Đang tải bài học…

AP Chemistry

acid

Acid là chất cho proton H+ khi phản ứng, làm tăng nồng độ H3O+ trong nước, hoặc theo Lewis là chất nhận một cặp electron.

Trong hóa học phổ thông, một chất được gọi là acid khi nó có khả năng nhường ion $\mathrm{H^+}$ cho chất khác. Khi hòa tan vào nước, prôtôn này không tồn tại trần trụi mà bám ngay vào phân tử nước để tạo ion hydronium, vì vậy dung dịch acid luôn có nồng độ $\mathrm{H_3O^+}$ lớn hơn nồng độ $\mathrm{OH^-}$ . Phản ứng tổng quát được viết là

$\mathrm{HA} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_3O^+} + \mathrm{A^-}$

trong đó $\mathrm{HA}$ là acid ban đầu và $\mathrm{A^-}$ là phần còn lại sau khi mất prôtôn, gọi là bazơ liên hợp.

Định nghĩa vừa nêu là cách nhìn cho–nhận prôtôn theo Brønsted–Lowry, rộng hơn quan điểm Arrhenius vốn đòi hỏi acid phải chứa hydrogen và phải tan trong nước. Tuy nhiên, vẫn có những chất hút êlectron mạnh như $\mathrm{BF_3}$ hay $\mathrm{Al^{3+}}$ không hề có hydrogen mà vẫn hành xử như acid. Để bao trùm cả chúng, người ta định nghĩa acid là chất nhận một cặp êlectron chưa liên kết để tạo liên kết cộng hóa trị, tức acid Lewis (Lewis acid). Do đó, khi đề bài hỏi "chất nào là acid", bạn phải xem nó đang dùng khung định nghĩa nào.

Mức độ mạnh yếu của acid không nằm ở chỗ nó có nhóm $\mathrm{H}$ hay không, mà ở chỗ nó nhường prôtôn dễ đến đâu. Acid mạnh như $\mathrm{HCl}$ hay $\mathrm{HNO_3}$ phân li gần như hoàn toàn, nên nồng độ $\mathrm{H_3O^+}$ xấp xỉ nồng độ acid ban đầu; ngược lại, acid yếu chỉ phân li một phần và được mô tả bằng hằng số phân li acid:

$K_a = \frac{[\mathrm{H_3O^+}][\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}$

Giá trị $K_a$ càng lớn thì cân bằng càng lệch về phía sản phẩm, nghĩa là acid càng mạnh. Nhờ đó, chỉ cần so sánh $K_a$ (hoặc $pK_a$ ) là xếp được thứ tự tính acid mà không cần đo pH của từng dung dịch.

Ký hiệu

\mathrm{HA}

\mathrm{H_3O^+}

K_a

pK_a

[\mathrm{H^+}]

Trực giác: Acid giống người sẵn sàng dúi món đồ nóng là proton sang tay người bên cạnh — càng dúi dễ thì càng mạnh.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

thời cổ đại (khoảng năm 1300 với phép thử quỳ đầu tiên)Arnaldus de Villa NovaRobert Boyle

Từ "acid" bắt nguồn từ tiếng Latin "acetum" nghĩa là giấm, gắn với cách người Hy Lạp và La Mã cổ đại phân loại các chất theo vị chua; mãi về sau, các nhà hóa học mới chuyển từ nhận biết bằng vị giác sang thử bằng chất chỉ thị màu.

Vào thời Hy Lạp cổ đại, các tính chất của acid và base mới chỉ được hiểu một cách mơ hồ. Khi tìm cách phân loại các chất, người Hy Lạp dùng chính giác quan của mình, trong đó có vị giác, và chia các chất thành nhóm chua, đắng, mặn hoặc ngọt. Kiến thức ấy truyền sang người La Mã, và họ bắt đầu gọi những chất có vị chua như giấm hay nước chanh là acid. Cách nhận biết bằng vị giác chỉ được thay thế khi khoảng năm 1300, học giả Tây Ban Nha Arnaldus de Villa Nova dùng quỳ chiết từ địa y để khảo sát acid và base. Về sau Robert Boyle mở rộng ý tưởng này khi phát hiện một số chất từ thực vật đổi màu trong môi trường acid hoặc base, chẳng hạn si-rô hoa violet vốn màu xanh lam nhưng chuyển sang xanh lục với base và đỏ với acid. Nhờ những chất thử ấy, các nhà hóa học lần đầu có thể so sánh một cách thô sơ lượng acid và base cần để trung hòa nhau.

