Đang tải bài học…

AP Chemistry

trạng thái dung dịch nước

aqueous

Trạng thái dung dịch nước là trạng thái của một chất đã hòa tan trong nước, được ghi bằng ký hiệu (aq) sau công thức chất trong phương trình hóa học.

Khi viết một phương trình hóa học, ta phải cho biết mỗi chất đang tồn tại ở dạng nào, và ký hiệu $(aq)$ đặt ngay sau công thức chính là lời khai báo rằng chất đó đã tan trong nước. Chữ viết tắt này bắt nguồn từ chữ aqua, nghĩa là nước, và nó phân biệt với ba trạng thái còn lại thường gặp là $(s)$ , $(l)$ và $(g)$ . Do đó, $(aq)$ không phải một trạng thái vật chất riêng mà là mô tả một hỗn hợp (mixture) đồng nhất: nước giữ vai trò dung môi (solvent), còn chất được ghi $(aq)$ là chất tan (solute).

Thực vậy, sở dĩ nước hòa tan được rất nhiều chất là vì phân tử nước phân cực mạnh và tạo được liên kết hydrogen. Khi một muối như $\mathrm{NaCl}$ tiếp xúc với nước, các phân tử nước quay đầu âm về phía $\mathrm{Na^+}$ và đầu dương về phía $\mathrm{Cl^-}$ , bao lấy từng ion và kéo chúng rời khỏi mạng tinh thể. Quá trình bao bọc này gọi là sự hydrat hóa, và nó giải thích vì sao ta viết $\mathrm{NaCl}(s)\rightarrow \mathrm{Na^+}(aq)+\mathrm{Cl^-}(aq)$ ghĩa là chất rắn biến thành hai loại ion độc lập, mỗi ion đều mang nhãn $(aq)$ vì đều được các phân tử nước vây quanh.

Từ đó, hệ quả quan trọng nhất của cách ghi này nằm ở chỗ nó quyết định bạn viết phương trình ion rút gọn như thế nào. Chất điện li mạnh ở dạng $(aq)$ phải được tách thành ion riêng, trong khi chất rắn kết tủa, chất khí bay ra hay axit yếu thì giữ nguyên dạng phân tử. Vì vậy, nếu bạn nhầm $(aq)$ với $(s)$ ở một sản phẩm, toàn bộ phần khử ion khán giả sẽ sai theo. Hơn nữa, chỉ những chất mang nhãn $(aq)$ mới có nồng độ mol để đưa vào biểu thức $K$ hay tính $\mathrm{pH}$ ; nước lỏng nguyên chất và chất rắn thì không xuất hiện trong các biểu thức đó.

Ký hiệu

(aq)

viết sau công thức chất, ví dụ

\mathrm{HCl}(aq)

\mathrm{Ag^+}(aq)

Trực giác: Giống như đường trong ly nước chanh: bạn không còn thấy hạt đường nào nữa, nhưng nó vẫn ở đó, tan đều khắp ly.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

thập niên 1640

Tính từ "aqueous" đi vào tiếng Anh vào thập niên 1640, dựng thẳng từ chữ Latinh aqua nghĩa là "nước", theo khuôn mẫu của tính từ tiếng Pháp aqueux ("có nước, thuộc về nước").

Nguồn tra cứu từ nguyên chỉ ghi lại chặng đường của bản thân con chữ, chứ không kể chuyện phòng thí nghiệm. Theo đó, tiếng Anh nhận tính từ này vào những năm 1640, khi giới học thuật châu Âu vẫn quen mượn tiếng Latinh để đặt tên cho sự vật. Người ta lấy danh từ aqua ("nước") rồi gắn đuôi tính từ, mô phỏng cách tiếng Pháp đã tạo ra aqueux và cách tiếng Latinh hậu kỳ dùng các dạng tương tự. Nhờ vậy, tiếng Anh có một tính từ trang trọng nghĩa là "thuộc về nước", tách khỏi chữ "water" đời thường và sẵn sàng cho vai trò thuật ngữ khoa học về sau.

