Đang tải bài học…

AP Chemistry

kết tủa

precipitate

Còn gọi: chất kết tủa · sự tạo kết tủa · formation of a precipitate

Kết tủa là chất rắn không tan hình thành và tách ra khỏi dung dịch khi các ion trong dung dịch kết hợp với nhau.

Khi trộn hai dung dịch chứa các chất điện li (electrolyte) mạnh, các ion trong dung dịch có thể kết hợp với nhau để tạo thành một hợp chất ion mới. Nếu hợp chất này không tan trong nước theo các quy tắc độ tan, nó sẽ tách ra khỏi dung dịch dưới dạng chất rắn, và hiện tượng này được gọi là sự tạo kết tủa. Chất rắn sinh ra trong quá trình trên được gọi là kết tủa (precipitate).

Do đó, để dự đoán xem một kết tủa có hình thành hay không, ta cần xem xét các tổ hợp ion dương và ion âm có thể có sau phản ứng trao đổi. Nhờ vào bảng quy tắc độ tan, ta nhận biết được những hợp chất nào ít tan, chẳng hạn như $\text{PbI}_2$ hay $\text{Mg(OH)}_2$ . Khi tích nồng độ các ion vượt quá tích số tan (solubility product constant, $K_{sp}$ ), các ion này liên kết với nhau tạo thành mạng tinh thể ba chiều và lắng xuống, trong khi những ion không tham gia tạo chất rắn sẽ tiếp tục tồn tại trong dung dịch và được gọi là ion khán giả.

Ngoài ra, trong hóa học, phản ứng này thường được biểu diễn bằng phương trình ion rút gọn (net ionic equation) để làm nổi bật bản chất thực sự của quá trình. Phương trình này chỉ bao gồm các ion trực tiếp kết hợp với nhau tạo thành chất rắn, đồng thời loại bỏ các ion khán giả không thay đổi trạng thái. Nhờ vậy, ta thấy rõ sự tương tác tĩnh điện giữa các ion trái dấu dẫn đến sự hình thành mạng lưới tinh thể bền vững.

Ký hiệu

(s)

Trực giác: Giống như các mảnh nam châm trôi nổi trên mặt nước chỉ chìm xuống khi chúng hút nhau tạo thành một cụm đủ lớn và nặng để thắng được sức cản của dòng nước, các ion chỉ kết tủa khi kết hợp thành mạng tinh thể không tan đủ lớn để tách khỏi dung dịch và lắng xuống đáy.

Công thức

K_{sp} = [A^{b+}]^a[B^{a-}]^b

Dùng để viết biểu thức tích số tan (solubility product constant) của một chất điện li ít tan; $K_{sp}$ càng nhỏ thì chất càng khó tan, tức càng dễ tạo kết tủa.

Trong đó

K_{sp}

hằng số tích số tan (solubility product constant)

[A^{b+}]

nồng độ mol/L của cation

A

mang điện tích

b+

— M

[B^{a-}]

nồng độ mol/L của anion

B

mang điện tích

a-

— M

a

hệ số tỉ lượng của cation trong công thức hợp chất

b

hệ số tỉ lượng của anion trong công thức hợp chất

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1520–1530 (lần ghi nhận đầu tiên trong tiếng Anh)

Từ "precipitate" đi vào tiếng Anh vào khoảng những năm 1520–1530, bắt nguồn từ động từ Latinh praecipitāre nghĩa là "ném lao xuống, rơi thẳng đứng"; nghĩa hóa học của danh từ đến từ dạng Latinh mới praecipitātum.

Trước khi trở thành thuật ngữ hóa học, từ này mô tả chuyển động: cái gì đó bị hất đổ nhào từ trên cao xuống. Gốc Latinh praeceps nghĩa là "dốc đứng" — cùng một gốc sinh ra chữ precipice (vách đá dựng đứng) trong tiếng Anh. Khi các nhà hóa học thời kỳ đầu quan sát cảnh trộn hai dung dịch trong suốt rồi thấy một chất rắn đục xuất hiện và lắng nhanh xuống đáy bình, hình ảnh "rơi thẳng xuống" ấy quá đúng để không mượn. Do đó danh từ Latinh mới praecipitātum được dựng lên để gọi chính khối chất rắn ấy, và tiếng Anh giữ nguyên. Nghĩa khí tượng — mưa, tuyết rơi khỏi bầu trời — mãi đến năm 1863 mới được ghi nhận, tức là muộn hơn nghĩa hóa học.