Hay hiểu sai

Chứa hydrogen không đồng nghĩa với việc cho proton.

Thấy bọt khí trong dung dịch acid không có nghĩa là phản ứng acid–bazơ.

Cặp liên hợp phải lệch nhau đúng một proton, không phải hai chất cùng có tính acid.

Chất cần đo là chất trong bình, không phải dung dịch nhỏ từ burette.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Trong dung dịch nước, ion hydrogen sulfite tham gia cân bằng sau:

\mathrm{HSO_3^-}(aq) + \mathrm{H_2O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{SO_3^{2-}}(aq) + \mathrm{H_3O^+}(aq)

Một cân bằng khác của cùng ion đó là:

\mathrm{HSO_3^-}(aq) + \mathrm{H_2O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{H_2SO_3}(aq) + \mathrm{OH^-}(aq)

aPhát biểu định nghĩa acid theo Bronsted–Lowry và chỉ ra acid ở phản ứng thứ nhất.
bXác định cặp acid–base liên hợp trong mỗi phản ứng, rồi giải thích vì sao $\mathrm{HSO_3^-}$ được xếp vào nhóm chất vừa cho vừa nhận proton.

1Bước 1: Trước hết cần nhớ đúng chữ trong định nghĩa. Theo Bronsted–Lowry, acid là chất cho proton (proton donor), tức là chất nhường ion

\mathrm{H^+}

cho một chất khác, còn base là chất nhận proton. Định nghĩa này rộng hơn định nghĩa của Arrhenius vốn đòi hỏi acid phải tạo ra

\mathrm{H^+}

khi tan trong nước, vì vậy nó áp dụng được cả cho ion lẫn cho phản ứng không xảy ra trong dung môi nước. Đề thi rất hay gài các lựa chọn kiểu "chất nhận cặp electron" — đó là định nghĩa Lewis, không phải Bronsted–Lowry.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyAxit & bazơ · bài “Giới thiệu axit và bazơ” — khoá AP Chemistry

Cần trướcproton

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

acid Brønsted–LowryBrønsted–Lowry acid

Khác nhau ở đâuAcid là thuật ngữ chung cho mọi chất có tính acid bất kể thuyết nào. Acid Brønsted–Lowry chỉ áp dụng cho chất cho proton (H⁺) theo định nghĩa Brønsted–Lowry.

Hay nhầm khiĐề yêu cầu phân loại acid theo từng thuyết mà học sinh chỉ áp dụng định nghĩa Brønsted–Lowry cho mọi trường hợp.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 11, 13–14.

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe có vẻ trừu tượng này thật ra chỉ mô tả một cảm giác rất đời thường: vị chua. Người Hy Lạp gọi các chất chua là "oxein", còn tiếng Latin dùng từ "acetum" nghĩa là giấm — thứ chất chua quen thuộc nhất trong bếp thời cổ. Chính "acetum" biến đổi dần thành từ "acid" trong tiếng Anh, và cũng từ gốc ấy mà ra tên gọi "acetic" trong acid acetic (acetic acid), thành phần tạo vị chua của giấm. Do đó, khi gặp chữ "acid" trong đề thi, ta nên nhớ rằng nó ra đời từ thời chưa ai biết đến proton hay cặp electron chưa liên kết, mà chỉ đơn giản là ghi lại điều lưỡi con người cảm nhận được. Tên gọi giữ nguyên trong khi định nghĩa thì thay đổi nhiều lần, và đó là lý do một khái niệm hiện đại lại mang cái tên cổ xưa đến vậy.

