Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li

I. Định nghĩa:

Phản ứng trao đổi ion là phản ứng xảy ra khi các chất tham gia phản ứng trao đổi ion với nhau.

II. Các dạng (nếu có) của phản ứng trao đổi ion

 Muối     +     Axit    →    Muối mới     +    Axit mới
 Muối     +     Bazơ   →    Muối mới    +   Bazơ mới
 Muối     +     Muối   →    Muối mới     +   Muối mới

Hidroxit không tan + dung dịch H+  → dung dịch muối + H2O (chất điện li yếu)
 Dung dịch axit + dung dịch bazơ    →  Dung dịch muối + H2O (chất điện li yếu)

III. Điều kiện để phản ứng trao đổi ion xảy ra (Định luật Bertholet)

Phản ứng trao đổi ion xảy ra khi và chỉ khi có ít nhất một sản phẩm phản ứng là chất kết tủa, chất bay hơi, chất không bền hay chất điện li yếu nghĩa là các sản phẩm này có thể tự tách ra khỏi dung dịch hay trở thành dung môi là H2O.              
Ví dụ:
1. (Ag+  + NO3-)   +  (H+  +  Cl-)  →   AgCl↓  +   (H+  +  NO3-)
Phương trình ion thu gọn:  Ag+   +   Cl-  →  AgCl↓
2. (2Na+  +  S2- )    +   2(H+  +  Cl-)   →  2(Na+  +  Cl-)   +  H2S↑
Phương trình ion thu gọn:  2H+  +  S2-   →  H2S↑

IV. Tổng kết  phản ứng axit-bazơ hay phản ứng trung hoà và phản ứng trao đổi

Bản chất ion của phản ứng trung hòa và phản ứng trao đổi ion – Các cặp ion đối kháng (gây phản ứng) và các cặp ion không đối kháng (không gây phản ứng).
Phản ứng trung hoà và phản ứng trao đổi ion có chung một bản chất, đó là phản ứng giữa hai ion ngược dấu để tạo ra một chất kết tủa, một chất bay hơi, một chất không bền hay một chất điện ly yếu, hai ion nguợc dấu này đã triệt tiêu tính chất của nhau, cùng nhau tách khỏi môi trường phản ứng. Ta có thể gọi cặp ion ngược dấu gây ra phản ứng trung hoà và phản ứng trao đổi ion là  một cặp ion đối kháng, bởi lẽ hai ion đối kháng này không thể nào  đồng thời tồn tại trong cùng một dung dịch (“không đội trời chung”), vì khi chúng gặp nhau thì đã triệt tiêu lẫn nhau và gây ra những phản ứng đặc hiệu cùng nhau tách khỏi môi trường phản ứng (đặc hiệu có nghĩa là đặc trưng và kèm theo dấu hiệu như tạo kết tủa, dung dịch sôi, bốc mùi khai, mùi trứng thối…), như thế hai ion đối kháng còn là thuốc thử của nhau hoặc dùng để tách nhau ra khỏi dung dịch.
Ví dụ:
– Ion H+ thì đối kháng với OH-, với CO32-, với SO32-, hay S2-.
– Ion Cl-,Br- cùng đối kháng với Ag+, với Pb2+.
– Ion SO42- đối kháng với Ba2+, Pb2+.
– Ion OH- đối kháng với mọi cation ngoại trừ các cation kim loại kiềm và 3 cation kim loại kiềm thổ.
– Anion CO32-, SO32-,PO43- thì đối kháng với hầu hết cation, ngoại trừ các cation kim loại kiềm (Na+,K+,..) và NH4+.
Hai ion ngược dấu nhưng không đối kháng thì khi gặp nhau sẽ không có phản ứng và chúng có thể đồng thời tồn tại trong cùng một dung dịch.
 Ví dụ: Anion NO3- không đối kháng với mọi cation.
Các cation kim loại kiềm thì không đối kháng với mọi anion.
Nhưng hai ion đã đối kháng thì khi gặp nhau nhất định phải xảy ra phản ứng dù rằng một trong hai ion đối kháng đó đang ở trạng thái hợp chất rắn không tan trong nước hay ở trạng thái ion đa nguyên tử.Ví dụ : CaCO3 + 2H + → Ca2 + + H2O + CO2 ↑               Cu(OH)2+ 2H+ → Cu2+   +  2H2O
               HCO3-  +  H+    →  H2O  +  CO2 ↑
               HCO3-   + OH-  →  H2O   +  CO32-
Chú ý quan trọng: Điện tích luôn luôn xuất hiện hoặc mất đi từng cặp có giá trị bằng nhau nhưng ngược dấu.
Xuất hiện: NaCl  →  Na+  +  Cl-  : 1+ cùng xuất hiện với 1-
                   CuSO4 →  Cu2+ + SO42-: 2+ cùng xuất hiện với 2-
Mất đi:     Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3↓: 3+ cùng mất với 3-
                  Ba2+ + SO42- → BaSO4↓: 2+ cùng mất với 2-
                  Ag+  + Cl-     → AgCl↓:  1+ cùng mất với 1-
Trong dung dịch các chất điện ly hay chất điện ly nóng chảy thì tổng số đơn vị điện tích dương của các cation bằng tổng số đơn vị điện tích âm của các anion.
 – Thuật ngữ  “ion đối kháng “ là thuật ngữ y khoa và phòng thí nghiệm hóa phân tích dùng để chỉ hai ion đối dấu và có gây phản ứng với nhau.

