Giải SGK Hóa học 11 (Cánh diều) Bài 2: Sự điện li trong dung dịch nước. Thuyết Bronsted – Lowry về acid - base

Giải Hóa học 11 Bài 2: Sự điện li trong dung dịch nước. Thuyết Bronsted – Lowry về acid - base

Mở đầu trang 15 Hoá học 11: Quan sát Hình 2.1, em hãy nêu những sự khác nhau giữa chất điện li và chất không điện li.

Lời giải:

Sự khác nhau giữa chất điện li và chất không điện li:

+ Chất điện li là chất khi tan trong nước phân li thành ion.

+ Chất không điện li là chất khi tan trong nước không phân li thành ion.

I. Sự điện li, chất điện li và chất không điện li

Câu hỏi 1 trang 16 Hoá học 11: Trong thí nghiệm trên, đèn sáng hay không sáng chứng tỏ tính chất vật lí nào của dung dịch chất tan?

Lời giải:

Trong thí nghiệm, đèn sáng hay không sáng chứng tỏ tính dẫn điện của dung dịch chất tan.

+ Đèn sáng chứng tỏ dung dịch chất tan dẫn điện.

+ Đèn không sáng chứng tỏ dung dịch chất tan không dẫn điện.

Luyện tập 1 trang 16 Hoá học 11: Dự đoán trong thí nghiệm trên, cốc thuỷ tinh chứa nước nguyên chất thì đèn sáng hay không.

Lời giải:

Dự đoán trong thí nghiệm trên, cốc thuỷ tinh chứa nước nguyên chất thì đèn không sáng.

Do nước nguyên chất không dẫn điện.

Luyện tập 2 trang 16 Hoá học 11: Tìm hiểu và cho biết những chất nào sau đây thuộc loại chất điện li: HCl, Fe, BaCl₂, Ca(OH)₂, CH₃COOH, O₂.

Lời giải:

Chất điện li là chất khi tan trong nước phân li thành ion.

Vậy những chất thuộc loại chất điện li là: HCl, BaCl₂, Ca(OH)₂, CH₃COOH.

II. Thuyết Br∅nsted – Lowry về acid – base

Câu hỏi 2 trang 17 Hoá học 11: Ở quá trình (3b), nước đóng vai trò là acid hay base? Vì sao?

Lời giải:

Quá trình (3b): HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^-

Trong quá trình này nước đóng vai trò là base do nhận H⁺.

H₂O + H⁺ → H₃O⁺.

Luyện tập 3 trang 17 Hoá học 11: Trong cân bằng (4), hãy chỉ ra hai acid và hai base. Giải thích.

Lời giải:

Cân bằng (4): $N{H}_3+H_{2}O\rightleftharpoons N{H}_4^{+}+O{H}^{-}$

Trong phản ứng thuận của (4), H₂O đã nhường H⁺ cho NH₃ nên đóng vai trò là acid, còn NH₃ nhận H⁺ từ H₂O nên đóng vai trò là base.

Trong phản ứng nghịch của (4), NH₄⁺ đã nhường H⁺ cho OH^- nên đóng vai trò là acid, còn OH^- nhận H⁺ từ NH₄⁺ nên đóng vai trò là base.

Vậy trong cân bằng (4):

+ Hai acid là: H₂O và NH₄⁺.

+ Hai base là: NH₃ và OH^-.

Câu hỏi 3 trang 17 Hoá học 11: Dựa vào cân bằng (4) và (5), hãy giải thích vì sao H₂O được cho là chất có tính lưỡng tính (là chất vừa có tính acid, vừa có tính base).

Lời giải:

Nước được cho là chất có tính lưỡng tính (là chất vừa có tính acid, vừa có tính base) do nước vừa có khả năng nhường H⁺ (cân bằng 4) vừa có khả năng nhận H⁺ (cân bằng 5).

Luyện tập 4 trang 18 Hoá học 11: Cho các phân tử sau: HBr, HI, H₂S, KOH. Hãy phân loại chúng thành acid mạnh, base mạnh, acid yếu và base yếu

Lời giải:

Acid mạnh và base mạnh phân li hoàn toàn trong nước; Acid yếu và base yếu phân li một phần trong nước. Vậy:

+ Acid mạnh là: HBr và HI

HBr → H⁺ + Br^-

HI → H⁺ + I^-

+ Base mạnh là: KOH

KOH → K⁺ + OH^-

+ Acid yếu là: H₂S

H₂S ⇌ H⁺ + HS^-

(HS^- ⇌ H⁺ + S^2-)

Câu hỏi 4 trang 18 Hoá học 11: Trong các cân bằng (7), (8a) và (8b), xác định các acid và base.