Mẹo phòng thi

Luôn ghi rõ bạn đang dùng thuyết nào trước khi định nghĩa acid.

Phân loại phản ứng bằng số oxi hóa, đừng phân loại bằng hiện tượng quan sát.

Khi lập luận về chuẩn độ, tách bạch tính đặc hiệu và tính định lượng.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

2Bước 2: Ở phản ứng thứ nhất, hãy theo dõi nguyên tử hydrogen. Vế trái

\mathrm{HSO_3^-}

có một

\mathrm{H}

, vế phải nó biến thành

\mathrm{SO_3^{2-}}

đã mất

\mathrm{H}

; đồng thời

\mathrm{H_2O}

nhận thêm một

\mathrm{H}

để thành

\mathrm{H_3O^+}

. Do đó

\mathrm{HSO_3^-}

là acid vì nó nhường proton, còn

\mathrm{H_2O}

đóng vai trò base.

3Bước 3: Cặp acid–base liên hợp là hai chất chỉ khác nhau đúng một

\mathrm{H^+}

. Ở phản ứng thứ nhất, hai cặp đó là

\mathrm{HSO_3^-}/\mathrm{SO_3^{2-}}

, trong đó

\mathrm{SO_3^{2-}}

là base liên hợp (conjugate base) của

\mathrm{HSO_3^-}

, và

\mathrm{H_2O}/\mathrm{H_3O^+}

, trong đó

\mathrm{H_3O^+}

là acid liên hợp của nước. Cách kiểm tra nhanh là so điện tích: mất một

\mathrm{H^+}

thì điện tích giảm một đơn vị, từ

-1

xuống

-2

đúng như quan sát được.

4Bước 4: Ở phản ứng thứ hai, chiều nhường proton đảo lại. Lần này nước nhường

\mathrm{H^+}

nên nước là acid, còn

\mathrm{HSO_3^-}

nhận proton để thành

\mathrm{H_2SO_3}

nên nó là base; hai cặp liên hợp là

\mathrm{H_2O}/\mathrm{OH^-}

và

\mathrm{HSO_3^-}/\mathrm{H_2SO_3}

. Vì cùng một tiểu phân

\mathrm{HSO_3^-}

khi thì cho, khi thì nhận proton tùy vào chất đứng đối diện, nó được gọi là chất lưỡng tính (amphiprotic). Điều cần rút ra là vai trò acid không phải nhãn dán vĩnh viễn của một chất, mà là vai trò trong một phản ứng cụ thể.

Acid theo Bronsted–Lowry là chất cho proton. Ở phản ứng thứ nhất $\mathrm{HSO_3^-}$ là acid và $\mathrm{H_2O}$ là base, với hai cặp liên hợp $\mathrm{HSO_3^-}/\mathrm{SO_3^{2-}}$ và $\mathrm{H_2O}/\mathrm{H_3O^+}$ ; ở phản ứng thứ hai vai trò đảo ngược, nước là acid còn $\mathrm{HSO_3^-}$ là base với các cặp $\mathrm{H_2O}/\mathrm{OH^-}$ và $\mathrm{HSO_3^-}/\mathrm{H_2SO_3}$ . Vì $\mathrm{HSO_3^-}$ vừa nhường vừa nhận được proton nên nó là chất lưỡng tính.

2Ví dụ 2/2

Một học sinh lấy

25.0\ \mathrm{mL}

dung dịch giấm (coi thành phần acid chỉ là acetic acid

\mathrm{CH_3COOH}

) cho vào bình tam giác, thêm vài giọt phenolphthalein, rồi nhỏ dung dịch

\mathrm{KOH}

0.100\ \mathrm{M}

từ burette xuống. Màu hồng bền xuất hiện khi đã dùng hết

18.60\ \mathrm{mL}

dung dịch

\mathrm{KOH}

aChất nào là chất phân tích, chất nào là chất chuẩn? Viết phương trình ion rút gọn của phản ứng.
bTính nồng độ mol của acetic acid trong mẫu giấm.
cGiả sử mẫu giấm còn lẫn một acid khác cũng phản ứng được với $\mathrm{KOH}$ . Điều kiện nào của phép chuẩn độ bị phá vỡ, và kết quả tính được ở phần (b) sẽ lệch theo chiều nào?

