Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Trong bài học này các bạn cần phải hiểu rõ bản chất, điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li. Đồng thời phải viết được phương trình ion rút gọn của phản ứng.

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

1. Phản ứng xảy ra trong dung dịch các chất điện li là gì?

Phản ứng xảy ra trong dung dịch các chất điện li là phản ứng giữa các ion.

Ví dụ: Xem ở phần 2 sẽ rõ

2. Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li chỉ xảy ra khi các ion kết hợp được với nhau tạo thành ít nhất một trong các chất sau:

• Chất kết tủa
• Chất điện li yếu
• Chất khí

Ví dụ:

2.1. Phản ứng tạo thành chất kết tủa

Thí nghiệm: Nhỏ dung dịch natri sunfat (Na₂SO₄) vào ống nghiệm đựng dung dịch bari clorua (BaCl₂) thấy kết tủa trắng của BaSO₄ xuất hiện:

Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ ↓ + 2NaCl (1)

Giải thích. Na₂SO₄ và BaCl₂ đều dễ tan và phân li mạnh trong nước:

Phương trình điện li:

Na₂SO₄ → 2Na+ + SO₄^2-

BaCl₂ → Ba²⁺ + 2Cl-

Trong 4 ion được phân li thì chỉ có các ion Ba²⁺ và SO₄^2- kết hợp được với nhau tạo thành chất kết tủa là BaSO4, nên thực chất phản ứng trong dung dịch là:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄ ↓ (2)

Phương trình (2) được gọi là phương trình ion rút gọn của phản ứng (1).

Từ phương trình ion thu gọn này ta thấy, muốn điều chế kết tủa BaSO₄ , cần trộn hai dung dịch, một dung dịch chứa ion Ba²⁺, dung dịch kia chứa ion SO₄^2-.

2.2. Phản ứng tạo thành chất điện li yếu

a) Phản ứng tạo thành nước

Thí nghiệm: Nhỏ vài giọt dung dịch phenolphtalein vào cốc đựng dung dịch NaOH 0,1M => dung dịch có màu hồng. Rót từ từ dung dịch HCl 0,1 M vào cốc trên, vừa rót vừa khuấy cho đến khi mất màu. Phản ứng xảy ra như sau:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Giải thích: NaOH và HCl đều dễ tan và phân li mạnh trong nước:

NaOH → Na⁺ + OH^–

HCl → H⁺ + Cl^–

Các ion OH^– trong dung dịch làm cho phenolphtalein chuyển sang màu hồng. Khi cho dung dịch HCl vào, các ion H⁺ của HCl sẽ phản ứng với các ion OH^– của NaOH tạo thành chất điện li rất yếu là H₂O. Phương trình ion rút gọn:

H⁺ + OH^– → H₂O

Khi màu của dung dịch trong cốc mất đi, đó là lúc các ion H⁺ của HCl đã phản ứng hết với các ion OH^– của NaOH.

b) Phản ứng tạo thành axit yếu

Thí nghiệm: Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm đựng dung dịch CH₃COONa, axit yếu CH₃COOH sẽ được tạo thành. Phản ứng hóa học xảy ra như sau:

HCl + CH₃COONa → CH₃COOH + HCl

Giải thích: HCl và CH₃COONa là các chất dễ tan và phân li mạnh:

HCl → H⁺ + Cl^–

CH₃COONa → Na⁺ + CH₃COO^–

Trong dung dịch, các ion H⁺ sẽ kết hợp với các ion CH₃COO^– tạo thành chất điện li yếu là CH₃COOH (mùi giấm). Phương trình ion rút gọn:

H⁺ + CH₃COO^– → CH₃COOH

2.3. Phản ứng tạo thành chất khí

Thí nghiệm: Rót dung dịch HCl vào cốc đựng dung dịch Na₂CO₃ ta thấy có bọt khí thoát ra:

2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + CO₂ ↑ + H₂O

Giải thích: HCl và Na2CO3 đều dễ tan và phân li mạnh:

HCl → H⁺ + Cl^–

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2-

Các ion H⁺ và CO3^2- trong dung dịch kết hợp với nhau tạo thành axit yếu là H₂CO₃, axit này không bền nên bị phân hủy ra thành CO₂ và H₂O.

H⁺ + CO₃^2- → HCO3^–

H⁺ + HCO₃^– → H₂CO₃

H₂CO₃ → CO₂ ↑ + H₂O

Phương trình ion rút gọn: 2H⁺ + CO₃^2- → CO₂ ↑ + H₂O

3. Cách viết phương trình ion rút gọn

Cách chuyển phương trình dưới dạng phân tử thành phương trình ion rút gọn như sau:

Ví dụ: HCl + NaOH → NaCl + H₂O

– Chuyển tất các các chất dễ tan và điện li mạnh thành ion. Các chất khí, kết tủa, điện li yếu để nguyên dưới dạng phân tử. Ta thu được phương trình ion đầy đủ của ví dụ trên như sau:

H⁺ + Cl^– + Na⁺ + OH^– → Na⁺ + Cl^– + H₂O

– Lượt bỏ những ion không tham gia phản ứng, ta được phương trình ion rút gọn:

H⁺ + OH^– → H₂O

II – Bài tập về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

Bài 1. Điều kiên để xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li là gì? Lấy các thí dụ minh họa.