Hay hiểu sai

Ký hiệu (aq) không đồng nghĩa với (l).

Chất điện li mạnh ở trạng thái (aq) tồn tại dưới dạng các ion rời nhau.

Một hình hạt duy nhất không chứng minh được dung dịch đã đạt cân bằng.

Ion khán giả phải ở lại dung dịch dưới dạng (aq), không được gom vào kết tủa.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Cho một lượng dư

\text{AgCl}(s)

vào nước cất ở

25^\circ\text{C}

và khuấy cho đến khi hệ đạt cân bằng theo phương trình

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

. Ở nhiệt độ này

K_{sp} = 1.8 \times 10^{-10}

và khối lượng mol của

\text{AgCl}

là

143.32\ \text{g/mol}

. Một học sinh vẽ sơ đồ hạt cho phần dung dịch phía trên chất rắn, trong đó bạn đó vẽ các cụm hai hạt dính nhau ký hiệu là "AgCl" trôi nổi trong nước.

aGiải thích ý nghĩa của ký hiệu $(aq)$ trong phương trình trên và cho biết sơ đồ hạt của học sinh đó đúng hay sai.
bTính nồng độ $\text{Ag}^{+}$ trong dung dịch bão hòa và khối lượng $\text{AgCl}$ tan được trong $100.0\ \text{mL}$ nước.
cSơ đồ hạt đúng phải phản ánh tỉ lệ số hạt $\text{Ag}^{+}$ và $\text{Cl}^{-}$ như thế nào?

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 nàyLực liên phân tử · bài “Dung dịch và hỗn hợp” — khoá AP Chemistry

Cần trướcdung dịch dung môi

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

chất lỏng (liquid)liquid

Khác nhau ở đâuTrạng thái dung dịch nước mô tả chất tan trong nước, không phải bản thân chất đó là lỏng. (l) chỉ chất lỏng nguyên chất, (aq) chỉ chất tan trong nước.

Hay nhầm khiđề cho (l) và (aq) trong phương trình hóa học, học sinh dễ nhầm cả hai đều là chất lỏng

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 11, 14, 18.

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe xa lạ với người học tiếng Anh phổ thông thật ra rất minh bạch nếu truy về gốc: aqua trong tiếng Latinh nghĩa là "nước", nên "aqueous" chỉ đơn giản là "có nước, thuộc về nước". Đuôi tính từ được thêm vào theo lối tiếng Latinh hậu kỳ và theo mẫu chữ aqueux của tiếng Pháp, vì vậy dạng thức cuối cùng mang dáng dấp La-tinh chứ không giống chữ "water" quen thuộc. Chính khoảng cách giữa hai lớp từ vựng — một lớp bản địa dùng hằng ngày, một lớp vay mượn dùng trong học thuật — giải thích vì sao khoa học chọn "aqueous" làm thuật ngữ. Do đó, khi đề thi viết ký hiệu (aq) sau công thức chất tan, chữ ấy không nói gì khác ngoài đúng ý nghĩa gốc: chất đang tồn tại trong nước, tức trong dung dịch nước (aqueous solution).

Mẹo phòng thi

Viết đủ ký hiệu trạng thái cho mọi chất trong mọi phương trình phần tự luận.

Thuộc lòng hai quy tắc tan quan trọng nhất trước khi vào phòng thi.

Với hình hạt, hãy đếm ion và kiểm tra trung hòa điện trước khi chọn.

