Sự điện li l Quá trình điện li và bài tập Hóa 11

Trong chương trình Hóa học 11 – Kết nối tri thức với cuộc sống, sự điện li là nội dung nền tảng thuộc chương Cân bằng hóa học. Học sinh cần nắm rõ sự điện li là gì, sự điện li là quá trình phân li các chất trong nước tạo thành ion, đồng thời hiểu vai trò của nước trong sự điện li và cách biểu diễn quá trình bằng phương trình điện li.

Bài viết hệ thống khái niệm sự điện li, bản chất quá trình điện li, cách viết phương trình và các dạng bài tập sự điện li Hóa 11 như xác định chất điện li, tính nồng độ ion và độ điện li \(\alpha\).

Sự điện li là gì?

Sự điện li là quá trình phân li các chất trong nước hoặc khi nóng chảy thành các ion (bao gồm cation mang điện tích dương và anion mang điện tích âm). [1]

Thí nghiệm minh họa hiện tượng điện li

Để chứng minh hiện tượng này, các nhà khoa học đã tiến hành một thí nghiệm kinh điển bằng cách ráp một bộ dụng cụ gồm nguồn điện, bóng đèn và hai điện cực nhúng vào các cốc đựng dung dịch khác nhau:

• Cốc 1 (Nước cất): Bóng đèn không sáng. Nước tinh khiết cấu tạo từ các phân tử \(\text{H}_2\text{O }\)trung hòa điện và liên kết rất chặt chẽ, hầu như không tự phân li ra ion, nên không dẫn được điện.

• Cốc 2 (Dung dịch đường saccharose \(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\)): Bóng đèn không sáng. Khi tan vào nước, các phân tử đường chỉ tách rời nhau ra thành các phân tử nhỏ phân tán trong nước chứ không phân li thành ion.

• Cốc 3 (Dung dịch muối ăn \(\text{NaCl }\)): Bóng đèn sáng rực. Khi muối ăn tan vào nước, nó lập tức tách ra thành các hạt mang điện chuyển động tự do.

• Cốc 4 (\(\text{NaCl }\)khan/rắn): Bóng đèn không sáng. Dù có ion nhưng ở trạng thái rắn, các ion \(\text{Na}^+\) và \(\text{Cl}^-\) bị giữ chặt tại các nút mạng tinh thể, không thể chuyển động tự do.

Vì sao dung dịch acid, base và muối dẫn điện?

Một dòng điện muốn chạy qua một môi trường thì môi trường đó phải có các hạt mang điện tích tự do (gọi là hạt tải điện).

• Trong kim loại, hạt tải điện là các electron tự do.

• Trong dung dịch axit, bazơ và muối, hạt tải điện chính là các ion (\(\text{M}^{n+}và\text{ X}^{m-}\)).

Khi các axit (như \(\text{HCl}, \text{H}_2\text{SO}_4\)), bazơ (như \(\text{NaOH},\text{KOH}\)) hoặc muối (như \(\text{NaCl}, \text{KNO}_3\)) tan trong nước, dưới tác dụng của các phân tử nước, chúng phân li ra các cation và anion chuyển động tự do. Khi ta áp một hiệu điện thế vào, các ion này sẽ di chuyển có hướng (cation về cực âm, anion về cực dương), tạo thành dòng điện làm bóng đèn phát sáng. [2]

Chất điện li là gì? Phân loại chất điện li

Dựa vào khả năng phân li và mức độ phân li trong nước, các chất được chia thành chất điện li và chất không điện li. Trong chất điện li, người ta lại chia tiếp thành chất điện li mạnh và chất điện li yếu.

Phần dưới đây tóm tắt kiến thức cần thiết để hiểu chất điện li; người học có thể xem bài riêng để tìm hiểu sâu hơn về cách nhận biết và phân loại.

Khái niệm chất điện li và chất không điện li

• Chất điện li: Là những chất khi tan trong nước hoặc khi nóng chảy phân li thành ion. (Ví dụ: Acid, Base, Muối).