Thử nghiệm tương tác

Bấm lần lượt từng ô — xem bốn loại ion tách thành hai số phận: kẻ rời dung dịch, kẻ đứng nhìn

Hay hiểu sai

Kết tủa xuất hiện không có nghĩa là ion đã biến mất hoàn toàn khỏi dung dịch.

Thêm chất tạo kết tủa không làm đổi $E^{\circ}_{cell}$ , chỉ làm đổi $E_{cell}$ .

Chất rắn kết tủa không được đưa vào biểu thức $Q$ hay $K$ .

Kết tủa trắng trong bài bạc gần như luôn là muối bạc halogenua, không phải bạc kim loại.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh muốn xác định nồng độ ion

\text{Ag}^+(aq)

trong dung dịch

\text{AgNO}_3(aq)

chưa biết nồng độ. Học sinh dùng pipet lấy chính xác

50.00\ \text{mL}

dung dịch

\text{AgNO}_3

cho vào cốc, rồi thêm từ từ dung dịch

\text{NaCl}\ 0.500\ M

cho đến dư. Chất rắn màu trắng tạo thành được lọc, rửa bằng nước cất và sấy khô đến khối lượng không đổi, thu được

0.7176\ \text{g}

. Cho

M(\text{AgCl}) = 143.32\ \text{g/mol}

aViết phương trình ion thu gọn của phản ứng tạo chất rắn màu trắng, và giải thích vì sao $\text{NaNO}_3$ không tách ra khỏi dung dịch.
bTính nồng độ mol của $\text{Ag}^+(aq)$ trong dung dịch $\text{AgNO}_3$ ban đầu.
cGiả sử học sinh sấy chất rắn chưa đủ lâu nên trong đó còn lẫn nước. Nồng độ $\text{Ag}^+$ tính được sẽ lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng giá trị đúng? Giải thích.

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 nàyPhản ứng hóa học · bài “Các loại phản ứng hóa học” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớiphản ứng kết tủa (sắp có)phân tích định tính

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

dịch lọc (filtrate)filtrate

Khác nhau ở đâuKết tủa là chất rắn không tan tách ra khỏi dung dịch khi phản ứng xảy ra. Dịch lọc là phần lỏng đi qua giấy lọc sau khi lọc hỗn hợp.

Hay nhầm khiKhi làm thí nghiệm lọc, học sinh hay nhầm gọi tên phần rắn giữ lại trên giấy lọc và phần lỏng thu được ở bình.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 182–184.

Q = [A^{b+}]^a[B^{a-}]^b

Dùng để dự đoán kết tủa có tạo thành khi trộn hai dung dịch hay không: nếu $Q > K_{sp}$ thì dung dịch quá bão hòa và kết tủa xuất hiện; nếu $Q = K_{sp}$ thì hệ ở trạng thái cân bằng; nếu $Q < K_{sp}$ thì dung dịch chưa bão hòa, không có kết tủa.

Trong đó

Q

tích số ion (ion product), tính từ nồng độ thực tế tại thời điểm xét

K_{sp}

hằng số tích số tan tại cân bằng

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi nghe có vẻ vô lý nếu chỉ nhìn vào lớp nghĩa hiện đại, nhưng nó mô tả đúng cái mắt người nhìn thấy. Động từ Latinh praecipitāre nghĩa là "cast down headlong" — ném xuống đầu chúc trước — được ghép từ prae- và thân của praeceps ("dốc đứng"), cùng họ với precipice. Vì vậy chất rắn sinh ra trong phản ứng trao đổi ion không được gọi theo thành phần hay tính chất của nó, mà được gọi theo hành vi: nó rơi khỏi dung dịch. Tiếng Việt dịch thành "kết tủa", nhấn vào ý "kết lại rồi lắng đọng", giữ được nghĩa lắng xuống nhưng đánh mất sắc thái đột ngột và dốc đứng của bản gốc. Cũng vì gốc nghĩa "vội vã, hấp tấp" này mà tính từ precipitate trong tiếng Anh đời thường lại mang nghĩa "hành động hấp tấp" — một họ hàng xa mà thí sinh dễ gặp trong bài đọc hiểu hơn là trong đề hóa.

