Bài viết này sẽ giải đáp chi tiết các khái niệm về axit, bazơ, muối và hiđroxit lưỡng tính theo thuyết Areniut và Bronsted, đồng thời cung cấp các ví dụ minh họa và bài tập vận dụng để giúp bạn nắm vững kiến thức hóa học quan trọng này.
Mục Lục
I. Axit Là Gì? Định Nghĩa Theo Thuyết Areniut và Bronsted
Axit là một trong những khái niệm cơ bản nhất của hóa học. Tuy nhiên, định nghĩa về axit đã phát triển theo thời gian, với hai thuyết phổ biến nhất là thuyết Areniut và thuyết Bronsted.
-
Thuyết Areniut: Theo nhà khoa học Svante Areniut, axit là chất khi tan trong nước sẽ phân li ra ion H+. Ví dụ, HCl khi hòa tan trong nước sẽ tạo thành các ion H+ và Cl-.
-
Thuyết Bronsted: Định nghĩa của Johannes Bronsted mở rộng hơn, cho rằng axit là mọi chất có khả năng nhường proton (ion H+). Theo thuyết này, không nhất thiết axit phải ở trong dung dịch nước.
a) Axit theo quan điểm Bronsted bao gồm:
- Các axit vô cơ và hữu cơ quen thuộc như HCl, H2SO4, CH3COOH, (COOH)2,…
- Các ion kim loại ở dạng hidrat hóa (ngoại trừ Na+, K+, Ba2+ và Ca2+): Ví dụ: Al(H2O)33+, Cu(H2O)22+,…
- Các ion như H+, NH4+, H3O+, RNH3+, HSO4-,…
b) Axit nhiều nấc:
Một số axit khi tan trong nước có thể phân li thành ion H+ theo nhiều giai đoạn khác nhau. Chúng được gọi là axit nhiều nấc (hay đa axit). Mỗi nấc phân li sẽ có một hằng số điện li (K) riêng.
Ví dụ: Axit phosphoric (H3PO4) là một axit ba nấc:
H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- (K1 = 7,6.10-3)
H2PO4- ⇌ H+ + HPO42- (K2 = 6,2.10-8)
HPO42- ⇌ H+ + PO43- (K3 = 4,4.10-13)
Như vậy, một phân tử H3PO4 có thể phân li tối đa ba ion H+, và vì thế nó được gọi là axit ba nấc. Hằng số điện li càng nhỏ, khả năng phân li ở nấc đó càng yếu.
II. Bazơ Là Gì? Định Nghĩa Theo Thuyết Areniut và Bronsted
Tương tự như axit, khái niệm bazơ cũng có hai định nghĩa chính theo thuyết Areniut và Bronsted.
-
Thuyết Areniut: Bazơ là chất khi tan trong nước phân li ra ion OH-. Ví dụ, NaOH khi hòa tan trong nước sẽ tạo thành các ion Na+ và OH-.
-
Thuyết Bronsted: Bazơ là chất có khả năng nhận proton (H+). Theo định nghĩa này, một chất không nhất thiết phải chứa ion OH- để được coi là bazơ.
Phân loại bazơ:
- Oxit và hiđroxit của kim loại (ngoại trừ các oxit và hiđroxit lưỡng tính như Al2O3, Al(OH)3, ZnO, Zn(OH)2…).
- Các anion gốc axit yếu còn khả năng nhận H+ (CO32-, CH3COO-, S2-, SO32-, C6H5O-…).
- NH3 (amoniac) và các amin như C6H5NH2, CH3NH2…
III. Chất Lưỡng Tính và Hiđroxit Lưỡng Tính Là Gì?
Một số chất có khả năng đặc biệt là vừa thể hiện tính axit, vừa thể hiện tính bazơ, tùy thuộc vào môi trường phản ứng. Những chất này được gọi là chất lưỡng tính.
-
Chất lưỡng tính:
- Thuyết Areniut: Chất lưỡng tính là chất trong nước có thể phân li theo kiểu axit hoặc kiểu bazơ.
- Thuyết Bronsted: Chất lưỡng tính là chất vừa có khả năng cho proton (H+), vừa có khả năng nhận proton (H+).
-
Hiđroxit lưỡng tính:
-
Hiđroxit lưỡng tính là hiđroxit khi tan trong nước vừa có thể phân li như axit, vừa có thể phân li như bazơ.
-
Ví dụ: Zn(OH)2 là một hiđroxit lưỡng tính.