V. Sự thủy phân của muối trung hoà

Nước nguyên chất là môi trường trung tính có pH = 7, nhưng khi ta hoà tan muối trung hoà vào nước thì một lượng nhỏ anion hay cation của muối trung hoà có thể  phản ứng với nước để giải phóng thêm H+hay OH-  làm cho pH thay đổi. Ta phân biệt 4 trường hợp sau:

1. Muối trung hoà tạo bởi axit và bazơ đều mạnh thì không bị thủy phân, dung dịch trung tính; có pH = 7.

Ví dụ: Muối NaCl, Na2SO4, KNO3, KCl…
Giải thích: Na+, K+ là hai cation của  bazơ mạnh, Cl-, NO3-, SO42- là ba anion của ba axit mạnh.
Tất cả đều là những anion, cation trung tính nên không có phản ứng với H2O tức là không bị thuỷ phân: pH = 7

2. Muối trung hoà tạo bởi bazơ mạnh và axit yếu thì bị thủy phân một phần tạo ra dung dịch có tính bazơ:  pH  > 7.

  *Khi hầm xương, nấu cháo gạo lức, nấu bánh chưng, bánh ú tro… ta thường trộn vào nếp hay thêm vào nước một tí muối NaHCO3 (xô-đa ăn) hay nước tro (K2CO3) khi đó ta đã thủy phân protit của xương, hay thủy phân tinh bột trong môi trường kiềm (OH-).