1Bước 1: Hãy phân vai trước khi tính. Chất cần xác định nồng độ và được lấy một thể tích chính xác vào bình phản ứng là chất phân tích (analyte), ở đây chính là dung dịch acetic acid; chất đã biết nồng độ và được nhỏ dần từ burette là chất chuẩn (titrant), tức dung dịch

\mathrm{KOH}

. Nhiều bạn nhầm vì nghĩ "chất mình quan tâm" phải nằm trong burette, nhưng burette luôn chứa dung dịch đã biết nồng độ. Vì acetic acid là acid yếu còn

\mathrm{KOH}

là base mạnh phân li hoàn toàn, phương trình ion rút gọn phải giữ nguyên phân tử acid:

\mathrm{CH_3COOH}(aq) + \mathrm{OH^-}(aq) \rightarrow \mathrm{CH_3COO^-}(aq) + \mathrm{H_2O}(l)

2Bước 2: Tính số mol chất chuẩn đã dùng đến khi chỉ thị đổi màu, coi đó là điểm tương đương (equivalence point):

n_{\mathrm{OH^-}} = (0.100)(0.01860) = 1.86\times10^{-3}\ \mathrm{mol}

Con số này cho biết trong bình đã có đủ lượng base để trung hòa toàn bộ acid.

3Bước 3: Hệ số tỉ lượng giữa acid và

\mathrm{OH^-}

là

1:1

vì acetic acid chỉ có một hydrogen linh động ở nhóm

\mathrm{-COOH}

(ba hydrogen còn lại gắn với carbon nên không nhường được). Do đó

n_{\mathrm{CH_3COOH}} = 1.86\times10^{-3}\ \mathrm{mol}

, và

c = \frac{1.86\times10^{-3}}{0.0250} = 0.0744\ \mathrm{M}

Đây là nồng độ acetic acid trong mẫu giấm đã lấy.

4Bước 4: Phép chuẩn độ chỉ cho kết quả đúng khi lượng chất chuẩn tiêu thụ phản ánh riêng lượng chất phân tích, nghĩa là trong bình không được có chất nào khác phản ứng với

\mathrm{KOH}

. Nếu giấm còn lẫn một acid thứ hai, điều kiện "phản ứng chọn lọc, một chất duy nhất tiêu thụ chất chuẩn" bị phá vỡ. Khi đó thể tích

\mathrm{KOH}

ở điểm cuối lớn hơn thể tích lẽ ra chỉ dành cho acetic acid, nên

n_{\mathrm{OH^-}}

tính được bị thổi phồng và nồng độ acetic acid báo cáo sẽ cao hơn giá trị thật. Nói cách khác, phép đo lúc này cho tổng lượng acid có thể chuẩn độ được chứ không còn đo riêng acetic acid nữa.

Chất phân tích là dung dịch acetic acid trong bình, chất chuẩn là dung dịch $\mathrm{KOH}$ trong burette, và phản ứng trung hòa diễn ra theo tỉ lệ $1:1$ giữa $\mathrm{CH_3COOH}$ và $\mathrm{OH^-}$ . Từ $1.86\times10^{-3}\ \mathrm{mol}$ $\mathrm{KOH}$ tiêu thụ, nồng độ acetic acid trong giấm là $0.0744\ \mathrm{M}$ . Nếu mẫu còn lẫn một acid khác cũng phản ứng với $\mathrm{KOH}$ thì điều kiện phản ứng chọn lọc không còn được thỏa mãn, thể tích chất chuẩn bị dùng dư và nồng độ acetic acid tính được sẽ cao hơn thực tế.

phản ứng trung hòa (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.