Đang tải bài học…

AP Chemistry

base

Base (bazơ) là chất nhận proton, cho cặp electron tự do, hoặc tạo ion hiđroxit khi tan trong nước.

Trong hóa học, khái niệm bazơ được mở rộng qua ba lý thuyết kế tiếp nhau, mỗi lý thuyết bao quát một phạm vi rộng hơn lý thuyết trước. Theo thuyết Arrhenius, bazơ là chất khi tan trong nước tạo ra ion $\text{OH}^-$ , ví dụ như natri hiđroxit; tuy nhiên, định nghĩa này còn hạn chế vì chỉ áp dụng được cho dung dịch nước.

Thuyết Brønsted–Lowry mở rộng khái niệm này bằng cách định nghĩa bazơ là chất nhận prôton (proton), tức là chất nhận $\text{H}^+$ từ một axit tương ứng. Do đó, amoniac $\text{NH}_3$ là một bazơ Brønsted–Lowry vì nó nhận $\text{H}^+$ để tạo thành ion amoni $\text{NH}_4^+$ , dù phản ứng (reaction) không nhất thiết phải xảy ra trong nước. Nhờ đó, thuyết Brønsted–Lowry giải thích được nhiều phản ứng axit–bazơ hơn trong các dung môi khác nhau.

Thuyết Lewis tiếp tục mở rộng phạm vi: bazơ Lewis là nguyên tử, ion, hoặc phân tử có khả năng cho một cặp êlectron (electron) chưa liên kết để tạo liên kết cộng hóa trị (covalent bond) phối trí. Vì vậy, mọi bazơ Brønsted–Lowry đều là bazơ Lewis, nhưng chiều ngược lại không nhất thiết đúng — ion $\text{F}^-$ hay phân tử nước đều là bazơ Lewis ngay cả trong bối cảnh không có sự trao đổi prôton. Trong chương trình hóa học nâng cao, cả ba định nghĩa đều được kiểm tra, và học sinh cần nhận biết loại bazơ phù hợp tùy ngữ cảnh của từng bài toán.

Ký hiệu

\text{OH}^-

\text{NH}_3

K_b

Trực giác: Bazơ giống như người sẵn sàng nhận chìa khóa (proton) mà người khác không cần nữa, hoặc cho mượn ổ khóa (cặp electron) để ghép đôi với chìa của axit.

Thử nghiệm tương tác

Xoay $NH_3$ tìm cặp electron chưa liên kết — chỗ đó chính là nơi proton bám vào

Hay hiểu sai

Có bọt khí và có axit không có nghĩa là phản ứng acid–base.

Đếm số nguyên tử $H$ trong công thức không cho biết chất đó là axit hay bazơ.

Cặp axit–bazơ liên hợp phải lệch nhau đúng một $H^+$ , không phải hai chất bất kỳ cùng vế.

$OH^-$ tấn công dạng axit $HA$ , không tấn công dạng bazơ $A^-$ đã có sẵn.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Ở

25\ ^\circ\text{C}

, dung dịch methylamine

CH_3NH_2

nồng độ

0{,}10\ M

đo được

pH = 11{,}80

. Trong nước, chất này thiết lập cân bằng

CH_3NH_2 + H_2O \rightleftharpoons CH_3NH_3^+ + OH^-

aChỉ ra chất đóng vai trò base theo thuyết Brønsted–Lowry ở chiều thuận và giải thích căn cứ.
bViết hai cặp axit–base liên hợp có trong cân bằng trên.
cTính hằng số base $K_b$ của $CH_3NH_2$ từ giá trị pH đã cho.

1Bước 1: Trước hết cần bám đúng định nghĩa: một base theo Brønsted–Lowry là chất nhận proton

H^+

, chứ không nhất thiết phải sinh ra

OH^-

theo kiểu định nghĩa cũ. So sánh hai vế của cân bằng,

CH_3NH_2

biến thành

CH_3NH_3^+

, tức là đã nhận thêm một

H^+

; ngược lại

H_2O

biến thành

OH^-

, tức là đã nhường đi một

H^+

. Do đó ở chiều thuận,

CH_3NH_2

là base còn

H_2O

là axit. Lưu ý rằng

OH^-

xuất hiện là hệ quả của việc nước nhường proton, không phải là bằng chứng để gọi nước là base.

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 trướcchất nhận proton (sắp có)thuyết Arrhenius

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

acidacid

Khác nhau ở đâuAcid cho proton nên làm tăng nồng độ ion hydronium trong dung dịch. Base nhận proton nên làm tăng nồng độ ion hydroxide.

Hay nhầm khiKhi đề cho một chất lưỡng tính như HCO₃⁻ và hỏi nó đóng vai acid hay base trong phản ứng cụ thể.

base LewisLewis base

Khác nhau ở đâuBase theo Brønsted–Lowry được xét qua khả năng nhận proton. Base Lewis được xét qua khả năng cho cặp electron chưa liên kết.

Hay nhầm khiKhi đề hỏi về NH₃ tác dụng với BF₃: không có proton nào di chuyển nên chỉ định nghĩa Lewis mới áp dụng được.

Nguồn tham khảo

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

Xoay $NH_3$ tìm cặp electron chưa liên kết — chỗ đó chính là nơi proton bám vào

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Mẹo phòng thi

Với câu hỏi phân loại phản ứng, luôn gán số oxi hóa trước khi đọc các phương án.

Trong câu tự luận, phải viết rõ chất nào nhận proton và chất nào cho proton mới được điểm lý luận.