• Chất không điện li: Là những chất khi tan trong nước không phân li thành ion. (Ví dụ: Đường, rượu ethylic \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\), glycerol, \(khí\text{ O}_2,\text{N}_2)\)

Chất điện li mạnh

Định nghĩa và đặc điểm

Chất điện li mạnh là chất khi tan trong nước, tất cả các phân tử hòa tan đều phân li hoàn toàn thành ion. Điều này có nghĩa là nếu hòa tan 100 phân tử vào nước, cả 100 phân tử đó đều biến thành ion, trong dung dịch không còn lại phân tử nguyên vẹn nào nữa.

Các chất thuộc nhóm điện li mạnh

• Acid mạnh: \[\text{HCl}, \text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4, \text{HBr}, \text{HI}, \text{HClO}_4\]

• Base mạnh (base tan/kiềm): \[\text{NaOH}, \text{KOH}, \text{Ba(OH)}_2, \text{Ca(OH)}_2, \text{LiOH}\]

• Hầu hết các muối tan: \[\text{NaCl}, \text{KNO}_3, \text{CuSO}_4, \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3,...\](Kể cả một số muối ít tan hoặc thực tế không tan như \(\text{AgCl}, \text{BaSO}_4\) nhưng lượng cực nhỏ tan được trong nước vẫn phân li hoàn toàn nên phần tan đó vẫn tính là điện li mạnh).

Chất điện li yếu

Định nghĩa và đặc điểm

Chất điện li yếu là chất khi tan trong nước chỉ có một phần số phân tử hòa tan phân li thành ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch. Quá trình điện li của chất điện li yếu là một quá trình thuận nghịch và sẽ đạt đến trạng thái cân bằng hóa học.

Các chất thuộc nhóm điện li yếu

• Acid yếu: \[\text{CH}_3\text{COOH}, \text{H}_2\text{CO}_3, \text{H}_2\text{SO}_3, \text{H}_2\text{S}, \text{HF}, \text{HCN}, \text{H}_3\text{PO}_4\]

• Base yếu: \(\text{NH}_3\), các hydroxide không tan như \[\text{Mg(OH)}_2, \text{Al(OH)}_3, \text{Fe(OH)}_3, \text{Cu(OH)}_2\]

• Nước (\(\text{H}_2\text{O}\)): Là chất điện li cực kỳ yếu.

Phân biệt phương trình điện li một chiều và thuận nghịch

Để biểu diễn quá trình điện li, chúng ta dùng phương trình điện li với quy ước nghiêm ngặt về dấu mũi tên:

Vai trò của nước trong sự điện li

Học sinh thường lầm tưởng nước chỉ đóng vai trò là "môi trường chứa" các chất. Thực tế, nước tham gia chủ động và đóng vai trò quyết định vào cơ chế bẻ gãy các liên kết hóa học để tạo ion. [1][2]

Nước là dung môi phân cực

Phân tử nước (\(\text{H}_2\text{O}\)) có cấu tạo hình chữ V. Do oxygen có độ âm điện lớn hơn hydrogen nên cặp electron dùng chung bị lệch về phía oxygen. Hệ quả là đầu oxygen mang một phần điện tích âm (\(\delta^-\)), còn đầu hydrogen mang một phần điện tích dương (\(\delta^+\)), biến nước thành dung môi phân cực.

Một số ví dụ về sự điện li trong nước

• Với hợp chất ion (\(\text{NaCl}\)): Khi tan vào nước, các phân tử nước bao quanh ion của muối. Đầu âm (\(\delta^-\)) của nước hút cation \(\text{Na}^+\), đầu dương (\(\delta^+\)) hút anion \(\text{Cl}^-\). Lực hút tĩnh điện này làm yếu và bẻ gãy liên kết trong mạng tinh thể, kéo các ion ra ngoài để hòa tan (quá trình hydrat hóa).

• Với hợp chất cộng hóa trị phân cực (\(\text{HCl}\)): Bản thân liên kết \(\text{H}-\text{Cl }\) đã phân cực. Khi gặp nước, sự tương tác hút các đầu trái dấu giữa phân tử nước và \(\text{HCl }\) làm liên kết này phân cực mạnh hơn, dẫn đến đứt gãy hoàn toàn tạo ra các ion \(\text{H}^+\) (gắn với nước thành \(\text{H}_3\text{O}^{+})và\text{ Cl}^{-}\).