- Phân li theo kiểu axit: Zn(OH)2 ⇌ Zn2+ + 2OH-
- Phân li theo kiểu bazơ: Zn(OH)2 ⇌ ZnO22- + 2H+
-
Để thể hiện tính lưỡng tính của Zn(OH)2, người ta thường viết nó dưới dạng H2ZnO2.
-
Các hiđroxit lưỡng tính thường gặp là: Zn(OH)2, Al(OH)3, Sn(OH)2, Pb(OH)2. Chúng thường ít tan trong nước và có lực axit, lực bazơ đều yếu.
-
-
Phân loại chất lưỡng tính:
- H2O (nước), oxit và hiđroxit lưỡng tính như ZnO, Zn(OH)2, Al2O3, Al(OH)3, Cr2O3, Cr(OH)3,…
- Amino axit, muối amoni của axit hữu cơ: R(COOH)x(NH2)y, RCOONH4,…
- Anion gốc axit yếu vẫn còn khả năng tách H+ như: HCO3-, HS-, HSO3-, H2PO4-, HPO42-,…
IV. Muối Là Gì?
1. Định nghĩa:
- Muối là hợp chất khi tan trong nước điện li ra cation kim loại (hoặc cation NH4+) và anion gốc axit.
- Ví dụ: (NH4)2SO4 → 2NH4+ + SO42-
Dựa vào khả năng phân li H+, muối được chia thành hai loại chính:
- Muối trung hòa: Muối mà anion gốc axit không còn hiđro có khả năng điện li ra ion H+ (hiđro có tính axit). Ví dụ: NaCl, (NH4)2SO4, Na2CO3.
- Muối axit: Muối mà anion gốc axit vẫn còn hiđro có khả năng điện li ra ion H+. Ví dụ: NaHCO3, NaH2PO4, NaHSO4.
Ngoài ra, còn có một số muối phức tạp như muối kép (ví dụ: KAl(SO4)2.12H2O) và phức chất (ví dụ: [Ag(NH3)2]Cl, [Cu(NH3)4]SO4).
2. Sự điện li của muối trong nước
-
Hầu hết các muối (kể cả muối kép) khi tan trong nước điện li hoàn toàn ra cation kim loại (hoặc cation NH4+) và anion gốc axit (trừ một số muối như HgCl2, Hg(CN)2 là các chất điện li yếu).
-
Ví dụ:
- K2SO4 → 2K+ + SO42-
- KAl(SO4)2 → K+ + Al3+ + 2SO42-
- NaHSO3 → Na+ + HSO3-
-
Nếu anion gốc axit còn chứa hiđro có tính axit, thì gốc này cũng sẽ điện li ra H+.
-
Ví dụ: HSO4- ⇌ H+ + SO42-
-
Phức chất khi tan trong nước điện li hoàn toàn ra ion phức (ion phức nằm trong dấu ngoặc vuông), sau đó ion phức điện li yếu ra các cấu tử thành phần.
-
Ví dụ:
- [Ag(NH3)2]Cl → [Ag(NH3)2]+ + Cl-
- [Ag(NH3)2]+ ⇌ Ag+ + 2NH3
V. Bài Tập Vận Dụng Về Axit, Bazơ, Muối và Hiđroxit Lưỡng Tính
Để củng cố kiến thức, hãy cùng giải một số bài tập sau:
Bài 1: Phát biểu các định nghĩa axit, axit một nấc và nhiều nấc, bazơ, hiđroxit lưỡng tính, muối trung hoà, muối axit? Lấy các thí dụ minh hoạ và viết phương trình điện li của chúng.
Lời giải:
- Axit: Là những chất phân li trong nước ra ion H+. Ví dụ:
- HCl → H+ + Cl-
- H2S ⇌ 2H+ + S2-
- Axit một nấc: Là những axit chỉ phân li một nấc ra ion H+. Ví dụ: HCl, HBr…
- HCl → H+ + Cl-
- Axit nhiều nấc: Là những axit phân li nhiều lần ra H+. Ví dụ:
- H2S là axit hai nấc:
- H2S ⇌ H+ + HS-
- HS- ⇌ H+ + S2-
- H3PO4 là axit ba nấc:
- H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4-
- H2PO4- ⇌ H+ + HPO42-
- HPO42- ⇌ H+ + PO43-
- H2S là axit hai nấc:
- Bazơ: Là những chất khi tan trong nước phân li ra ion OH-.
