Đang tải bài học…

AP Chemistry

sự phân li

dissociation

Sự phân li là quá trình một hợp chất tách thành các phần tử nhỏ hơn như ion hoặc gốc tự do.

Sự phân li (dissociation) là quá trình một hợp chất tách thành các phần tử nhỏ hơn, thường là ion hoặc gốc tự do (free radical). Trong môi trường dung dịch, hiện tượng này biến các mạng tinh thể ion thành những hạt mang điện di chuyển tự do, nhờ đó dung dịch có khả năng dẫn điện. Tuy nhiên, không phải chất nào cũng tách hoàn toàn, vì chất điện li mạnh (strong electrolyte) phân li triệt để trong khi chất điện li yếu chỉ tách một phần.

Bên cạnh đó, xét về phương diện năng lượng, việc phá vỡ các liên kết nội tại luôn đòi hỏi cung cấp nhiệt, do đó quá trình này thường thu nhiệt. Đại lượng đặc trưng cho năng lượng cần thiết để bẻ gãy một mol liên kết cụ thể trong pha khí được gọi là entalpy phân li liên kết. Giá trị này càng lớn chứng tỏ liên kết càng bền vững, và phân tử càng ít khả năng tham gia biến đổi hóa học.

Hơn nữa, trong bối cảnh cân bằng hóa học, sự phân li của các axit yếu hoặc bazơ yếu thiết lập một trạng thái cân bằng động giữa phân tử nguyên vẹn và các ion tạo thành. Hằng số cân bằng của quá trình này được kí hiệu $K_a$ hoặc $K_b$ . Giá trị đó phản ánh mức độ phân li mạnh hay yếu của chất tan trong môi trường nước.

Ký hiệu

K_a, K_b, D

Đơn vịkJ/mol

Trực giác: Giống như một tòa nhà xếp hình bị tháo rời thành từng khối gạch riêng biệt.

Hay hiểu sai

Phân li không có nghĩa là phân li hoàn toàn.

Acid nhiều nấc phân li theo từng nấc, không phải tất cả cùng lúc.

Năng lượng phân li liên kết luôn dương và chỉ tính phần phá liên kết.

Thêm base vào acid yếu không làm biến mất acid đó.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Ở 25 °C, acid acetic phân li trong nước theo cân bằng

\text{CH}_3\text{COOH}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftarrows \text{H}_3\text{O}^+(aq) + \text{CH}_3\text{COO}^-(aq)

với

\mathrm{p}K_a = 4.76

. Một học sinh chuẩn bị hai dung dịch: dung dịch X chỉ chứa

0.10\ \text{mol}

\text{CH}_3\text{COOH}

hòa tan thành

1.00\ \text{L}

; dung dịch Y chứa đồng thời

0.10\ \text{mol}

\text{CH}_3\text{COOH}

và

0.10\ \text{mol}

\text{CH}_3\text{COONa}

cũng trong

1.00\ \text{L}

. Giả thiết thể tích không đổi trong mọi thao tác thêm chất.

aTính pH và phần trăm phân li (percent dissociation) của acid acetic trong dung dịch X.
bTính pH của dung dịch Y và giải thích vì sao pH của Y lớn hơn pH của X rất nhiều.
cThêm $0.020\ \text{mol}$ NaOH rắn vào dung dịch Y. Tính pH sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn.

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 nàyNhiệt động lực học · bài “Entalpy liên kết” — khoá AP Chemistry

Cần trướcion liên kết hóa học

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

sự thuỷ phân (hydrolysis)hydrolysis

Khác nhau ở đâuSự phân li tách hợp chất thành ion mà không đổi bản chất ion. Sự thuỷ phân cho ion phản ứng với nước tạo chất mới, đổi pH.