Nước cũng là chất điện li yếu (sự điện li của nước)

Bản thân các phân tử nước cũng có thể tương tác với nhau để tự phân li thành ion, dù tỉ lệ này là vô cùng nhỏ:

\[\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{OH}^-\]

Ở \(25^{o}C\), tích số nồng độ ion của nước là \(K_w = [\text{H}^+] \cdot [\text{OH}^-] = 10^{-14}\). Đây là hằng số cực kỳ quan trọng làm tiền đề cho khái niệm \(\text{pH}\) mà học sinh sẽ học ở các bài tiếp theo.

Xem thêm: pH để củng cố phần kiến thức liên quan.

Phương trình điện li: cách viết và lưu ý

Viết phương trình điện li là kỹ năng cơ bản nhất nhưng lại là nơi học sinh dễ mất điểm nhất do chủ quan. Hãy ghi nhớ các quy tắc "vàng" sau:

Cách viết phương trình điện li của chất điện li mạnh

• Bước 1: Xác định chất đó là axit mạnh, bazơ mạnh hay muối tan để dùng mũi tên một chiều (\(\rightarrow\)).

• Bước 2: Tách chất thành phần cation (kim loại hoặc \(\text{H}^{+}\), \(\text{NH}_4^+\)) và phần anion (gốc axit hoặc \(\text{OH}^-\)).

• Bước 3: Cân bằng số lượng nguyên tử/nhóm nguyên tử ở hai vế.

Ví dụ:

• \(\text{HNO}_3 \rightarrow \text{H}^+ + \text{NO}_3^-\)

• \(\text{Ba(OH)}_2 \rightarrow \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^-\)

• \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \rightarrow 2\text{Al}^{3+} + 3\text{SO}_4^{2-}\)

Cách viết phương trình điện li của chất điện li yếu

• Sử dụng mũi tên hai chiều (\(\rightleftharpoons\)).

• Đối với các axit đa chức yếu (như \(\text{H}_2\text{S}, \text{H}_2\text{CO}_3, \text{H}_3\text{PO}_4\)), quá trình phân li diễn ra từng nấc, không được gộp chung lại một bước.

Ví dụ phân li từng nấc của \(\text{H}_2\text{S}\):

Nấc 1: \(\text{H}_2\text{S} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HS}^-\)

Nấc 2: \(\text{HS}^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{S}^{2-}\)

Các lỗi thường gặp khi viết phương trình điện li

1. Sai dấu mũi tên: Quên mất chất nào mạnh, chất nào yếu dẫn đến việc dùng sai \(\rightarrow\) và \(\rightleftharpoons\). (Ví dụ viết \(\text{HF} \rightarrow \text{H}^+ + \text{F}^-\) là SAI vì \(\text{HF}\) là axit yếu).

2. Sai điện tích ion: Viết sai hóa trị của ion dẫn đến sai điện tích. (Ví dụ viết \(\text{SO}_4^-\) thay vì \(\text{SO}_4^{2-}\), hoặc \(\text{Al}^{2+}\) thay vì \(\text{Al}^{3+}\)).

3. Quên hạ chỉ số làm hệ số cân bằng: Khi phân li muối\(\text{CaCl}_2\), nhiều bạn viết \(\text{CaCl}_2 \rightarrow \text{Ca}^{2+} + \text{Cl}_2^{2-}\) hoặc \(\text{Ca}^{2+} + \text{Cl}_2^-\). Đây là lỗi cực kỳ nghiêm trọng. Phải viết đúng là: \(\text{CaCl}_2 \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{Cl}^-\).

Câu hỏi trắc nghiệm về sự điện li thường gặp

Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về sự điện li?

Với dạng câu hỏi này, cần ghi nhớ sự điện li là quá trình phân li các chất trong nước tạo thành ion; từ đó đối chiếu từng phương án để chọn phát biểu đúng.

Để giúp người học tự tin lấy trọn điểm lý thuyết trong phòng thi, dưới đây là bộ câu hỏi trắc nghiệm kèm phân tích bẫy chi tiết.

