Phương trình điện li là gì? Cách viết phương trình điện li?

1. Phương trình điện li là gì? 

Phương trình điện li là một phương trình hóa học mô tả quá trình phân li của một chất điện li trong dung dịch. Nó biểu thị cách mà chất điện li tách thành các ion dương và ion âm khi hòa tan trong dung dịch. Phương trình điện li thường được viết dưới dạng các công thức hóa học, trong đó các chất điện li được phân li thành các ion. Phương trình điện li có thể được viết theo hai cách: phương trình điện li toàn phần và phương trình điện li rút gọn. Phương trình điện li toàn phần biểu thị tất cả các ion trong dung dịch, bao gồm cả các ion không tham gia vào phản ứng. Phương trình điện li rút gọn chỉ biểu thị các ion tham gia vào phản ứng, được gọi là ion chủ động.

Ví dụ 1: phương trình điện li của muối bột natri clorua (NaCl) trong nước có thể được viết như sau:

NaCl (s) → Na+ (aq) + Cl- (aq)

Trong đó, NaCl (s) biểu thị muối bột natri clorua ở dạng rắn, Na+ (aq) biểu thị ion natri trong dung dịch nước, và Cl- (aq) biểu thị ion clorua trong dung dịch nước. Phương trình điện li giúp hiểu và mô tả quá trình phân li của các chất điện li trong dung dịch.

Ví dụ 2: khi cho dung dịch natri clorua (NaCl) vào dung dịch bạc nitrat (AgNO3), sẽ xảy ra phản ứng tạo kết tủa bạc clorua (AgCl). Phương trình điện li toàn phần của phản ứng này là:

Na+ (aq) + Cl- (aq) + Ag+ (aq) + NO3- (aq) -> AgCl (s) + Na+ (aq) + NO3- (aq)

Phương trình điện li rút gọn của phản ứng này là:

Ag+ (aq) + Cl- (aq) -> AgCl (s)

Trong phương trình điện li rút gọn, các ion Na+ và NO3- không được biểu thị vì chúng không tham gia vào phản ứng. Các ion này được gọi là ion khánh kiệt. Phương trình điện li giúp ta hiểu được cơ chế của các phản ứng hóa học trong dung dịch và nhận biết được các chất tạo kết tủa, chất tạo khí hoặc chất tạo axit hoặc bazơ.

2. Cách viết phương trình điện li:

Để viết phương trình điện li cho một chất điện li trong dung dịch, bạn làm theo các bước sau:

– Xác định chất điện li và các ion tạo thành: Xác định chất điện li bạn muốn viết phương trình điện li và xác định các ion dương và ion âm tạo thành khi chất điện li phân li trong dung dịch.

– Ghi công thức hóa học của chất điện li: Ghi công thức hóa học của chất điện li trong phần bên trái của phương trình. Ví dụ, nếu bạn muốn viết phương trình điện li cho muối bột natri clorua (NaCl), thì ghi NaCl.

– Phân li chất điện li thành các ion: Sử dụng dấu mũi tên (→) để chỉ ra quá trình phân li. Ghi các ion dương và ion âm tạo thành sau dấu mũi tên. Ví dụ, phân li NaCl thành ion natri (Na+) và ion clorua (Cl-) trong dung dịch có thể được viết như sau:

NaCl (s) → Na+ (aq) + Cl- (aq)

– Ghi trạng thái của chất: Sử dụng các ký hiệu để chỉ ra trạng thái của chất, ví dụ như (s) cho rắn, (l) cho lỏng, (g) cho khí, và (aq) cho dung dịch nước. Ví dụ, NaCl (s) biểu thị muối bột natri clorua ở dạng rắn, Na+ (aq) biểu thị ion natri trong dung dịch nước, và Cl- (aq) biểu thị ion clorua trong dung dịch nước.

– Kiểm tra cân bằng điện tích: Đảm bảo rằng tổng số điện tích dương bằng tổng số điện tích âm trong phương trình điện li. Nếu cần thiết, điều chỉnh hệ số phía trước các ion để cân bằng điện tích.