3. Muối trung hoà tạo bởi axit mạnh và bazơ yếu bị thủy phân một phần tạo ra dung dịch có tính axit  pH  <  7.

là phản ứng xảy ra khi các chất tham gia phản ứng trao đổi ion với nhau.Hidroxit không tan + dung dịch H→ dung dịch muối + HO (chất điện li yếu)Dung dịch axit + dung dịch bazơ → Dung dịch muối + HO (chất điện li yếu)Phản ứng trao đổi ion xảy ra khi và chỉ khi có ít nhất một sản phẩm phản ứng là chất kết tủa, chất bay hơi, chất không bền hay chất điện li yếu nghĩa là các sản phẩm này có thể tự tách ra khỏi dung dịch hay trở thành dung môi là HO.1. (Ag+ NO) + (H+ Cl) → AgCl↓ + (H+ NOPhương trình ion thu gọn: Ag+ Cl→ AgCl↓2. (2Na+ S) + 2(H+ Cl) → 2(Na+ Cl) + HS↑Phương trình ion thu gọn: 2H+ S→ HS↑Phản ứng trung hoà và phản ứng trao đổi ion có chung một bản chất, đó là phản ứng giữa hai ion ngược dấu để tạo ra một chất kết tủa, một chất bay hơi, một chất không bền hay một chất điện ly yếu, hai ion nguợc dấu này đã triệt tiêu tính chất của nhau, cùng nhau tách khỏi môi trường phản ứng. Ta có thể gọi cặp ion ngược dấu gây ra phản ứng trung hoà và phản ứng trao đổi ion là, bởi lẽ hai ion đối kháng này không thể nào đồng thời tồn tại trong cùng một dung dịch (“không đội trời chung”), vì khi chúng gặp nhau thì đã triệt tiêu lẫn nhau và gây ra những phản ứng đặc hiệu cùng nhau tách khỏi môi trường phản ứng (đặc hiệu có nghĩa là đặc trưng và kèm theo dấu hiệu như tạo kết tủa, dung dịch sôi, bốc mùi khai, mùi trứng thối…), như thế hai ion đối kháng còn là thuốc thử của nhau hoặc dùng để tách nhau ra khỏi dung dịch.- Ion Hthì đối kháng với OH, với CO, với SO, hay S- Ion Cl,Brcùng đối kháng với Ag, với Pb- Ion SOđối kháng với Ba, Pb- Ion OHđối kháng với mọi cation ngoại trừ các cation kim loại kiềm và 3 cation kim loại kiềm thổ.- Anion CO, SO,POthì đối kháng với hầu hết cation, ngoại trừ các cation kim loại kiềm (Na,K,..) và NHHai ion ngược dấu nhưng không đối kháng thì khi gặp nhau sẽ không có phản ứng và chúng có thể đồng thời tồn tại trong cùng một dung dịch.: Anion NOkhông đối kháng với mọi cation.Các cation kim loại kiềm thì không đối kháng với mọi anion.Nhưng hai ion đã đối kháng thì khi gặp nhau nhất định phải xảy ra phản ứng dù rằng một trong hai ion đối kháng đó đang ở trạng thái hợp chất rắn không tan trong nước hay ở trạng thái ion đa nguyên tử.Cu(OH)+ 2H→ Cu+ 2HHCO+ H→ HO + COHCO+ OH→ HO + COXuất hiện: NaCl → Na+ Cl: 1cùng xuất hiện với 1CuSO→ Cu+ SO: 2cùng xuất hiện với 2Mất đi: Fe+ 3OH→ Fe(OH)↓: 3cùng mất với 3Ba+ SO→ BaSO↓: 2cùng mất với 2Ag+ Cl→ AgCl↓: 1cùng mất với 1- Thuật ngữ “ion đối kháng “ là thuật ngữ y khoa và phòng thí nghiệm hóa phân tích dùng để chỉ hai ion đối dấu và có gây phản ứng với nhau.Nước nguyên chất là môi trường trung tính có pH = 7, nhưng khi ta hoà tan muối trung hoà vào nước thì một lượng nhỏ anion hay cation của muối trung hoà có thể phản ứng với nước để giải phóng thêm Hhay OHlàm cho pH thay đổi. Ta phân biệt 4 trường hợp sau:: Muối NaCl, NaSO, KNO, KCl…Giải thích: Na, Klà hai cation của bazơ mạnh, Cl, NO, SOlà ba anion của ba axit mạnh.Tất cả đều là những anion, cation trung tính nên không có phản ứng với HO tức là không bị thuỷ phân: pH = 7*Khi hầm xương, nấu cháo gạo lức, nấu bánh chưng, bánh ú tro… ta thường trộn vào nếp hay thêm vào nước một tí muối NaHCO(xô-đa ăn) hay nước tro (KCO) khi đó ta đã thủy phân protit của xương, hay thủy phân tinh bột trong môi trường kiềm (OH).

4. Muối tạo bởi axit yếu và bazơ yếu thì khi tan trong nước luôn bị thuỷ phân:

Giá trị pH của dung dịch tuỳ thuộc vào bản chất axit của cation và bazơ của anion.
Ta không nên cất giữ Al2S3 nơi ẩm ướt vì sẽ có mùi trứng thối bốc lên thường xuyên.