Bấm lần lượt từng ô — xem bốn loại ion tách thành hai số phận: kẻ rời dung dịch, kẻ đứng nhìn

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

Tạo tài khoản miễn phí

Với câu hỏi kết tủa đổi thế pin, viết ba bước: nồng độ đổi, $Q$ đổi, $E_{cell}$ đổi.

Trong bài tự luận, luôn viết phương trình ion thu gọn kèm trạng thái $(s)$ cho kết tủa.

Khi đề hỏi chất nào kết tủa, hãy so sánh $Q_{sp}$ với $K_{sp}$ chứ đừng đoán theo cảm tính.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 1 (ý a): Trước hết hãy liệt kê các ion thực sự có mặt sau khi trộn:

\text{Ag}^+

\text{NO}_3^-

\text{Na}^+

và

\text{Cl}^-

. Hai cách ghép cation với anion cần xét là

\text{AgCl}

và

\text{NaNO}_3

. Theo quy tắc độ tan (solubility rules), muối nitrat luôn tan nên

\text{NaNO}_3

ở lại trong dung dịch dưới dạng ion; ngược lại, muối clorua tan tốt nhưng có ngoại lệ là

\text{Ag}^+

\text{Hg}_2^{2+}

và

\text{Pb}^{2+}

, do đó

\text{AgCl}

là chất rắn tách ra. Vì

\text{Na}^+

và

\text{NO}_3^-

không đổi trạng thái nên chúng là ion khán giả và bị loại khỏi phương trình ion thu gọn (net ionic equation):

\text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq) \rightarrow \text{AgCl}(s)

Phương trình này cho biết cứ một mol ion bạc thì tạo đúng một mol chất rắn trắng.

2Bước 2 (ý b): Vì

\text{NaCl}

được thêm dư nên toàn bộ

\text{Ag}^+

đã chuyển hết vào chất rắn, và khối lượng cân được chính là khối lượng

\text{AgCl}

khô. Số mol chất rắn là

n(\text{AgCl}) = \frac{0.7176}{143.32} = 5.007\times 10^{-3}\ \text{mol}

Tỉ lệ mol trong phương trình ion thu gọn là

1:1

, nên

n(\text{Ag}^+) = 5.007\times 10^{-3}\ \text{mol}

. Chia cho thể tích dung dịch gốc đã lấy bằng pipet, tức

0.05000\ \text{L}

, ta được

[\text{Ag}^+] = \frac{5.007\times 10^{-3}}{0.05000} = 0.1001\ M

Lưu ý phải chia cho thể tích

\text{AgNO}_3

ban đầu chứ không phải thể tích sau khi trộn, vì ta cần nồng độ của dung dịch chưa pha loãng.

3Bước 3 (ý c): Trong phép phân tích khối lượng (gravimetric analysis), mọi sai số đều đi qua con đường khối lượng cân được. Nước còn lẫn làm khối lượng ghi nhận lớn hơn khối lượng

\text{AgCl}

thật, nên

n(\text{AgCl})

tính ra lớn hơn thực tế. Do số mol

\text{Ag}^+

được suy trực tiếp từ số mol đó, nồng độ tính được sẽ CAO hơn giá trị đúng. Vì vậy quy trình chuẩn luôn yêu cầu sấy đến khối lượng không đổi, tức cân lặp lại cho đến khi hai lần cân trùng nhau.

Chất rắn trắng là $\text{AgCl}(s)$ , tạo thành theo $\text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq) \rightarrow \text{AgCl}(s)$ , còn $\text{Na}^+$ và $\text{NO}_3^-$ chỉ là ion khán giả. Từ $0.7176\ \text{g}$ kết tủa khô, dung dịch $\text{AgNO}_3$ ban đầu có $[\text{Ag}^+] = 0.1001\ M \approx 0.100\ M$ . Nếu chất rắn còn ẩm, kết quả thu được sẽ lớn hơn giá trị thật vì khối lượng cân bị thổi phồng bởi phần nước chưa bay hơi.

