Bài học

Sự điện li và phân loại chất điện li

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết được phương trình điện li của một chất tan trong nước, phân biệt được chất điện li mạnh, chất điện li yếu và chất không điện li, đồng thời giải thích được vì sao dung dịch của chúng dẫn điện khác nhau.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở lớp 8–9 em đã biết dung dịch acid, base, muối dẫn được điện còn dung dịch đường thì không, và đã làm quen với các công thức HCl, NaOH, NaCl, CH3COOH. Bài này giải thích đúng hiện tượng đó bằng bản chất ion, và mở đầu cho toàn bộ chương trình Hoá 11 về cân bằng trong dung dịch nước.

Khởi động

Cắm hai điện cực nối với bóng đèn vào cốc nước cất — đèn không sáng. Hoà một thìa muối ăn vào, đèn sáng rực. Hoà một thìa đường vào cốc nước cất khác — đèn vẫn tắt. Cùng là chất rắn tan hết trong nước, vì sao một cốc dẫn điện còn cốc kia thì không?

Kiến thức trọng tâm

Sự điện li là quá trình phân li các chất trong nước (hoặc ở trạng thái nóng chảy) ra ion. Chất tan phân li ra ion gọi là chất điện li. Dòng điện chạy qua dung dịch chính là dòng chuyển dời có hướng của các ion mang điện tích — nước cất tinh khiết hầu như không có ion tự do nên không dẫn điện, còn đường khi tan trong nước vẫn ở dạng phân tử trung hoà, không tạo ra ion, nên dung dịch đường cũng không dẫn điện. Đó là chất không điện li.

**Sự điện li** là quá trình phân li các chất trong nước (hoặc ở trạng thái nóng chảy) ra ion. Chất tan phân li ra ion gọi là **chất điện li**. Dòng điện chạy qua dung dịch chính là dòng chuyển dời có hướng của các ion mang điện tích — nước cất tinh khiết hầu như không có ion tự do nên không dẫn điện, còn đường khi tan trong nước vẫn ở dạng phân tử trung hoà, không tạo ra ion, nên dung dịch đường cũng không dẫn điện. Đó là **chất không điện li**.

Trong số các chất điện li, mức độ phân li ra ion lại khác nhau rất nhiều, và người ta chia thành hai nhóm.

Chất điện li mạnh phân li hoàn toàn ra ion khi tan trong nước — trong dung dịch hầu như không còn phân tử chất tan ở dạng nguyên vẹn. Phương trình điện li của chất điện li mạnh dùng mũi tên một chiều $\to$ . Nhóm này gồm: hầu hết muối tan ( $NaCl \to Na^+ + Cl^-$ ), acid mạnh ( $HCl \to H^+ + Cl^-$ ; $HNO_3 \to H^+ + NO_3^-$ ; $H_2SO_4 \to 2H^+ + SO_4^{2-}$ ) và base mạnh ( $NaOH \to Na^+ + OH^-$ ; $Ba(OH)_2 \to Ba^{2+} + 2OH^-$ ).

**Chất điện li mạnh** phân li **hoàn toàn** ra ion khi tan trong nước — trong dung dịch hầu như không còn phân tử chất tan ở dạng nguyên vẹn. Phương trình điện li của chất điện li mạnh dùng mũi tên một chiều $\to$. Nhóm này gồm: hầu hết muối tan ($NaCl \to Na^+ + Cl^-$), acid mạnh ($HCl \to H^+ + Cl^-$; $HNO_3 \to H^+ + NO_3^-$; $H_2SO_4 \to 2H^+ + SO_4^{2-}$) và base mạnh ($NaOH \to Na^+ + OH^-$; $Ba(OH)_2 \to Ba^{2+} + 2OH^-$).

Chất điện li yếu chỉ phân li một phần — phần lớn chất tan vẫn tồn tại ở dạng phân tử, chỉ một tỉ lệ nhỏ tách ra thành ion, và quá trình này là thuận nghịch: ion tạo thành có thể kết hợp lại thành phân tử ban đầu. Vì vậy phương trình điện li của chất điện li yếu dùng dấu cân bằng $\rightleftharpoons$ , đúng như cách viết cân bằng hoá học em đã học ở Course 1. Ví dụ: $CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$ (acid acetic, thành phần chính của giấm ăn), $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$ (ammonia tan trong nước), $H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$ (acid carbonic trong nước có gas).