Câu 1: Chất nào sau đây là chất điện li?

A. \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\) (ethanol).

B. \(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\) (đường saccharose).

C. \(\text{NaCl}\) (muối ăn).

D. \(\text{O}_2\) (khí oxygen).

• Phân tích đề: Đề bài kiểm tra định nghĩa cơ bản về chất điện li: Chất điện li là chất khi tan trong nước phân li ra các ion (gồm acid, base và muối).

• Tóm tắt dữ kiện: Phân loại 4 chất cho trước để tìm chất điện li.

• Lời giải chi tiết:

  • NaCl: Là muối ăn, khi tan trong nước phân li hoàn toàn thành các ion \(\text{Na}^+\) và \(\text{Cl}^-\) tự do → Là chất điện li mạnh.

  • \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH},\text{ C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\): Là các hợp chất hữu cơ tan trong nước dưới dạng phân tử trung hòa, không phân li thành ion → Chất không điện li.

  • \(\text{O}_2\): Đơn chất phi kim, không phân li ra ion → Chất không điện li.

• Đáp án: C

Câu 2: Chất nào sau đây không dẫn được điện?

A. Dung dịch \(\text{NaOH}\) trong nước.

B. \(\text{NaCl}\) rắn, khan.

C. Dung dịch \(\text{HCl}\) trong nước.

D. Nước biển.

• Phân tích đề: Điều kiện cần và đủ để một môi trường dẫn điện là phải có các hạt mang điện tích chuyển động tự do (ion hoặc electron).

• Tóm tắt dữ kiện: Xác định trạng thái/chất không dẫn điện trong 4 phương án.

• Lời giải chi tiết:

  • NaCl rắn, khan: Cấu tạo từ các ion \(\text{Na}^+\)và \(\text{Cl}^-\) nhưng bị giam giữ chặt chẽ tại các nút mạng tinh thể ion, không thể chuyển động tự do → Không dẫn điện.

  • Dung dịch NaOH, dung dịch HCl, nước biển: Chứa các ion tự do chuyển động trong dung dịch (\(\text{Na}^+, \text{OH}^-, \text{H}^+, \text{Cl}^-, \text{Mg}^{2+}, \dots\)) → Dẫn điện tốt.

• Lưu ý: NaCl chỉ dẫn điện khi ở trạng thái nóng chảy hoặc hòa tan trong nước.

• Đáp án: B

Câu 3: Phương trình điện li nào sau đây viết đúng?

A. \(\text{H}_2\text{SO}_4 \rightleftharpoons 2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)

B. \(\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+\)

C. \(\text{Al(OH)}_3 \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\text{OH}^-\)

D. \(\text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)

• Phân tích đề: Kiểm tra quy tắc viết phương trình điện li:

  • Chất điện li mạnh (acid mạnh, base mạnh, hầu hết các muối tan): Dùng mũi tên một chiều (→).

  • Chất điện li yếu (acid yếu, base yếu, chất ít tan): Dùng mũi tên hai chiều thuận nghịch (\(\rightleftharpoons\)).

• Tóm tắt dữ kiện: Đánh giá tính chính xác của ký hiệu mũi tên và bảo toàn điện tích trong 4 phương trình.

• Lời giải chi tiết:

  • A. Sai: \(\text{H}_2\text{SO}_4\) là acid mạnh (chất điện li mạnh), phải dùng mũi tên một chiều:

    \(\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)

  • B. Sai: \(\text{CH}_3\text{COOH}\) là acid hữu cơ yếu (chất điện li yếu), phải dùng mũi tên thuận nghịch:

    \(\text{CH}_3\text{COOH }\rightleftharpoons\text{ CH}_3\text{COO}^{-}+\text{H}^{+}\)

  • C. Sai: \(\text{Al(OH)}_3\)là base không tan, hydroxide lưỡng tính (chất điện li rất yếu), phải dùng mũi tên thuận nghịch:

    \(\text{Al(OH)}_3\rightleftharpoons\text{ Al}^{3+}+3\text{OH}^{-}\)

  • D. Đúng: \(\text{Na}_2\text{SO}_4\) là muối tan hoàn toàn (chất điện li mạnh), biểu diễn bằng mũi tên một chiều và bảo toàn nguyên tố/điện tích chính xác.

