Mục lục bài họcĐang ở d09-b4
Acid Strength, Molecular Structure and Salt Hydrolysis
What makes an acid strong
An acid is strong when the conjugate base is stable after the proton leaves. Three structural effects do that work:
- Bond strength and size down a group: $\text{HF}<\text{HCl}<\text{HBr}<\text{HI}$ in acidity, because the H–X bond gets longer and weaker.
- Electronegativity across a period: $\text{CH}_4<\text{NH}_3<\text{H}_2\text{O}<\text{HF}$, because a more electronegative atom holds the negative charge better.
- Oxygen count in oxyacids: $\text{HClO}<\text{HClO}_2<\text{HClO}_3<\text{HClO}_4$. Extra electronegative oxygens pull electron density away and spread the negative charge of the conjugate base.
The same logic explains why $\text{CCl}_3\text{COOH}$ is far stronger than $\text{CH}_3\text{COOH}$.
Salts are not neutral by default
Ions from a weak parent react with water; ions from a strong parent do not.
- Cation of a weak base (such as $\text{NH}_4^+$) makes the solution acidic.
- Anion of a weak acid (such as $\text{CH}_3\text{COO}^-$, $\text{F}^-$) makes it basic.
- $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$ are spectators — neutral.
The link between a pair is $K_aK_b=K_w=1{,}0\times10^{-14}$: the stronger the acid, the weaker its conjugate base.
Điều gì làm một axit mạnh: axit mạnh khi bazơ liên hợp bền sau lúc proton rời đi. Ba hiệu ứng cấu trúc tạo ra sự bền đó, và đề AP hỏi cả ba:
- Đi xuống một nhóm — độ bền liên kết: $\text{HF}<\text{HCl}<\text{HBr}<\text{HI}$ về tính axit. Nguyên tử càng lớn thì liên kết H–X càng dài và yếu, proton càng dễ rời. Chú ý ở đây không dùng độ âm điện, dù flo âm điện nhất nhưng HF lại là axit yếu nhất trong bốn.
- Đi ngang một chu kỳ — độ âm điện: $\text{CH}_4<\text{NH}_3<\text{H}_2\text{O}<\text{HF}$. Nguyên tử âm điện hơn giữ điện tích âm tốt hơn nên bazơ liên hợp bền hơn.
- Số oxi trong oxiaxit: $\text{HClO}<\text{HClO}_2<\text{HClO}_3<\text{HClO}_4$. Mỗi oxi thêm vào rút electron về phía nó, giúp phân tán điện tích âm của bazơ liên hợp.
Cùng lập luận đó giải thích vì sao $\text{CCl}_3\text{COOH}$ mạnh hơn hẳn $\text{CH}_3\text{COOH}$: ba clo âm điện kéo mật độ electron ra khỏi nhóm cacboxyl.
Muối không mặc nhiên trung tính — đây là chỗ mất điểm rất nhiều. Ion sinh ra từ chất mẹ yếu thì phản ứng với nước; ion từ chất mẹ mạnh thì không.
- Cation của bazơ yếu (như $\text{NH}_4^+$) làm dung dịch có tính axit.
- Anion của axit yếu (như $\text{CH}_3\text{COO}^-$, $\text{F}^-$) làm dung dịch có tính bazơ.
- $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$ chỉ là ion khán giả — trung tính.
Cầu nối giữa một cặp liên hợp: $K_aK_b=K_w=1{,}0\times10^{-14}$. Axit càng mạnh thì bazơ liên hợp càng yếu.
Tính pH của dung dịch $\text{NaF}$ $0{,}20$ M. Cho $K_a(\text{HF})=7{,}2\times10^{-4}$.
Xác định ion nào phản ứng: $\text{Na}^+$ đến từ bazơ mạnh NaOH nên là ion khán giả. $\text{F}^-$ là bazơ liên hợp của axit yếu HF, nên nó nhận proton từ nước:
$\text{F}^-+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{HF}+\text{OH}^-$
Tính $K_b$ từ cặp liên hợp:
$K_b=\dfrac{K_w}{K_a}=\dfrac{1{,}0\times10^{-14}}{7{,}2\times10^{-4}}=1{,}4\times10^{-11}$
Bảng ICE với $x=[\text{OH}^-]$, và vì $K_b$ rất nhỏ nên xấp xỉ $0{,}20-x\approx0{,}20$:
$K_b=\dfrac{x^2}{0{,}20}\Rightarrow x^2=2{,}8\times10^{-12}$
$x=1{,}7\times10^{-6}$ M
Từ $[\text{OH}^-]$ ra pH: pOH $=-\log(1{,}7\times10^{-6})=5{,}77$, nên pH $=14{,}00-5{,}77=8{,}23$.
Kiểm hướng: pH $>7$ — đúng như dự đoán cho muối của axit yếu với bazơ mạnh.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 8 — Acids and Bases gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.