**Chất điện li yếu** chỉ phân li **một phần** — phần lớn chất tan vẫn tồn tại ở dạng phân tử, chỉ một tỉ lệ nhỏ tách ra thành ion, và quá trình này là **thuận nghịch**: ion tạo thành có thể kết hợp lại thành phân tử ban đầu. Vì vậy phương trình điện li của chất điện li yếu dùng dấu cân bằng $\rightleftharpoons$, đúng như cách viết cân bằng hoá học em đã học ở Course 1. Ví dụ: $CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$ (acid acetic, thành phần chính của giấm ăn), $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$ (ammonia tan trong nước), $H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$ (acid carbonic trong nước có gas).

Vì chất điện li yếu chỉ phân li một phần, nồng độ ion trong dung dịch của nó thấp hơn hẳn so với dung dịch chất điện li mạnh cùng nồng độ mol — đó là lý do dung dịch $CH_3COOH$ 0,10 M làm đèn sáng mờ hơn hẳn dung dịch $HCl$ 0,10 M trong cùng một thí nghiệm, dù hai dung dịch có cùng nồng độ chất tan ban đầu.

Việc phân loại này không chỉ là bài tập lý thuyết. Trong thực tế xử lý nước sinh hoạt, kỹ thuật viên đo độ dẫn điện của mẫu nước để ước lượng nhanh tổng lượng ion hoà tan (chủ yếu từ các muối điện li mạnh) mà không cần phân tích từng thành phần — nước càng dẫn điện tốt, càng chứa nhiều ion. Ngược lại, nước cất dùng trong phòng thí nghiệm phải gần như không dẫn điện, vì bất kỳ tạp chất ion nào (kể cả một chất điện li yếu lẫn vào) cũng đủ làm sai lệch phép đo pH hay chuẩn độ chính xác. Bản chất điện li — chứ không phải khối lượng hay thể tích chất tan — mới là yếu tố quyết định một dung dịch dẫn điện tốt hay kém.

Ví dụ

Viết phương trình điện li

1
Viết phương trình điện li của $NaCl$ , $HCl$ , $CH_3COOH$ và $C_{12}H_{22}O_{11}$ (đường) khi tan trong nước.
Viết phương trình điện li của $NaCl$, $HCl$, $CH_3COOH$ và $C_{12}H_{22}O_{11}$ (đường) khi tan trong nước.
2
$NaCl$ là muối tan, thuộc nhóm điện li mạnh, phân li hoàn toàn: $NaCl \to Na^+ + Cl^-$ . $HCl$ là acid mạnh, cũng phân li hoàn toàn: $HCl \to H^+ + Cl^-$ . $CH_3COOH$ là acid yếu, chỉ phân li một phần và thuận nghịch: $CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$ . Đường là hợp chất hữu cơ trung hoà, không tách ra ion khi tan — không viết được phương trình điện li vì đường không điện li.
$NaCl$ là muối tan, thuộc nhóm điện li mạnh, phân li hoàn toàn: $NaCl \to Na^+ + Cl^-$. $HCl$ là acid mạnh, cũng phân li hoàn toàn: $HCl \to H^+ + Cl^-$. $CH_3COOH$ là acid yếu, chỉ phân li một phần và thuận nghịch: $CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$. Đường là hợp chất hữu cơ trung hoà, không tách ra ion khi tan — không viết được phương trình điện li vì đường không điện li.
3
Ba chất đầu là chất điện li (hai chất điện li mạnh, một chất điện li yếu); đường là chất không điện li nên dung dịch đường không dẫn điện.
4
Dấu mũi tên trong phương trình điện li ( $\to$ hay $\rightleftharpoons$ ) không phải là chi tiết hình thức — nó cho biết chất đó điện li mạnh hay yếu, và quyết định cách tính nồng độ ion trong các bài sau.
Dấu mũi tên trong phương trình điện li ($\to$ hay $\rightleftharpoons$) không phải là chi tiết hình thức — nó cho biết chất đó điện li mạnh hay yếu, và quyết định cách tính nồng độ ion trong các bài sau.