• Đáp án: D

Câu 4: Dung dịch chất nào sau đây có khả năng dẫn điện tốt nhất (ở cùng nồng độ mol)?

A. \(\text{CH}_3\text{COOH}\)

B. \(\text{NaCl}\)

C. \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\)

D. \(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\) (glucose)

• Phân tích đề: Khả năng dẫn điện của dung dịch tỉ lệ thuận với tổng nồng độ các ion tự do trong dung dịch. Càng nhiều ion tự do, dung dịch dẫn điện càng tốt.

• Tóm tắt dữ kiện: So sánh tổng nồng độ ion của 4 dung dịch có cùng nồng độ mol \(C_{\text{M}} = 1\text{ M}\).

• Lời giải chi tiết:

  • \(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\) (1 M): Không điện li \(\Rightarrow \sum [\text{ion}] = 0\text{ M}\) (không dẫn điện).

  • \(\text{CH}_3\text{COOH}\) (1 M): Chất điện li yếu (\(\alpha < 1\)), phân li không hoàn toàn:

    \[\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \Rightarrow \sum [\text{ion}] < 2\text{ M}\]

  • NaCl (1 M): Chất điện li mạnh:

    \[\text{NaCl} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^- \Rightarrow \sum [\text{ion}] = 1 + 1 = 2\text{ M}\]

  • \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\) (1 M): Chất điện li mạnh, phân li sinh ra 5 mol ion:

    \[\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3 \rightarrow 2\text{Al}^{3+} + 3\text{SO}_4^{2-} \Rightarrow \sum [\text{ion}] = 2 + 3 = 5\text{ M}\]

  • So sánh tổng nồng độ ion:

    \[\sum [\text{ion}]_{\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3} \,(5\text{ M}) > \sum [\text{ion}]_{\text{NaCl}} \,(2\text{ M}) > \sum [\text{ion}]_{\text{CH}_3\text{COOH}} \,(< 2\text{ M}) > \sum [\text{ion}]_{\text{Glucose}} \,(0\text{ M})\]

• Đáp án: C

Bài tập sự điện li Hóa 11 có lời giải

Chúng ta cùng chuyển sang phần bài tập tự luận tính toán để rèn luyện kỹ năng biến đổi số liệu.

Dạng 1: Viết phương trình điện li và tính nồng độ mol các ion trong dung dịch

Phương pháp giải bài tập viết phương trình điện li

1. Viết chính xác phương trình điện li (chú ý dấu mũi tên).

2. Đặt nồng độ mol của chất ban đầu vào phương trình rồi suy ra nồng độ các ion theo tỉ lệ hệ số cân bằng (áp dụng với chất điện li mạnh).

Bài tập minh họa

Bài 1: Tính nồng độ mol của các ion có trong các dung dịch sau (coi các chất điện li hoàn toàn):

a) Dung dịch \(\text{HNO}_3\ 0,05\text{ M}\).

b) Dung dịch \(\text{Ba(OH)}_2\ 0,12\text{ M}\).

c) Dung dịch thu được khi hòa tan \(14,2\text{ g}\ \text{Na}_2\text{SO}_4\) vào nước để được \(200\text{ ml}\) dung dịch.

Lời giải chi tiết:

a)

• Phân tích đề:

  • \(\text{HNO}_3\)(nitric acid) là một acid mạnh, thuộc nhóm chất điện li hoàn toàn (chất điện li mạnh).

  • Trong dung dịch, \(1\text{ mol } \text{HNO}_3\) phân li tạo ra \(1\text{ mol } \text{H}^+\) và \(1\text{ mol } \text{NO}_3^-\).