Giải bài 1 SGK hóa học lớp 11 trang 20:

Điều kiện để xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li là:

• Phản ứng tạo ra chất kết tủa. Ví dụ:

AgNO₃ + NaCl → AgCl ↓ + NaNO₃

Phương trình ion thu gọn: Ag⁺ + Cl^– → AgCl ↓

• Phản ứng tạo thành chất điện li yếu. Ví dụ:

H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O

Phương trình ion thu gọn: H⁺ + OH^– → H₂O

• Phản ứng tạo ra chất khí. Ví dụ:

H₂SO₄ + K₂CO₃ → K₂SO₄ + H₂O + CO₂ ↑

Phương trình ion thu gọn: 2H⁺ + CO₃^2- → CO₂ ↑ + H₂O

Bài 2. Tại sao các phản ứng giữa dung dịch axit và hiđroxit có tính bazơ hay phản ứng giữa muối cacbonat và dung dịch axit rất dễ xảy ra?

Giải bài 2 SGK hóa học lớp 11 trang 20:

Phản ứng giữa dung dịch và hiđroxit có tính bazơ dễ xảy ra vì sinh ra chất điện li yếu là nước.

Phản ứng giữa dung dịch muối cacbonat và dung dịch axit dễ xảy ra vì sinh ra khí CO₂

Bài 3. Lấy một số thí dụ chứng minh rằng: bản chất của phản ứng trong dung dịch các chất điện li là phản ứng giữa các ion.

Giải bài 3 SGK hóa học lớp 11 trang 20:

Thí dụ 1: Phản ứng giữa dung dịch muối BaCl₂ và axit H₂SO₄ xảy ra như sau:

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2HCl

BaCl₂ và H₂SO₄ là chất điện li mạnh. Phản ứng thực chất xảy ra giữa các ion:

Ba²⁺ + 2Cl^– + 2H⁺ + SO4^2- → BaSO₄ ↓ + 2Cl^– + 2H⁺

Các ion Cl^– + H⁺ tồn tại trong dung dịch trước vào sau phản ứng. Do đó, phản ứng giữa muối BaCl₂ và axit H₂SO₄ chỉ xảy ra giữa các ion Ba²⁺ và SO4^2-:

Phương trình ion rút gọn: Ba²⁺ + SO4^2- → BaSO₄ ↓

Thí dụ 2: Phản ứng giữa dung dịch muối amoni (NH₄)₂SO₃ và axit clohiđrit HCl xảy ra như sau:

(NH₄)₂SO₃ + 2HCl → 2NH₄Cl + H₂O + SO₂ ↑

Muối amoni và axit clohi đrit là những chất điện li mạnh nên phản ứng thực chất xảy ra như sau:

2NH₄⁺ + SO₃^2- + 2H⁺ + 2Cl^– → 2NH₄⁺ + 2Cl^– + H₂O + SO₂ ↑

Các ion NH₄⁺ và Cl^– tồn tại trước và sau phản ứng. Do đó, phản ứng chỉ xảy ra giữa các ion SO₃^2- và Cl^–.

Phương trình ion rút gọn: SO₃^2- + 2H⁺ → H₂O + SO₂ ↑

Bài 4. Phương trình ion rút gọn của phản ứng cho biết:

A. Những ion nào tồn tại trong dung dịch.

B. Nồng độ những ion vào trong dung dịch lớn nhất.

C. Bản chất phản ứng trong dung dịch các chất điện li

D. Không tồn tại phân tử trong dung dịch các chất điện li.

Giải bài 4 SGK hóa học lớp 11 trang 20:

=> Chọn đáp án C

Bài 5. Viết các phương trình phân tử và ion rút gọn của các phản ứng (nếu có) xảy ra trong dung dịch giữa các cặp chất sau:

a) Fe₂(SO₄)₃ + NaOH

b) NH₄Cl + AgNO₃

c) NaF + HCl

d) MgCl₂ + KNO₃

e) FeS (r) + HCl

g) HClO + KOH

Giải bài 5 SGK hóa học lớp 11 trang 20:

a) Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH → 3Na₂SO₄ + 2Fe(OH)3 ↓

PT ion rút gọn: Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃ ↓

b) NH₄Cl + AgNO₃ → AgCl ↓ + NH₄NO₃

PT ion rút gọn: Ag⁺ + Cl^– → AgCl ↓

c) NaF + HCl → NaCl + HF

H⁺ + F^– → HF

d) MgCl₂ + KNO₃→ Không phản ứng do không tạo ra các sản phẩm đủ điều kiện để phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li.

e) FeS (r) +2HCl → FeCl₂ + H₂S ↑

PT ion rút gọn: FeS (r) + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂S ↑

g) HClO +KOH → KClO + H₂O

PT ion rút gọn: HClO + OH^– → H₂O + ClO^–

Bài 6. Phản ứng nào dưới đây xảy ra trong dung dịch tạo được kết tủa Fe(OH)₃

A. FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄

B. Fe₂(SO₄)₃ + KI

C. Fe(NO₃)₃ + Fe

D. Fe(NO₃)₃ + KOH

Giải bài 6 SGK hóa học lớp 11 trang 20:

=> Chọn đáp án D

Bài 7. Lấy thí vụ và viết phương trình hóa học dưới dạng phân tử và ion rút rọn cho các phản ứng sau:

a) Tạo thành chất kết tủa.

b) Tạo thành chất điện li yếu.

c) Tạo thành chất khí.

Giải bài 7 SGK hóa học lớp 11 trang 20:

Ví dụ về 3 dạng phản ứng giữa các ion trong dung dịch:

• Tạo ra chất kết tủa: NH₄Cl + AgNO₃ → NH₄NO₃ + AgCl↓

PT ion rút gọn: Ag⁺ + Cl^‑ → AgCl↓

• Tạo ra chất điện li yếu:  NaOH + HC1 → NaCl + H2O

PT ion rút gọn: H⁺ + OH^– → H₂O

• Tạo ra chất khí: K₂CO₃ + 2HC1 → 2KC1 + CO₂↑  + H₂O

PT ion rút gọn: 2H⁺ + CO₃^2– → CO₂↑  + H₂O