Ví dụ

Giải thích độ sáng đèn trong thí nghiệm đo độ dẫn điện

1
Ba cốc dung dịch cùng nồng độ 0,10 M lần lượt là $HCl$ , $CH_3COOH$ và đường $C_{12}H_{22}O_{11}$ . Khi lắp mạch điện có bóng đèn qua từng cốc, hãy dự đoán và giải thích độ sáng của đèn ở mỗi cốc.
Ba cốc dung dịch cùng nồng độ 0,10 M lần lượt là $HCl$, $CH_3COOH$ và đường $C_{12}H_{22}O_{11}$. Khi lắp mạch điện có bóng đèn qua từng cốc, hãy dự đoán và giải thích độ sáng của đèn ở mỗi cốc.
2
Độ sáng đèn phụ thuộc số lượng ion tự do có trong dung dịch, càng nhiều ion thì dòng điện càng lớn. $HCl$ là chất điện li mạnh, phân li hoàn toàn nên nồng độ ion $H^+$ và $Cl^-$ đều xấp xỉ 0,10 M. $CH_3COOH$ là chất điện li yếu, chỉ một phần nhỏ phân li nên nồng độ ion $H^+$ và $CH_3COO^-$ thấp hơn 0,10 M rất nhiều. Đường không điện li, dung dịch gần như không có ion.
Độ sáng đèn phụ thuộc số lượng ion tự do có trong dung dịch, càng nhiều ion thì dòng điện càng lớn. $HCl$ là chất điện li mạnh, phân li hoàn toàn nên nồng độ ion $H^+$ và $Cl^-$ đều xấp xỉ 0,10 M. $CH_3COOH$ là chất điện li yếu, chỉ một phần nhỏ phân li nên nồng độ ion $H^+$ và $CH_3COO^-$ thấp hơn 0,10 M rất nhiều. Đường không điện li, dung dịch gần như không có ion.
3
Đèn ở cốc $HCl$ sáng nhất, đèn ở cốc $CH_3COOH$ sáng mờ, đèn ở cốc đường không sáng.
Đèn ở cốc $HCl$ sáng nhất, đèn ở cốc $CH_3COOH$ sáng mờ, đèn ở cốc đường không sáng.
4
Cùng một nồng độ mol ban đầu không có nghĩa là cùng nồng độ ion — đó là điểm phân biệt chất điện li mạnh và yếu mà đề thi hay khai thác.

Sai lầm thường gặp

Nhiều em nhầm "chất điện li yếu" với "chất không điện li" vì cả hai đều dẫn điện kém. Thực ra chất điện li yếu vẫn phân li ra ion (chỉ là một phần), nên dung dịch của nó VẪN dẫn điện, chỉ yếu hơn chất điện li mạnh cùng nồng độ — còn chất không điện li thì hoàn toàn không tạo ra ion. Khi viết phương trình, đừng dùng mũi tên $\to$ cho $CH_3COOH$ hay $NH_3$ — chúng bắt buộc phải viết $\rightleftharpoons$ .

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Chất điện li là chất tạo ra ion khi tan trong nước. Chất điện li mạnh phân li hoàn toàn (mũi tên $\to$ ): acid mạnh, base mạnh, hầu hết muối tan. Chất điện li yếu phân li một phần, thuận nghịch (dấu $\rightleftharpoons$ ): acid yếu, base yếu như $CH_3COOH$ , $NH_3$ . Chất không điện li không tạo ion, dung dịch không dẫn điện.

Chất điện li là chất tạo ra ion khi tan trong nước. Chất điện li mạnh phân li hoàn toàn (mũi tên $\to$): acid mạnh, base mạnh, hầu hết muối tan. Chất điện li yếu phân li một phần, thuận nghịch (dấu $\rightleftharpoons$): acid yếu, base yếu như $CH_3COOH$, $NH_3$. Chất không điện li không tạo ion, dung dịch không dẫn điện.

Bài tiếp theo định lượng chính xác "phân li một phần" đó bằng đại lượng độ điện li $\alpha$ , và cho thấy pha loãng dung dịch ảnh hưởng thế nào đến cân bằng điện li của chất điện li yếu.

Bài tiếp theo định lượng chính xác "phân li một phần" đó bằng đại lượng độ điện li $\alpha$, và cho thấy pha loãng dung dịch ảnh hưởng thế nào đến cân bằng điện li của chất điện li yếu.