Tần suất trong đề AP ChemistryThường xuyên

Bước 1: Ký hiệu

(aq)

cho biết tiểu phân đó đang tan và phân tán trong nước, mỗi ion được bao quanh bởi một lớp phân tử nước định hướng theo điện tích của nó. Vì vậy

\text{Ag}^{+}(aq)

và

\text{Cl}^{-}(aq)

là hai tiểu phân riêng biệt, chuyển động độc lập, chứ không phải một đơn vị

\text{AgCl}

còn dính nhau. Sơ đồ của học sinh vẽ cụm hai hạt dính nhau nên sai: nếu

\text{Ag}^{+}

và

\text{Cl}^{-}

còn dính nhau thì đó vẫn là chất rắn

\text{AgCl}(s)

, chưa tan.

2Bước 2: Gọi độ tan mol (molar solubility) của

\text{AgCl}

là

s

. Cân bằng cho

[\text{Ag}^{+}] = [\text{Cl}^{-}] = s

, nên

K_{sp} = s^2

. Thay số:

s = \sqrt{1.8 \times 10^{-10}} = 1.3 \times 10^{-5}\ \text{M}

. Đây chính là nồng độ

\text{Ag}^{+}

trong dung dịch bão hòa (saturated solution).

3Bước 3: Số mol tan trong

100.0\ \text{mL} = 0.1000\ \text{L}

n = (1.3 \times 10^{-5})(0.1000) = 1.3 \times 10^{-6}\ \text{mol}

. Khối lượng tương ứng:

m = (1.3 \times 10^{-6})(143.32) = 1.9 \times 10^{-4}\ \text{g}

. Lượng chất tan cực nhỏ này giải thích vì sao trong sơ đồ hạt, số ion vẽ trong pha nước phải ít hơn hẳn so với khối rắn còn lại ở đáy.

4Bước 4: Vì hệ số trong phương trình là

1:1

và dung môi ban đầu là nước cất, mỗi đơn vị

\text{AgCl}

tan ra cho đúng một

\text{Ag}^{+}

và một

\text{Cl}^{-}

. Do đó sơ đồ hạt đúng phải có **số hạt

\text{Ag}^{+}

bằng số hạt

\text{Cl}^{-}

**, hai loại hạt tách rời và rải đều khắp thể tích nước.

Ký hiệu $(aq)$ khẳng định $\text{AgCl}$ khi tan thì tồn tại dưới dạng các ion hydrat hóa tách rời, nên sơ đồ vẽ cụm "AgCl" trôi trong nước là sai. Dung dịch bão hòa có $[\text{Ag}^{+}] = 1.3 \times 10^{-5}\ \text{M}$ , ứng với chỉ $1.9 \times 10^{-4}\ \text{g}$ $\text{AgCl}$ tan trong $100.0\ \text{mL}$ nước; sơ đồ hạt đúng phải thể hiện số $\text{Ag}^{+}$ bằng số $\text{Cl}^{-}$ , rất thưa thớt, bên cạnh phần lớn chất rắn chưa tan.

2Ví dụ 2/2

Trộn

25.0\ \text{mL}

dung dịch

\text{Ba(NO}_3)_2

nồng độ

0.10\ \text{M}

với

25.0\ \text{mL}

dung dịch

\text{Na}_2\text{SO}_4

nồng độ

0.10\ \text{M}

, thu được kết tủa trắng

\text{BaSO}_4

. Giả sử thể tích cộng gộp và

\text{BaSO}_4

coi như tan không đáng kể. Trước khi trộn, một sơ đồ hạt biểu diễn cốc thứ nhất bằng

4

hạt

\text{Ba}^{2+}

cùng

8

hạt

\text{NO}_3^{-}

, và cốc thứ hai bằng

8

hạt

\text{Na}^{+}

cùng

4

hạt

\text{SO}_4^{2-}

(không vẽ phân tử nước).

aViết phương trình ion thu gọn của phản ứng, ghi rõ trạng thái của từng tiểu phân.
bTính nồng độ các ion còn ở trạng thái dung dịch nước sau phản ứng.
cMô tả sơ đồ hạt đúng cho hỗn hợp sau phản ứng.