Hay nhầm khiKhi giải thích vì sao dung dịch muối có pH khác 7, học sinh nhầm phân li muối với thuỷ phân ion.

sự ion hóa hoàn toàn (complete ionization)complete ionization

Khác nhau ở đâuPhân li dành cho hợp chất ion đã có sẵn ion, khi tan chỉ tách rời chúng. Ion hoá dành cho hợp chất cộng hoá trị, khi tan mới tạo ion mới.

Hay nhầm khiKhi mô tả NaCl và HCl cùng tan trong nước, học sinh dùng 'phân li' cho cả hai mà không phân biệt cơ chế.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 256–257, 323.

Viết rõ phương trình phân li có cân bằng điện tích trước khi tính.

Với bài đệm, hãy tính bằng SỐ MOL rồi mới đổi sang nồng độ.

So sánh độ mạnh acid thì so $K_a$ , đừng so nồng độ.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 1: Đổi

\mathrm{p}K_a

sang hằng số phân li acid (acid dissociation constant):

K_a = 10^{-4.76} = 1.7 \times 10^{-5}

. Giá trị này rất nhỏ so với 1, nghĩa là ở trạng thái cân bằng phần lớn phân tử acid vẫn còn nguyên vẹn và chỉ một phần rất nhỏ nhường proton cho nước. Đây là dấu hiệu của một acid yếu, và cũng là lý do ta được phép dùng phép gần đúng ở bước sau.

2Bước 2: Với dung dịch X, đặt

x = [\text{H}_3\text{O}^+]

tại cân bằng thì

[\text{CH}_3\text{COO}^-] = x

và

[\text{CH}_3\text{COOH}] = 0.10 - x

. Thay vào biểu thức

K_a = \dfrac{x^2}{0.10 - x}

và bỏ qua

x

ở mẫu vì

x \ll 0.10

, ta có

x = \sqrt{(1.7\times10^{-5})(0.10)} = 1.3 \times 10^{-3}\ \text{M}

. Do đó

\mathrm{pH} = -\log(1.3\times10^{-3}) = 2.88

, còn phần trăm phân li là

\dfrac{1.3\times10^{-3}}{0.10}\times 100\% = 1.3\%

. Chỉ khoảng một phần trăm số phân tử acid thực sự phân li, đúng như dự đoán ở bước 1.

3Bước 3: Dung dịch Y chứa cả acid yếu và base liên hợp của nó nên là một dung dịch đệm (buffer), và ta dùng được phương trình Henderson–Hasselbalch:

\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}

. Vì

[\text{A}^-] = [\text{HA}] = 0.10\ \text{M}

nên tỉ số bằng 1, logarit bằng 0, và

\mathrm{pH} = 4.76

. Lượng

\text{CH}_3\text{COO}^-

có sẵn từ muối đẩy cân bằng phân li về phía trái theo nguyên lý Le Châtelier, làm

[\text{H}_3\text{O}^+]

giảm mạnh; vì vậy pH của Y cao hơn pH của X gần hai đơn vị.

4Bước 4: NaOH là base mạnh nên nó phản ứng gần như hoàn toàn với dạng acid:

\text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}

. Lập bảng theo số mol: acid còn

0.10 - 0.020 = 0.080\ \text{mol}

, base liên hợp tăng lên

0.10 + 0.020 = 0.12\ \text{mol}

5Bước 5: Thay tỉ số mới vào phương trình đệm:

\mathrm{pH} = 4.76 + \log\dfrac{0.12}{0.080} = 4.76 + \log 1.5 = 4.76 + 0.18 = 4.94

. Vì tỉ số nằm trong công thức dưới dạng thương, ta được phép dùng luôn số mol thay cho nồng độ khi thể tích chung không đổi.

Trong dung dịch X, acid acetic chỉ phân li khoảng $1.3\%$ nên $\mathrm{pH} = 2.88$ . Khi thêm base liên hợp để tạo hệ đệm có tỉ lệ 1:1 thì $\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a = 4.76$ , và sau khi thêm $0.020\ \text{mol}$ NaOH thì pH chỉ nhích lên $4.94$ . Sự phân li của một acid yếu vừa nhỏ về mức độ vừa nhạy với việc có mặt base liên hợp; chính đặc điểm đó tạo nên khả năng chống thay đổi pH của dung dịch đệm.