- Ba(OH)2 → Ba2+ + 2OH-
- Hiđroxit lưỡng tính: Là những chất khi tan trong nước vừa có thể phân li như axit vừa có thể phân li như bazơ. Ví dụ: Zn(OH)2, Al(OH)3, Be(OH)2…
- Phân li kiểu bazơ: Al(OH)3 ⇌ Al3+ + 3OH-
- Phân li kiểu axit: HAlO2 ⇌ AlO2- + H+ (Khi đó: Al(OH)3 viết dưới dạng axit HAlO2.H2O)
- Muối trung hoà: Là những muối mà phân tử không còn khả năng phân li ra ion H+. Ví dụ: NaCl, K2SO4, Na3PO4, CaCO3, Al(NO3)3…
- Al(NO3)3 → Al3+ + 3NO3-
- Muối axit: Là muối mà trong phân tử vẫn còn hiđro có khả năng phân li ra ion H+. Ví dụ: NaHSO4, NaHCO3, KH2PO4, K2HPO3…
- NaHSO4 → Na+ + HSO4-
- Gốc axit HSO4- lại phân li ra H+: HSO4- ⇌ H+ + SO42-
Bài 2: Viết phương trình điện li của các chất sau:
a) Các axit yếu H2S; H2CO3
b) Bazơ mạnh: LiOH
c) Các muối: K2CO3, NaClO, NaHS
d) Hiđroxit lưỡng tính: Sn(OH)2
Lời giải:
a) Các axit yếu H2S; H2CO3:
- H2S ⇌ H+ + HS-
- HS- ⇌ H+ + S2-
- H2CO3 ⇌ H+ + HCO3-
- HCO3- ⇌ H+ + CO32-
b) Bazơ mạnh LiOH
- LiOH → Li+ + OH-
c) Các muối K2CO3, NaClO, NaHS
- K2CO3 → 2K+ + CO32-
- NaClO → Na+ + ClO-
- NaHS → Na+ + HS-
- HS- ⇌ H+ + S2-
d) Hiđroxit lưỡng tính Sn(OH)2:
- Sn(OH)2 ⇌ Sn2+ + 2OH-
- Hoặc H2SnO2 ⇌ 2H+ + SnO22-
Bài 3: Theo thuyết Areniut, kết luận nào sau đây đúng?
A. Một hợp chất trong thành phần phân tử có hiđro là một axit.
B. Một hợp chất trong thành phần phân tử có nhóm OH là bazơ.
C. Một hợp chất có khả năng phân li ra cation H+ trong nước là axit.
D. Một bazơ không nhất thiết phải có nhóm OH trong thành phần phân tử.
Lời giải:
Đáp án: C. Một hợp chất có khả năng phân li ra cation H+ trong nước là axit.
- A sai vì axit phải phân li ra H+ khi tan trong nước (theo Areniut). Nhiều chất có H nhưng không phải axit (H2O, NH3…)
- B sai vì các hiđroxit lưỡng tính cũng có nhóm OH (Zn(OH)2, Al(OH)3…)
- D sai vì bazơ (theo Areniut) phải phân li ra OH- khi tan trong nước, nên luôn có nhóm OH.
Bài 4: Với dung dịch axit yếu CH3COOH 0,10M, nếu bỏ qua sự điện li của nước, thì đánh giá nào về nồng độ mol ion sau đây là đúng?
A. [H+ ] = 0,10M
B. [H+ ] < [CH3COO- ]
C. [H+ ] > [CH3COO- ]
D. [H+ ] < 0,10M
Lời giải:
Đáp án: D. [H+ ] < 0,10M
Vì CH3COOH là axit yếu, chỉ điện li một phần trong nước: CH3COOH ⇌ H+ + CH3COO- => [H+] < 0,1M
Bài 5: Đối với dung dịch axit mạnh HNO3 0,10M nếu bỏ qua sự điện li của nước, thì đánh giá nào về nồng độ mol ion sau đây là đúng?
A. [H+ ] = 0,10M
B. [H+ ] < [NO3- ]
C. [H+ ] < [NO3-]
D. [H+ ] < 0,10M
Lời giải:
Đáp án: A. [H+ ] = 0,10M
Vì HNO3 là axit mạnh, điện li hoàn toàn trong dung dịch: HNO3 → H+ + NO3- . Do đó, [H+ ] = [NO3- ] = 0,1M