• Tóm tắt dữ kiện:

  • \([\text{HNO}_3] = 0{,}05\text{ M}\)

  • Tìm: \([\text{H}^{+}],[\text{NO}_3^{-}]\)

• Lời giải chi tiết:

Phương trình điện li của \(\text{HNO}_3\):

\(\text{HNO}_3 \rightarrow \text{H}^+ + \text{NO}_3^-\)

Từ phương trình ta có:

\([\text{H}^{+}]=[\text{NO}_3^{-}]=[\text{HNO}_3]=0,05\text{ M }\)

b)

• Phân tích đề:

  • \(\text{Ba(OH)}_2\) (barium hydroxide) là base mạnh tan hoàn toàn, là chất điện li mạnh.

  • Phân tử chứa 1 nguyên tử Ba và 2 nhóm \(\text{–OH}\), do đó \(1\text{ mol } \text{Ba(OH)}_2\) phân li cho ra \(1\text{ mol } \text{Ba}^{2+}\) và \(2\text{ mol } \text{OH}^-\).

• Tóm tắt dữ kiện:

  • \([\text{Ba(OH)}_2] = 0{,}12\text{ M}\)

  • Tìm: \([\text{Ba}^{2+}],[\text{OH}^{-}]\).

• Lời giải chi tiết:

Phương trình điện li của \(\text{Ba(OH)}_2\):

\(\text{Ba(OH)}_2 \rightarrow \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^-\)

Từ phương trình ta có:

• \([\text{Ba}^{2+}] = [\text{Ba(OH)}_2] = 0,12\text{ M}\)

• \([\text{OH}^-] = 2 \cdot [\text{Ba(OH)}_2] = 2 \cdot 0,12 = 0,24\text{ M}\)

c)

• Phân tích đề:

  • \(\text{Na}_2\text{SO}_4\) (sodium sulfate) là muối tan hoàn toàn trong nước → chất điện li mạnh.

  • Trước tiên cần đổi thể tích sang đơn vị lít (\(V = 0{,}2\text{ L}\)), tính số mol muối theo công thức \(n = \frac{m}{M}\), sau đó tính nồng độ mol của dung dịch \(C_{\text{M}} = \frac{n}{V}\).

  • \(1\text{ mol } \text{Na}_2\text{SO}_4\) khi điện li giải phóng \(2\text{ mol Na}^{+},1\text{ mol SO}_4^{2-}\).

• Tóm tắt dữ kiện:

  • \(m_{\text{Na}_2\text{SO}_4} = 14{,}2\text{ g}\)

  • \[M_{\text{Na}_2\text{SO}_4} = 23 \times 2 + 32 + 16 \times 4 = 142\text{ g/mol}\]

  • \(V_{\text{dd}} = 200\text{ ml} = 0{,}2\text{ L}\)

  • Tìm: \([\text{Na}^{+}],[\text{SO}_4^{2-}]\).

• Lời giải chi tiết:

Đổi dữ kiện khối lượng và thể tích:

• \(n_{\text{Na}_2\text{SO}_4}=\frac{14,2}{142}=0,1\text{ mol }\)

• \(V_{\text{dd}} = 200\text{ ml} = 0,2\text{ lít}\)

• \(C_{M(\text{Na}_2\text{SO}_4)} = \frac{0,1}{0,2} = 0,5\text{ M}\)

Phương trình điện li:

\(\text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)

Từ phương trình ta có:

• \([\text{Na}^+] = 2 \cdot C_{M(\text{Na}_2\text{SO}_4)} = 2 \cdot 0,5 = 1,0\text{ M}\)

• \([\text{SO}_4^{2-}] = C_{M(\text{Na}_2\text{SO}_4)} = 0,5\text{ M}\)

Dạng 2: Tính độ điện li (\(\alpha\)) và hằng số điện li (\(K\))

Phương pháp giải

• Độ điện li (\(\alpha\)): Là tỉ số giữa số phân tử phân li thành ion (\(n\)) và tổng số phân tử hòa tan vào dung dịch (\(n_0\)), hoặc tỉ số giữa nồng độ phân li và nồng độ ban đầu.

  \[\alpha = \frac{n}{n_0} = \frac{C_{\text{phân li}}}{C_0} \quad (0 < \alpha \le 1 \text{ hoặc } 0\% < \alpha \le 100\%)\]

• Hằng số điện li (Đối với acid yếu \(K_a\), base yếu \(K_b\)):

Xét cân bằng: \(\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-\)

\[K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\]

(Lưu ý: Hằng số \(K\) chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất điện li và nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ).