VI. Phản ứng tạo phức tan

Nhỏ dung dịch NH3 vào cốc đựng AgCl ta thấy AgCl tan dần ta thu được dung dịch trong suốt đó là dung dịch muối phức [Ag(NH3)2]Cl. Phương trình phản ứng như sau:
               AgCl  + 2NH3  →  [Ag(NH3)2]+ +  Cl-
 Cách học thuộc các cặp ion đối kháng và không đối kháng
– Muốn biết phản ứng trung hòa và phản ứng trao đổi có xảy ra hay không.
– Muốn nhận biết các chất, các ion trong dung dịch.
– Muốn tách các chất, các ion ra khỏi dung dịch.
 Ta cần phải học thuộc lòng các cặp ion đối kháng và không đối kháng sau đây:

1. Anion NO3- và CH3COO- thì không đối kháng với mọi cation, ngoại trừ

2. Anion Cl-, Br- thì không đối kháng với hầu hết cation, ngoại trừ cation Ag+, Pb2+

             Ag+  +  Cl-    →  AgCl¯
             Pb2+ +  Br-   →   AgBr¯
             Pb2+ + 2Cl-  →   PbCl2¯   (tan trong nước sôi)
            (bay hơi )

3. Anion SO42- thì không đối kháng với hầu hết mọi cation ngoại trừ cation Ba2+, Pb2+ riêng CaSO4ít tan

Ba2+   +   SO42- →   BaSO4 ¯
Pb2+    +   SO42- →   PbSO4 ¯ 

4. Các anion CO32-, SO32-, S2-, PO43- thì đối kháng với hầu hết cation, ngoại trừ các cation kim loại kiềm ( Li+, Na+, K+…) và NH4+

5. Anion OH- thì đối kháng với hầu hết cation ngoại trừ các cation kim loại kiềm và 3 cation kim loại kiềm thổ là Ca2+, Ba2+, Sr2+

Tóm lại các cation kim loại kiềm như Na+, K+ thì không đối kháng với mọi anion
 Ta nên lưu ý: H+  + OH-  → H2O (có phản ứng nhưng không đặc hiệu)                  

Các cation kim loại kiềm thì không có anion đối kháng, còn anion NO3- thì không có cation đối kháng do đó muốn nhận biết các cation kim loại kiềm ta phải xem quang phổ phát xạ của chúng.
 Thí dụ:
– Quang phổ phát xạ của nguyên tố Natri có màu vàng.
– Quang phổ phát xạ của nguyên tố Kali có màu tím.
– Muốn nhận biết anion NO3- thì dùng dung dịch H2SO4 và Cu.

Bài viết cùng chương:
Giá trị pH của dung dịch tùy thuộc vào thực chất axit của cation và bazơ của anion. Ta không nên cất giữ Alnơi khí ẩm vì sẽ có mùi trứng thối bốc lên liên tục. Nhỏ dung dịch NHvào cốc đựng AgCl ta thấy AgCl tan dần ta thu được dung dịch trong suốt đó là dung dịch muối phức [ Ag ( NH ] Cl. Phương trình phản ứng như sau : AgCl + 2NH → [ Ag ( NH + Cl – Muốn biết phản ứng trung hòa và phản ứng trao đổi có xảy ra hay không. – Muốn nhận ra những chất, những ion trong dung dịch. – Muốn tách những chất, những ion ra khỏi dung dịch. Ta cần phải học thuộc lòng những cặp ion đối kháng và không đối kháng sau đây : Ag + Cl → AgCl ¯ Pb + Br → AgBr ¯ Pb + 2C l → PbCl ¯ ( tan trong nước sôi ) ( bay hơi ) Tóm lại những cation sắt kẽm kim loại kiềm như Na, Kthì không đối kháng với mọi anionTa nên quan tâm : H + OH → HO ( có phản ứng nhưng không đặc hiệu ) Các cation sắt kẽm kim loại kiềm thì không có anion đối kháng, còn anion NOthì không có cation đối kháng do đó muốn nhận ra những cation sắt kẽm kim loại kiềm ta phải xem quang phổ phát xạ của chúng. – Quang phổ phát xạ của nguyên tố Natri có màu vàng. – Quang phổ phát xạ của nguyên tố Kali có màu tím. – Muốn nhận ra anion NOthì dùng dung dịch HSOvà Cu .

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Mua Bán Đồ Cũ