Cho cân bằng sau: HCO3‐ + H2O<>CO3²- + H3O+a) Hãy chỉ ra hai acid và hai base…
Cho cân bằng sau: HCO3‐ + H2O<>CO3²- + H3O+
a) Hãy chỉ ra hai acid và hai base trong cân bằng trên.
b) Nếu ta nhỏ thêm vào dung dịch calcium chlorine (CaCl2) thì giá trị pH của dung dịch sẽ thay đổi như thế nào?Giải thích.
—
Cho cân bằng sau: HCO3‐ + H2O <> CO3²- + H3O+
a) Hãy chỉ ra hai acid và hai base trong cân bằng trên.
b) Nếu ta nhỏ thêm vào dung dịch calcium chlorine (CaCl2) thì giá trị pH của dung dịch sẽ thay đổi như thế nào? Giải thích.
—
Lời giải chi tiết:
Phần a) Xác định acid và base trong cân bằng:
Để xác định acid và base, chúng ta sẽ vận dụng thuyết acid-base của Brønsted-Lowry. Theo thuyết này:
- Acid là chất cho proton (H+).
- Base là chất nhận proton (H+).
Chúng ta cùng xét phương trình cân bằng đã cho:
HCO3‐ + H2O <> CO3²- + H3O+
Quan sát phản ứng theo chiều thuận:
- HCO3⁻ đã cho đi một proton (H+) để trở thành CO3²⁻. Do đó, HCO3⁻ đóng vai trò là acid.
- H2O đã nhận một proton (H+) từ HCO3⁻ để trở thành H3O⁺. Do đó, H2O đóng vai trò là base.
Quan sát phản ứng theo chiều nghịch:
- H3O⁺ đã cho đi một proton (H+) để trở thành H2O. Do đó, H3O⁺ đóng vai trò là acid.
- CO3²⁻ đã nhận một proton (H+) từ H3O⁺ để trở thành HCO3⁻. Do đó, CO3²⁻ đóng vai trò là base.
Như vậy, trong cân bằng này:
- Hai acid là: HCO3⁻ và H3O⁺.
- Hai base là: H2O và CO3²⁻.
Phần b) Ảnh hưởng của CaCl2 đến giá trị pH của dung dịch:
Khi nhỏ thêm dung dịch calcium chloride (CaCl2) vào dung dịch chứa cân bằng trên, chúng ta cần xem xét sự tương tác của các ion tạo thành từ CaCl2 với các chất trong dung dịch.
Calcium chloride (CaCl2) khi tan trong nước phân li hoàn toàn:
CaCl2 → Ca²⁺ + 2Cl⁻
Ion Ca²⁺ là cation của một bazơ mạnh (Ca(OH)2) nên nó không có tính acid hay base đáng kể trong dung dịch nước.
Ion Cl⁻ là anion của một acid mạnh (HCl) nên nó cũng không có tính acid hay base đáng kể trong dung dịch nước.
Tuy nhiên, chúng ta cần xem xét liệu các ion này có phản ứng với các thành phần có tính acid-base trong dung dịch hay không.
Trong dung dịch đã cho, có sự tồn tại của ion CO3²⁻ (là một base). Ion Ca²⁺ có khả năng tạo kết tủa với ion CO3²⁻:
Ca²⁺(aq) + CO3²⁻(aq) → CaCO3(s)
Giải thích:
Phản ứng tạo kết tủa CaCO3(s) sẽ làm giảm nồng độ ion CO3²⁻ trong dung dịch.
Theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, khi nồng độ một chất tham gia phản ứng bị giảm, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ chất đó.
Trong cân bằng:
HCO3⁻ + H2O <> CO3²⁻ + H3O⁺
Việc giảm nồng độ CO3²⁻ sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (sang phải) để bù đắp lại sự thiếu hụt CO3²⁻.
Khi cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận:
- Nồng độ H3O⁺ sẽ tăng lên.
Giá trị pH của dung dịch được xác định bởi nồng độ ion H3O⁺ theo công thức:
pH = -log[H3O⁺]
Vì nồng độ H3O⁺ tăng lên, giá trị -log[H3O⁺] sẽ giảm xuống.
Kết luận:
Do đó, khi nhỏ thêm dung dịch calcium chloride (CaCl2) vào dung dịch, giá trị pH của dung dịch sẽ giảm.
—
Các em thấy đó, để giải bài tập này, chúng ta cần kết hợp kiến thức về thuyết acid-base Brønsted-Lowry và nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy nhé!
\(a)\)
Acid là chất cho proton \((H^{+})\)
Base là chất nhận proton \((H^{+})\)
Trong cân bằng trên:
Acid là \(HCO_3^{-},H_3O^{+}\)
Base là \(H_2O, CO_3^{2-}\)
\(b)\)
Khi nhỏ \(CaCl_2\) vào dung dịch sẽ xảy ra phản ứng:
\(Ca^{2+}(aq)+ CO_3^{2-}(aq)→ CaCO_3(s)\)
Phản ứng trên khiến nồng độ \(CO_3^{2-}\) giảm xuống
\(→\) Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận \(→\) Nồng độ \(H_3O^{+}\) tăng lên \(→\) Giá trị pH giảm
Đáp án:
a,
Hai acid: \(HCO_3^-, H_3O^+\)
Hai base: \(H_2O, CO_3^{2-}\)
b,
Khi nhỏ thêm dung dịch calcium chloride, xảy ra phản ứng:
\(CaCl_2\to Ca^{2+}+2Cl^-\)
\(Ca^{2+}+CO_3^{2-}\to CaCO_3\)
Nồng độ \(CO_3^{2-}\) giảm nên cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng nồng độ \(CO_3^{2-}\) là chiều thuận nên nồng độ \(H_3O^+\) tăng, do đó \(pH\) giảm.