Bài tập minh họa

Bài 2: Trong \(500\text{ ml}\) dung dịch axit acetic (\(\text{CH}_3\text{COOH}\)) \(0,1\text{ M}\) có chứa \(2,408 \cdot 10^{21}\) ion \(\text{H}^+\). Tính độ điện li \(\alpha\)của axit này.

Phân tích đề bài

• Bản chất hóa học: \(\text{CH}_3\text{COOH}\) (acetic acid) là một acid hữu cơ yếu, trong dung dịch chỉ có một phần số phân tử bị phân li thuận nghịch thành ion \(\text{H}^+\) và \(\text{CH}_3\text{COO}^-\):

  \[\text{CH}_3\text{COOH}\rightleftharpoons\text{ CH}_3\text{COO}^{-}+\text{H}^{+}\]

• Định nghĩa độ điện li (\(\alpha\)):

  \[\alpha = \frac{\text{Số phân tử phân li ra ion}}{\text{Tổng số phân tử hòa tan}} = \frac{n_{\text{phân li}}}{n_{\text{ban đầu}}} = \frac{[\text{H}^+]}{C_{\text{M (ban đầu)}}}\]

Lời giải chi tiết:

1. Tổng số mol \(\text{CH}_3\text{COOH}\) ban đầu có trong dung dịch là:

   \[n_0 = C_M \cdot V = 0,1 \cdot 0,5 = 0,05\text{ mol}\]

2. Số mol ion \(\text{H}^+\) sinh ra trong dung dịch (chính là số mol phân tử đã phân li):

   \[n_{\text{H}^+} = \frac{2,408 \cdot 10^{21}}{6,022 \cdot 10^{23}} = 0,004\text{ mol}\]

3. Phương trình điện li:

   \[\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+\]

4. Nhìn vào phương trình, số mol \(\text{CH}_3\text{COOH}\) phân li bằng đúng số mol \(\text{H}^+\) sinh ra \(= 0,004\text{ mol}\).

5. Độ điện li \(\alpha\):

   \[\alpha = \frac{n_{\text{phân li}}}{n_0} = \frac{0,004}{0,05} = 0,08 \text{ (hay } 8\%)\]

Bài 3: Tính nồng độ ion\(\text{H}^+\) và độ điện li \(\alpha\) của dung dịch axit yếu \(\text{HNO}_2\ 0,1\text{ M}\) ở \(25^{o}C\). Biết hằng số acid của \(\text{HNO}_2\) là \(K_a = 4,0 \cdot 10^{-4}\).

Phân tích đề bài

• Bản chất hóa học: \(\text{HNO}_2\) (nitrous acid) là một monoprotic acid yếu, trong nước thiết lập cân bằng điện li:

  \[\text{HNO}_2\rightleftharpoons\text{ H}^{+}+\text{NO}_2^{-}\]

• Biểu thức hằng số phân li acid (\(K_a\)):

  \(K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{NO}_2^-]}{[\text{HNO}_2]}\)

Lời giải chi tiết:

Gọi \(x\) là nồng độ mol của \(\text{HNO}_2\) bị phân li (\(x > 0\)).

Ta lập bảng biến thiên nồng độ theo ba bước (Ban đầu - Phản ứng - Cân bằng):

Biểu thức hằng số axit \(K_a\):

\[K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{NO}_2^-]}{[\text{HNO}_2]} \Rightarrow 4,0 \cdot 10^{-4} = \frac{x \cdot x}{0,1 - x}\]

Vì \(\text{HNO}_2\) là axit yếu nên x rất nhỏ so với 0,1, ta có thể gần đúng coi \(0,1 - x \approx 0,1\).

\[\Rightarrow 4,0 \cdot 10^{-4} = \frac{x^2}{0,1} \Rightarrow x^2 = 4,0 \cdot 10^{-5} \Rightarrow x \approx 6,32 \cdot 10^{-3}\text{ M}\]

Vậy nồng độ ion \(\text{H}^+\) tại cân bằng là: \([\text{H}^+] = 6,32 \cdot 10^{-3}\text{ M}\).