Nhớ rằng nước có thể vừa là axit vừa là bazơ tùy phản ứng, đừng gán vai cố định.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

2Bước 2: Cặp axit–base liên hợp (conjugate acid–base pair) là hai chất chỉ khác nhau đúng một

H^+

. Ghép theo nguyên tắc đó, ta có cặp thứ nhất

CH_3NH_3^+/CH_3NH_2

, trong đó

CH_3NH_3^+

là axit liên hợp (conjugate acid) của methylamine. Cặp thứ hai là

H_2O/OH^-

, với

OH^-

là base liên hợp (conjugate base) của nước. Đề thi rất hay gài các cặp sai kiểu

CH_3NH_2/OH^-

hoặc

H_2O/CH_3NH_3^+

— hai chất trong mỗi cặp đó nằm ở hai vế khác nhau và lệch nhau nhiều hơn một proton, nên không phải cặp liên hợp.

3Bước 3: Từ pH suy ra nồng độ

OH^-

ở trạng thái cân bằng:

pOH = 14{,}00 - 11{,}80 = 2{,}20

, nên

[OH^-] = 10^{-2{,}20} = 6{,}3\times10^{-3}\ M

. Vì mỗi phân tử methylamine phản ứng sinh đồng thời một

CH_3NH_3^+

và một

OH^-

nên

[CH_3NH_3^+] = 6{,}3\times10^{-3}\ M

. Phần methylamine còn lại là

0{,}10 - 0{,}0063 = 0{,}094\ M

4Bước 4: Thay vào biểu thức hằng số base, nhớ rằng nước là dung môi nên không có mặt trong biểu thức:

K_b = \frac{[CH_3NH_3^+][OH^-]}{[CH_3NH_2]} = \frac{(6{,}3\times10^{-3})^2}{0{,}094} = 4{,}2\times10^{-4}.

Giá trị này cho biết cân bằng nghiêng mạnh về phía trái, tức methylamine là base yếu: chỉ khoảng

6{,}3\%

lượng chất ban đầu nhận được proton. Vì vậy nếu bài yêu cầu, có thể tính tiếp

K_a

của axit liên hợp bằng

K_a = K_w/K_b = 1{,}0\times10^{-14}/4{,}2\times10^{-4} = 2{,}4\times10^{-11}

Trong cân bằng đã cho, $CH_3NH_2$ là base Brønsted–Lowry vì nó nhận proton từ nước; hai cặp liên hợp là $CH_3NH_3^+/CH_3NH_2$ và $H_2O/OH^-$ . Từ $pH = 11{,}80$ ta được $[OH^-] = 6{,}3\times10^{-3}\ M$ và $K_b = 4{,}2\times10^{-4}$ , xác nhận methylamine là một base yếu.

2Ví dụ 2/2

Cho một lá kẽm

Zn

vào dung dịch

H_2SO_4

loãng, quan sát thấy bọt khí thoát ra mạnh và lá kẽm tan dần:

Zn(s) + H_2SO_4(aq) \rightarrow ZnSO_4(aq) + H_2(g)

. Một học sinh kết luận ngay rằng đây là phản ứng axit–base vì hệ có mặt axit mạnh.

aĐánh giá kết luận của học sinh đó và phân loại đúng phản ứng, kèm lập luận dựa trên định nghĩa base.
bNếu thay $Zn$ bằng khí $NH_3$ , hãy chỉ ra base, axit và các sản phẩm liên hợp tương ứng.

1Bước 1: Muốn gọi một phản ứng là axit–base thì phải chỉ ra được một tiểu phân nhường

H^+

và một tiểu phân nhận

H^+

, sau phản ứng proton đó vẫn còn nguyên trong sản phẩm. Ở đây kẽm là kim loại, không có cặp electron chưa liên kết để giữ lấy proton, nên nó không thể là base. Sự có mặt của một axit mạnh trong ống nghiệm tự nó chưa nói lên điều gì về loại phản ứng.

2Bước 2: Xét số oxi hoá để tìm bản chất thật: kẽm đi từ

0

lên

+2

, còn hydrogen đi từ

+1

trong

H_2SO_4

xuống

0

trong

H_2

; lưu huỳnh giữ nguyên

+6

ở cả hai vế. Như vậy đã có electron chuyển từ

Zn

sang

H^+

theo hai nửa phản ứng

Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-

và

2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2

. Đây là phản ứng oxi hoá–khử (oxidation–reduction), trong đó ion

SO_4^{2-}

chỉ đóng vai trò ion khán giả. Điểm mấu chốt để phân biệt: proton không được chuyển giao nguyên vẹn cho một base mà bị khử thành khí hydrogen.

3Bước 3: Ngược lại, khi cho

NH_3

vào cùng dung dịch axit thì bức tranh khác hẳn:

NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow NH_4^+ + HSO_4^-

. Amonia có cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử nitrogen nên nhận được

H^+

, vì vậy nó là base và biến thành axit liên hợp

NH_4^+

;

H_2SO_4

nhường proton nên là axit và để lại base liên hợp

HSO_4^-

. Không nguyên tố nào đổi số oxi hoá trong quá trình này, đúng dấu hiệu của một phản ứng axit–base thuần tuý.

Kết luận của học sinh sai: $Zn$ không nhận proton mà nhường electron, nên $Zn + H_2SO_4$ là phản ứng oxi hoá–khử chứ không phải axit–base, dù có sủi bọt khí và có axit mạnh. Chỉ khi thay bằng chất nhận proton như $NH_3$ ta mới có phản ứng axit–base thực sự, với cặp liên hợp $NH_4^+/NH_3$ và $H_2SO_4/HSO_4^-$ .

Dẫn tớiphản ứng trung hòa (sắp có)chuẩn độ

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