Ví dụ, phương trình điện li cho muối bột natri clorua (NaCl) trong nước đã được đề cập ở trên:

NaCl (s) → Na+ (aq) + Cl- (aq)

Đây là cách viết phương trình điện li cơ bản. Tuy nhiên, phương trình điện li có thể phức tạp hơn với nhiều chất điện li và ion tạo thành trong dung dịch.

Cách viết phương trình điện li phụ thuộc vào tính chất của chất hòa tan, có thể là chất điện li mạnh hoặc yếu. Một số nguyên tắc cơ bản khi viết phương trình điện li như sau:

– Chất điện li mạnh là chất mà khi tan trong nước, các phân tử hòa tan đều phân li ra ion. Ví dụ: HCl, NaOH, NaCl, CaCl2, Al2(SO4)3…

– Chất điện li yếu là chất mà khi tan trong nước, chỉ có một số ít phân tử hòa tan phân li ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch. Ví dụ: HF, H2S, H2SO3, CH3COOH, NH3, Fe(OH)2, Cu(OH)2, AgCl, PbSO4…

– Phương trình điện li của axit: HA → H+ + A-

– Phương trình điện li của bazo: BOH → B+ + OH-

– Phương trình điện li của muối tan trong nước: AB → A+ + B-

– Phương trình điện li của muối khan: AB (s) → A+ + B-

3. Các dạng bài tập phương trình điện li:

3.1. Tính nồng độ mol các ion trong dung dịch chứa chất điện li mạnh:

Để giải được dạng bài này, ta cần nắm vững các kiến thức sau:

– Chất điện li mạnh là chất khi tan trong nước sẽ phân ly hoàn toàn thành các ion dương và âm. Ví dụ: NaCl, KNO3, HCl, NaOH, …

– Nồng độ mol của một chất là số mol của chất đó chia cho thể tích dung dịch (đơn vị là mol/L hoặc M). Ví dụ: nồng độ mol của NaCl là n(NaCl)/V.

– Nồng độ mol của các ion trong dung dịch chứa chất điện li mạnh bằng nồng độ mol của chất điện li đó nhân với hệ số phân ly của ion đó. Ví dụ: nồng độ mol của Na+ trong dung dịch chứa NaCl là [Na+] = [NaCl] x 1, nồng độ mol của Cl- trong dung dịch chứa NaCl là [Cl-] = [NaCl] x 1.

Công thức tổng quát để tính nồng độ mol các ion trong dung dịch chứa chất điện li mạnh là:

[ion] = [chất điện li] x hệ số phân ly của ion

Để áp dụng công thức này, ta cần biết công thức phân tử và hệ số phân ly của chất điện li mạnh. Sau đó, ta chỉ cần thay số vào công thức và tính toán.

Bài tập: Tính nồng độ mol các ion trong 200 ml dung dịch chứa 0,1 mol KNO3.

Lời giải:

Ta có:

– Công thức phân tử của KNO3 là KNO3.

– Hệ số phân ly của K+ là 1, hệ số phân ly của NO3- là 1.

– Nồng độ mol của KNO3 là [KNO3] = n(KNO3)/V = 0,1/0,2 = 0,5 M.

Do đó:

– Nồng độ mol của K+ là [K+] = [KNO3] x 1 = 0,5 x 1 = 0,5 M.

– Nồng độ mol của NO3- là [NO3-] = [KNO3] x 1 = 0,5 x 1 = 0,5 M.

3.2. Xác định chất điện li yếu có trong dung dịch biết nồng độ mol các ion:

Để xác định chất điện li yếu có trong dung dịch, ta có thể dựa vào nồng độ mol các ion của dung dịch. Nồng độ mol của ion là tỉ lệ giữa số mol ion và thể tích dung dịch. Nếu biết nồng độ mol của ion, ta có thể tìm ra nồng độ mol của chất điện li yếu bằng cách sử dụng công thức sau:

nồng độ mol chất điện li yếu = nồng độ mol ion / hệ số điện li

Hệ số điện li là tỉ lệ giữa số mol ion tạo ra khi chất điện li phân ly và số mol chất điện li ban đầu. Hệ số điện li phụ thuộc vào tính chất của chất điện li và nhiệt độ của dung dịch. Hệ số điện li càng cao, chất điện li càng phân ly mạnh và ngược lại.