2Ví dụ 2/2

Một pin điện hóa được lắp gồm nửa pin

\text{Cu}(s)\,|\,\text{Cu}^{2+}(aq)

và nửa pin

\text{Ag}(s)\,|\,\text{Ag}^{+}(aq)

, nối với nhau bằng cầu muối. Ở điều kiện chuẩn, pin có

E^\circ_{cell} = +0.46\ \text{V}

và phản ứng tổng cộng là

\text{Cu}(s) + 2\,\text{Ag}^{+}(aq) \rightarrow \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,\text{Ag}(s)

Học sinh thêm vài giọt

\text{HCl}(aq)

vào nửa pin chứa bạc. Một chất rắn màu trắng xuất hiện và hiệu điện thế đo được thay đổi nhẹ.

aXác định chất rắn màu trắng và viết phương trình ion thu gọn của phản ứng tạo ra nó.
bGiải thích hiệu điện thế của pin tăng hay giảm sau khi thêm $\text{HCl}(aq)$ .
cNếu thay $\text{HCl}(aq)$ bằng vài giọt $\text{AgNO}_3(aq)$ đặc, hiệu điện thế sẽ thay đổi theo chiều nào?

1Bước 1 (ý a): Dung dịch

\text{HCl}

đưa thêm

\text{H}^+

và

\text{Cl}^-

vào nửa pin vốn chứa

\text{Ag}^+

và

\text{NO}_3^-

. Trong bốn cách ghép ion, chỉ có

\text{AgCl}

là chất khó tan, vì bạc thuộc nhóm ngoại lệ của quy tắc muối clorua tan. Do đó chất rắn trắng chính là bạc clorua:

\text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq) \rightarrow \text{AgCl}(s)

Điểm mấu chốt cho các ý sau là phản ứng này rút ion

\text{Ag}^+

ra khỏi dung dịch.

2Bước 2 (ý b): Hiệu điện thế của pin không chuẩn phụ thuộc vào thương số phản ứng (reaction quotient) qua hệ thức

E_{cell} = E^\circ_{cell} - \frac{RT}{nF}\ln Q,\qquad Q = \frac{[\text{Cu}^{2+}]}{[\text{Ag}^{+}]^{2}}

Công thức này nói rằng

Q

càng lớn thì

E_{cell}

càng nhỏ. Khi

\text{Ag}^+

bị giữ lại trong chất rắn, mẫu số

[\text{Ag}^{+}]^{2}

giảm mạnh nên

Q

tăng, và hiệu điện thế đo được giảm nhẹ so với

+0.46\ \text{V}

. Có thể nói cách khác mà không cần công thức: giảm nồng độ chất phản ứng ở cực dương làm giảm động lực khử

\text{Ag}^+

thành

\text{Ag}(s)

, nên pin yếu đi.

3Bước 3 (ý c): Trường hợp thêm

\text{AgNO}_3

thì lập luận đi theo chiều ngược lại. Không có chất rắn nào sinh ra vì mọi muối nitrat đều tan, nhưng

[\text{Ag}^+]

tăng lên. Khi đó

Q

giảm, số hạng trừ trong hệ thức Nernst trở nên âm, và

E_{cell}

nhỉnh hơn

+0.46\ \text{V}

. Vì vậy hai thao tác chỉ khác nhau ở chỗ một bên lấy bớt còn một bên thêm vào cùng một ion.

Chất rắn trắng là $\text{AgCl}(s)$ sinh ra từ $\text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq) \rightarrow \text{AgCl}(s)$ . Việc tách $\text{Ag}^+$ ra khỏi dung dịch làm $[\text{Ag}^+]$ giảm, $Q$ tăng, nên hiệu điện thế của pin giảm nhẹ xuống dưới $+0.46\ \text{V}$ ; ngược lại, thêm $\text{AgNO}_3$ làm $[\text{Ag}^+]$ tăng, $Q$ giảm và hiệu điện thế tăng nhẹ.

Liên quanđộ tan dung dịchtích số tan (sắp có)

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