Độ điện li \(\alpha\) của dung dịch:

\[\alpha = \frac{x}{C_0} = \frac{6,32 \cdot 10^{-3}}{0,1} = 0,0632 \text{ (hay } 6,32\%)\]

Dạng 3: Xác định chất điện li mạnh, yếu và không điện li

Phương pháp giải

Dựa vào lý thuyết phân loại ở mục 2 để sắp xếp các chất đề bài cho vào đúng nhóm tương ứng.

Bài tập minh họa

Bài 4: Cho dãy các chất sau: \[\text{HClO}_4, \text{HF}, \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6, \text{NaOH}, \text{Al}_2(\text{SO}_4)_3, \text{Fe(OH)}_3, \text{CH}_3\text{COOH}, \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\]Hãy phân loại các chất trên thành ba nhóm: chất điện li mạnh, chất điện li yếu và chất không điện li.

Phân tích đề bài

• Chất điện li mạnh: Là chất khi tan trong nước, các phân tử hòa tan đều phân li hoàn toàn thành ion (\(\alpha = 1\)). Bao gồm:

  • Acid mạnh: \[\text{HCl},\text{ HNO}_3,\text{ H}_2\text{SO}_4,\text{ HClO}_4,\text{ HBr},\text{ HI},\dots\]

  • Base mạnh: Các hydroxide của kim loại kiềm và một số kim loại kiềm thổ tan tốt\[\text{NaOH},\text{ KOH},\text{ Ba(OH)}_2,\text{ Ca(OH)}_2\]

  • Hầu hết các muối tan: \(\text{NaCl},\text{ Al}_2(\text{SO}_4)_3,\text{ KNO}_3,\dots\)

• Chất điện li yếu: Là chất khi tan trong nước chỉ có một phần số phân tử hòa tan phân li thành ion, phần còn lại tồn tại ở dạng phân tử trong dung dịch (\(0 < \alpha < 1\)). Bao gồm:

  • Acid yếu: \[\text{HF},\text{ CH}_3\text{COOH},\text{ HNO}_2,\text{ H}_2\text{S},\text{ H}_2\text{CO}_3,\dots\]

  • Base yếu / Base không tan: \[\text{Fe(OH)}_3,\text{ Cu(OH)}_2,\text{ Al(OH)}_3,\text{ NH}_3,\dots\]

• Chất không điện li: Là những chất khi tan trong nước không phân li ra bất kì ion nào (chỉ tồn tại dưới dạng phân tử trung hòa). Điển hình là các phân tử hữu cơ như đường (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\), \(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\)), alcohol (\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH},\text{ CH}_3\text{OH}\)), glycerol, urea, hoặc các đơn chất khí (\(\text{O}_2,\text{ N}_2\)).

Lời giải chi tiết:

Dựa vào định nghĩa cấu trúc phân tử và độ mạnh yếu của liên kết, ta phân loại như sau:

• Chất điện li mạnh: \(\text{HClO}_4\) (acid mạnh), \(\text{NaOH}\)(base mạnh), \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\) (muối tan).

• Chất điện li yếu: \(\text{HF}\) (acid yếu), \(\text{Fe(OH)}_3\) (base không tan), \(\text{CH}_3\text{COOH}\) (acid hữu cơ yếu).

• Chất không điện li: \(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\) (glucose), \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\) (ethanol).

Để làm chủ chủ đề Sự điện li, người học chỉ cần nhớ 3 ý chính:

• Bản chất: Nước phân cực bẻ gãy liên kết của chất tan thành các ion tự do giúp dẫn điện.

• Phân loại: Chất mạnh dùng mũi tên một chiều \(\rightarrow\); chất yếu dùng mũi tên hai chiều \(\rightleftharpoons\).

• Bài tập: Luyện thành thạo 3 dạng: phân loại chất, tính nồng độ ion và tính độ điện li \(\alpha\).

Nắm chắc bộ ba này sẽ giúp học sinh tự tin hơn khi làm các bài kiểm tra Hóa 11 và tiếp tục củng cố kiến thức trong chuyên đề Hóa học 11 tại ZIM Academy.