Bài tập: Cho dung dịch chứa chất điện li yếu NH4Cl có nồng độ mol ion NH4+ là 0,1 M và ion Cl- là 0,1 M. Tính nồng độ mol của NH4Cl và hệ số điện li của nó.

Lời giải:

Ta có công thức:

nồng độ mol NH4Cl = nồng độ mol ion NH4+ / hệ số điện li

Do NH4Cl phân ly thành NH4+ và Cl-, nên ta có:

hệ số điện li = nồng độ mol ion NH4+ / nồng độ mol NH4Cl = nồng độ mol ion Cl- / nồng độ mol NH4Cl

Do đó:

nồng độ mol NH4Cl = 0,1 / hệ số điện li

hệ số điện li = 0,1 / nồng độ mol NH4Cl

Thay vào nhau, ta được:

nồng độ mol NH4Cl = 0,1 / (0,1 / nồng độ mol NH4Cl)

=> nồng độ mol NH4Cl^2 = 0,01

=> nồng độ mol NH4Cl = căn bậc hai của 0,01 = 0,1.căn bậc hai của 10

=> hệ số điện li = 0,1 / (0,1.căn bậc hai của 10) = căn bậc hai của 10 / 10

3.3. Tính độ pH của dung dịch chứa chất điện li yếu:

Để tính độ pH của dung dịch chứa chất điện li yếu, ta cần biết hằng số axit/bazơ của chất điện li yếu và nồng độ mol của các ion trong dung dịch.

Công thức chung để tính độ pH của dung dịch chứa chất điện li yếu là:

pH = 0.5.(pKa – log([A-]/[HA]))

Trong đó:

pH là độ pH của dung dịch.

pKa là logarit cơ sở 10 của hằng số axit/bazơ của chất điện li yếu.

[A-] là nồng độ mol của ion bazơ (anion) có trong dung dịch.

[HA] là nồng độ mol của chất điện li yếu không phân li (dạng chưa phân li) có trong dung dịch.

Bài tập:

Giả sử ta có dung dịch chứa 0.1 mol NH3 (amoni) và 0.05 mol NH4+ (amonium). Hằng số axit/bazơ (pKa) của cặp amoni/amonium là 9.25.

Lời giải:

Ta có thể tính độ pH của dung dịch như sau:

pH = 0.5.(9.25 – log([NH4+]/[NH3]))

Trong trường hợp này, [A-] = [NH4+] = 0.05 mol và [HA] = [NH3] = 0.1 mol. Thay vào công thức, ta có:

pH = 0.5.(9.25 – log(0.05/0.1))

   = 0.5.(9.25 – log(0.5))

   ≈ 0.5.(9.25 – (-0.301))

   ≈ 0.5.(9.25 + 0.301)

   ≈ 0.5.9.551

   ≈ 4.776

Do đó, độ pH của dung dịch chứa 0.1 mol NH3 và 0.05 mol NH4+ là khoảng 4.776.

3.4. Xác định hằng số điện li của chất điện li yếu:

Để xác định hằng số điện li (K) của chất điện li yếu, ta cần biết thông tin về tỷ lệ phân li của chất trong dung dịch. Hằng số điện li (K) được dùng để đo lường mức độ phân li của một chất trong dung dịch.

Công thức tỷ lệ phân li (α) và hằng số điện li (K) liên quan như sau:

α = √(K.C)

Trong đó:

α là tỷ lệ phân li của chất điện li yếu (từ 0 đến 1, với 1 là phân li hoàn toàn).

K là hằng số điện li của chất.

C là nồng độ mol của chất trong dung dịch.

Để xác định hằng số điện li (K), ta có thể sử dụng công thức sau:

K = (α/√C)^2

Bài tập:

Giả sử ta có dung dịch chứa 0.1 mol NH3 (amoni) và tỷ lệ phân li (α) của amoni là 0.4.

Lời giải:

Ta có thể tính hằng số điện li (K) của amoni như sau:

K = (0.4/√0.1)^2

   = (0.4/0.316)^2

   ≈ 1.267^2

   ≈ 1.603

Do đó, hằng số điện li (K) của chất điện li yếu NH3 trong dung dịch này là khoảng 1.603.