1Bước 1: Cả

\text{Ba(NO}_3)_2

và

\text{Na}_2\text{SO}_4

đều là chất điện li mạnh, nên trong nước chúng tồn tại hoàn toàn dưới dạng ion:

\text{Ba}^{2+}(aq)

\text{NO}_3^{-}(aq)

\text{Na}^{+}(aq)

\text{SO}_4^{2-}(aq)

. Khi trộn, chỉ cặp

\text{Ba}^{2+}

và

\text{SO}_4^{2-}

kết hợp thành chất rắn ít tan. Phương trình ion thu gọn (net ionic equation) là

\text{Ba}^{2+}(aq) + \text{SO}_4^{2-}(aq) \rightarrow \text{BaSO}_4(s)

Hai ion còn lại là

\text{Na}^{+}(aq)

và

\text{NO}_3^{-}(aq)

không đổi trạng thái, gọi là ion khán giả (spectator ions).

2Bước 2: Tính số mol trước phản ứng:

n(\text{Ba}^{2+}) = (0.0250)(0.10) = 2.5 \times 10^{-3}\ \text{mol}

và

n(\text{SO}_4^{2-}) = (0.0250)(0.10) = 2.5 \times 10^{-3}\ \text{mol}

. Vì tỉ lệ phản ứng là

1:1

, hai ion này tiêu thụ hết nhau, tạo

2.5 \times 10^{-3}\ \text{mol}

\text{BaSO}_4(s)

và không còn dư ion nào trong hai loại đó.

3Bước 3: Mỗi mol

\text{Ba(NO}_3)_2

cho

2

mol

\text{NO}_3^{-}

và mỗi mol

\text{Na}_2\text{SO}_4

cho

2

mol

\text{Na}^{+}

, nên

n(\text{NO}_3^{-}) = n(\text{Na}^{+}) = 2(2.5 \times 10^{-3}) = 5.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}

. Thể tích sau khi trộn là

25.0 + 25.0 = 50.0\ \text{mL} = 0.0500\ \text{L}

, do đó

[\text{Na}^{+}] = [\text{NO}_3^{-}] = \frac{5.0 \times 10^{-3}}{0.0500} = 0.10\ \text{M}

Hai ion khán giả vẫn giữ nguyên nồng độ vì lượng chất không đổi còn thể tích tăng gấp đôi.

4Bước 4: Chuyển sang ngôn ngữ sơ đồ hạt:

4

hạt

\text{Ba}^{2+}

gặp

4

hạt

\text{SO}_4^{2-}

nên cả hai biến mất khỏi pha nước, tạo thành

4

đơn vị

\text{BaSO}_4

dính chùm ở đáy. Còn lại trong nước là

8

hạt

\text{Na}^{+}

và

8

hạt

\text{NO}_3^{-}

rải rác riêng lẻ. Tổng điện tích vẫn trung hòa, và số hạt của mỗi ion khán giả đúng bằng số hạt ban đầu — dấu hiệu để loại các phương án vẽ thiếu hoặc thừa ion khán giả.

Phản ứng xảy ra là $\text{Ba}^{2+}(aq) + \text{SO}_4^{2-}(aq) \rightarrow \text{BaSO}_4(s)$ ; sau phản ứng chỉ còn $\text{Na}^{+}$ và $\text{NO}_3^{-}$ ở trạng thái dung dịch nước, mỗi ion có nồng độ $0.10\ \text{M}$ . Sơ đồ hạt đúng phải cho thấy $8$ hạt $\text{Na}^{+}$ và $8$ hạt $\text{NO}_3^{-}$ tách rời trôi nổi, cùng $4$ đơn vị $\text{BaSO}_4$ kết dính thành khối rắn, và không còn hạt $\text{Ba}^{2+}$ hay $\text{SO}_4^{2-}$ tự do nào.

Liên quantính phân cựcsự solvat hóa (sắp có)

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