Mục lục bài họcĐang ở d07-b1
Acids, alkalis, pH and neutralisation
Definitions that matter
- an acid produces $\ce{H+}$ ions in aqueous solution;
- a base neutralises an acid; a soluble base is called an alkali, and it produces $\ce{OH-}$ ions in solution.
The words "in aqueous solution" belong in the definition. Dry hydrogen chloride gas contains no $\ce{H+}$ ions and does not behave as an acid — it does not even turn dry litmus red.
The pH scale
pH runs from about $0$ to $14$: below $7$ is acidic, exactly $7$ is neutral, above $7$ is alkaline. Universal indicator gives a colour for each region; litmus gives only two answers.
| indicator | in acid | in alkali |
| litmus | red | blue |
| methyl orange | red | yellow |
| thymolphthalein | colourless | blue |
Neutralisation
Whatever acid and whatever alkali, the reaction between them is always the same at the ionic level:
$$\ce{H+ + OH^- -> H2O}$$Everything else in the equation — the metal ion and the acid's negative ion — stays dissolved and simply becomes the salt.
Strong and weak, concentrated and dilute — four different words
Strong / weak is about how far the acid dissociates into ions. A strong acid such as hydrochloric acid is fully dissociated; a weak acid such as ethanoic acid is only partly dissociated.
Concentrated / dilute is about how much acid there is in a given volume of water.
The two ideas are independent. A concentrated weak acid and a dilute strong acid both exist, and vinegar is a good example of the first. Using "strong" when you mean "concentrated" is a marked error.
Hai định nghĩa cần thuộc chính xác.
- Axit là chất tạo ra ion $\ce{H+}$ trong dung dịch nước;
- Bazơ là chất trung hoà được axit; bazơ tan được gọi là kiềm, và nó tạo ra ion $\ce{OH-}$ trong dung dịch.
Cụm “trong dung dịch nước” thuộc về định nghĩa, không phải chi tiết thừa. Khí hiđro clorua khô không chứa ion $\ce{H+}$ nào và không hành xử như một axit — nó thậm chí không làm đỏ giấy quỳ khô.
Thang pH. pH chạy từ khoảng $0$ tới $14$: dưới $7$ là axit, đúng $7$ là trung tính, trên $7$ là kiềm. Chất chỉ thị vạn năng cho một màu riêng cho mỗi vùng; giấy quỳ chỉ cho hai câu trả lời.
- quỳ tím: đỏ trong axit, xanh trong kiềm;
- metyl da cam: đỏ trong axit, vàng trong kiềm;
- thymolphtalein: không màu trong axit, xanh trong kiềm.
Sự trung hoà. Dù là axit nào và kiềm nào, phản ứng giữa chúng ở mức ion luôn là một:
$$\ce{H+ + OH^- -> H2O}$$Mọi thứ còn lại trong phương trình — ion kim loại và ion âm của axit — vẫn ở trong dung dịch và đơn giản trở thành muối.
Mạnh / yếu và đặc / loãng — bốn từ khác nhau.
Mạnh / yếu nói về mức độ axit phân li thành ion. Axit mạnh như axit clohiđric phân li hoàn toàn; axit yếu như axit etanoic chỉ phân li một phần.
Đặc / loãng nói về lượng axit có trong một thể tích nước cho trước.
Hai ý này độc lập với nhau. Vẫn có axit yếu đặc và axit mạnh loãng — giấm là ví dụ của loại thứ nhất. Dùng chữ “mạnh” khi ý muốn nói “đặc” là lỗi bị trừ điểm.
Một dung dịch axit clohiđric $0.001$ mol/dm³ có pH khoảng $3$. Một dung dịch axit etanoic $1.0$ mol/dm³ cũng có pH khoảng $2.4$. (a) Axit nào là axit mạnh? (b) Axit nào đặc hơn? (c) Giải thích vì sao hai câu trả lời không mâu thuẫn nhau.
(a) Axit clohiđric là axit mạnh. Nó phân li hoàn toàn trong nước: mỗi phân tử $\ce{HCl}$ cho đúng một ion $\ce{H+}$.
$$\ce{HCl -> H+ + Cl^-}$$Axit etanoic là axit yếu: chỉ một phần nhỏ số phân tử phân li, phần còn lại tồn tại nguyên vẹn.
$$\ce{CH3COOH <=> H+ + CH3COO^-}$$(b) Axit etanoic đặc hơn — $1{,}0$ mol/dm³ so với $0{,}001$ mol/dm³, tức đặc hơn một nghìn lần.
(c) Vì sao không mâu thuẫn. Hai cặp từ đo hai thứ khác nhau:
- mạnh / yếu đo tỉ lệ phân li — bao nhiêu phần trăm số phân tử cho ra ion;
- đặc / loãng đo số mol axit trong mỗi dm³ nước.
Axit etanoic phân li kém, nhưng vì có rất nhiều phân tử nên tổng số ion $\ce{H+}$ vẫn lớn hơn dung dịch $\ce{HCl}$ cực loãng kia. Mà pH đo nồng độ ion $\ce{H+}$, nên nó thấp hơn.
Ý cần rút ra: pH chịu ảnh hưởng của cả hai yếu tố, nên không đọc ngược ra được độ mạnh nếu không biết nồng độ. Ví dụ đời thường: giấm là axit yếu nhưng đủ đặc để ăn mòn kim loại và làm hỏng men răng.
Cho axit clohiđric phản ứng với dung dịch natri hiđroxit. (a) Viết phương trình phân tử. (b) Viết phương trình ion rút gọn. (c) Giải thích vì sao phương trình ion rút gọn giống hệt nhau với mọi cặp axit mạnh và kiềm mạnh.
(a) Phương trình phân tử.
$$\ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O}$$(b) Phương trình ion rút gọn. Trong dung dịch, các chất tan phân li thành ion:
$$\ce{H+ + Cl^- + Na+ + OH^- -> Na+ + Cl^- + H2O}$$Ion $\ce{Na+}$ và $\ce{Cl-}$ xuất hiện y hệt ở cả hai vế — chúng không tham gia phản ứng, chỉ trôi nổi trong dung dịch. Loại chúng đi:
$$\ce{H+ + OH^- -> H2O}$$(c) Vì sao luôn giống nhau. Với mọi axit mạnh, ion hoạt động duy nhất là $\ce{H+}$; với mọi kiềm mạnh, ion hoạt động duy nhất là $\ce{OH-}$.
Ion kim loại và ion âm của axit chỉ là ion khán giả: chúng vào dung dịch ở dạng ion và ra khỏi phản ứng vẫn ở dạng ion, không đổi gì. Chúng chỉ trở thành muối khi ta cho nước bay hơi.
Vì thế bản chất của mọi phản ứng trung hoà là một: ion $\ce{H+}$ gặp ion $\ce{OH-}$ và tạo thành nước. Điều này giải thích luôn vì sao mọi phản ứng trung hoà đều toả nhiệt với gần như cùng một lượng nhiệt trên mỗi mol nước tạo thành.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Acids, Bases and Salts gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.