt phenolphatalein  vào bình tam giác (erlen)VNaOH.CNaOH(N) = VHCl.CHCl(N)0Chuẩn độ dd HCl bằng dd NaOHNhỏ từ từ dd NaOH từ burét xuống bình tam giác và lắc đều dd trong bình cho đến khi dung dịch trong bình bắt đầu chuyển sang màu hồng nhạt (bền trong 30 giây) đọc thể tích ddNaOH đã dùng trên buret V=24,6 ml  tính nồng độ dd HCl theo đl đương lượng. CHCl = 0,25NddNaOH 0,10NDd HCl CHCl ?024,6