2Ví dụ 2/2

Ở pha khí, phản ứng chlor hóa methane xảy ra theo phương trình

\text{CH}_4(g) + \text{Cl}_2(g) \rightarrow \text{CH}_3\text{Cl}(g) + \text{HCl}(g)

. Cho các giá trị năng lượng liên kết trung bình (đơn vị kJ/mol):

\text{C}-\text{H} = 413

\text{Cl}-\text{Cl} = 242

\text{C}-\text{Cl} = 328

\text{H}-\text{Cl} = 431

. Ngoài ra cho thêm số liệu của dãy hydrogen halide:

\text{H}-\text{F} = 567

\text{H}-\text{Br} = 366

\text{H}-\text{I} = 299

aƯớc lượng biến thiên enthalpy $\Delta H^\circ$ của phản ứng và cho biết phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt.
bTrong bốn liên kết H–F, H–Cl, H–Br, H–I, liên kết nào có năng lượng phân li liên kết lớn nhất? Giải thích.

1Bước 1: Năng lượng phân li liên kết (bond dissociation energy) là năng lượng cần cung cấp để bẻ gãy một liên kết trong một mol chất ở thể khí, nên nó luôn dương. Từ đó suy ra quy tắc tính:

\Delta H^\circ \approx \sum D(\text{bonds broken}) - \sum D(\text{bonds formed})

. Bẻ gãy liên kết thì hệ hấp thụ năng lượng, còn tạo liên kết thì hệ giải phóng năng lượng, vì vậy hai nhóm số hạng mang dấu ngược nhau.

2Bước 2: Xác định đúng những liên kết thật sự bị đứt và thật sự được tạo. Ba trong bốn liên kết C–H của methane không hề thay đổi nên không cần đưa vào phép tính; chỉ có một liên kết

\text{C}-\text{H}

và một liên kết

\text{Cl}-\text{Cl}

bị bẻ gãy, đồng thời một liên kết

\text{C}-\text{Cl}

và một liên kết

\text{H}-\text{Cl}

được hình thành.

3Bước 3: Thay số:

\Delta H^\circ \approx (413 + 242) - (328 + 431) = 655 - 759 = -104\ \text{kJ/mol}

. Giá trị âm cho biết phản ứng tỏa nhiệt, tức là các liên kết mới sinh ra bền hơn tổng các liên kết đã bị phá vỡ. Cần lưu ý đây chỉ là ước lượng vì các số liệu dùng là giá trị trung bình và chỉ áp dụng cho chất ở thể khí.

4Bước 4: So sánh dãy hydrogen halide theo thứ tự

567 > 431 > 366 > 299

kJ/mol, ta thấy

\text{H}-\text{F}

có năng lượng phân li lớn nhất. Nguyên nhân là bán kính nguyên tử tăng dần từ F đến I, làm độ dài liên kết tăng và mức xen phủ orbital giữa H với halogen kém dần; liên kết dài hơn thì yếu hơn. Do đó HF khó bị phân li nhất trong dãy, và cũng vì vậy HF là acid yếu trong nước trong khi ba acid còn lại đều là acid mạnh.

Phản ứng chlor hóa methane có $\Delta H^\circ \approx -104\ \text{kJ/mol}$ , tức tỏa nhiệt vì năng lượng giải phóng khi tạo liên kết C–Cl và H–Cl lớn hơn năng lượng tiêu tốn để phân li liên kết C–H và Cl–Cl. Trong dãy hydrogen halide, $\text{H}-\text{F}$ có năng lượng phân li liên kết lớn nhất do liên kết ngắn nhất và xen phủ tốt nhất.

Dẫn tớihằng số ion hóa acid (sắp có)

Liên quansự solvat hóa (sắp có)độ điện li (sắp có)

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