Lời giải:

+ Cân bằng (7): Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃ + 3H⁺

Trong cân bằng (7) Al³⁺ đóng vai trò là acid; H₂O đóng vai trò là base.

+ Cân bằng (8a): $C{O}_3^{2-}+H_{2}O\rightleftharpoons HC{O}_3^{-}+O{H}_{}^{-}$

Trong cân bằng (8a) H₂O đóng vai trò là acid, CO₃^2- đóng vai trò là base.

+ Cân bằng (8b): $HC{O}_3^{-}+H_{2}O\rightleftharpoons H_{2}C{O}_3+O{H}_{}^{-}$

Trong cân bằng (8b) H₂O đóng vai trò là acid, HCO₃^- đóng vai trò là base.

Vận dụng trang 19 Hoá học 11: Tương tự Ví dụ 5, hãy cho biết dung dịch phèn sắt (NH₄Fe(SO₄)₂.12H₂O) có môi trường acid hay base. Giải thích. Vì sao người ta có thể dùng phèn sắt để loại bỏ các chất lơ lửng trong nước?

Lời giải:

- Dung dịch phèn sắt (NH₄Fe(SO₄)₂.12H₂O) có môi trường acid. Do trong nước, phèn sắt bị phân li hoàn toàn theo phương trình:

NH₄Fe(SO₄)₂.12H₂O → NH₄⁺ + Fe³⁺ + 2SO₄^2- + 12H₂O

Ion NH₄⁺ và Fe³⁺ đóng vai trò là acid trong các cân bằng:

NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺ (*)

Fe³⁺ + 3H₂O ⇌ Fe(OH)₃ + 3H⁺ (**)

- Người ta có thể dùng phèn sắt để loại bỏ các chất lơ lửng trong nước bởi ion Fe³⁺ tạo Fe(OH)₃ theo (**) ở dạng kết tủa, có khả năng hấp phụ các chất rồi lắng xuống đáy bể.

Bài tập (trang 19)

Bài 1 trang 19 Hoá học 11: Nếu dòng điện chạy qua được dung dịch nước của một chất X, những phát biểu nào sau đây là không đúng?

a) Chất X là chất điện li.

b) Trong dung dịch chất X có các ion dương và ion âm.

c) Chất X ở trạng thái rắn khan cũng dẫn điện.

d) Trong dung dịch chất X có electron tự do.

Lời giải:

Đáp án đúng là: (c); (d)

Phát biểu (c) không đúng do X ở trạng thái rắn, khan không dẫn điện.

Phát biểu (d) không đúng do dung dịch chất X có các ion dương và ion âm.

Bài 2* trang 19 Hoá học 11: Giải thích vì sao dung dịch HCl dẫn điện tốt hơn dung dịch CH₃COOH có cùng nồng độ.

Lời giải:

Giả sử nồng độ của dung dịch HCl bằng nồng độ của dung dịch CH₃COOH và bằng x M.

HCl là acid mạnh, phân li hoàn toàn trong nước:

HCl → H⁺ + Cl^-

x →   x        x        M

CH₃COOH là acid yếu, phân li một phần trong nước:

CH₃COOH ⇌ CH₃COO^- + H⁺

x                                                M

Suy ra [CH₃COO^-] = [H⁺] < x M

Vậy dung dịch HCl dẫn điện tốt hơn dung dịch CH₃COOH có cùng nồng độ do trong dung dịch HCl (x M) có nhiều phần tử mang điện hơn dung dịch CH₃COOH (x M).

Bài 3 trang 19 Hoá học 11: Giải thích vai trò của nước trong sự điện li của HCl và NaOH.

Lời giải:

Nước là dung môi phân cực, đóng vai trò quan trọng trong sự điện li của HCl và NaOH.

+ Khi tan trong nước, các phân tử HCl hút về chúng những cực ngược dấu của các phân tử nước. Do sự tương tác giữa các phân tử nước và phân tử HCl, kết hợp với sự chuyển động không ngừng của các phân tử nước dẫn đến sự điện li phân tử HCl ra các ion H⁺ và Cl^-.

+ NaOH là hợp chất ion, trong tinh thể có các ion Na⁺ và OH^- liên kết với nhau bằng lực hút tĩnh điện. Nước là dung môi phân cực. Khi cho tinh thể NaOH vào nước, các ion Na⁺ và OH^- trên bề mặt hút các phân tử nước lại gần. Các phân tử nước hướng các đầu âm vào ion Na⁺, các đầu dương vào ion OH^- làm yếu liên kết giữa các cation, anion trong tinh thể và khuếch tán vào nước.