Giáo trình Dung dịch - Điện ly - điện phân

ng dung dịch nước.
a) Sự điện li của axit
Axit điện li ra cation H+ (đúng hơn là H3O+) và anion gốc axit.
Để đơn giản, người ta chỉ viết
Nếu axit nhiều lần axit thì sự điện li xảy ra theo nhiều nấc, nấc sau yếu hơn nấc trước.
b) Sự điện li của bazơ.
Bazơ điện li ra anion OH- và cation kim loại hoặc amoni.
Nếu bazơ nhiều lần bazơ thì sự điện li xảy ra theo nhiều nấc, nấc sau yếu hơn nấc trước.
c) Sự điện li của muối.
Muối điện li ra cation kim loại hay amoni và anion gốc axit, các muối trung hoà thường chỉ điện li 1 nấc.
Muối axit, muối bazơ điện li nhiều nấc :
Muối bazơ :
d) Sự điện li của hiđroxit lưỡng tính.
Hiđroxit lưỡng tính có thể điện li theo 2 chiều ra cả ion H+ và OH-. 
3. Chất điện li mạnh và chất điện li yếu.
a) Chất điện li mạnh.
Chất điện li mạnh là những chất trong dung dịch nước điện li hoàn toàn thành ion. Quá trình điện li là quá trình một chiều, trong phương trình điện li dùng dấu =. Ví dụ:
Những chất điện li mạnh là những chất mà tinh thể ion hoặc phân tử có liên kết phân cực mạnh.
Đó là: 
- Hầu hết các muối tan.
- Các axit mạnh: HCl, HNO3, H2SO4,
- Các bazơ mạnh: NaOH, KOH, Ca(OH)2,
b) Chất điện li yếu
- Chất điện li yếu là những chất trong dung dịch nước chỉ có một phần nhỏ số phân tử điện li thành ion còn phần lớn tồn tại dưới dạng phân tử, trong phương trình điện li dùng dấu thuận nghịch 
Ví dụ:
Những chất điện li yếu thường gặp là:
- Các axit yếu: CH3COOH, H2CO3, H2S,
- Các bazơ yếu: NH4OH,
- Mỗi chất điện li yếu được đặc trưng bằng hằng số điện li (Kđl) - đó là hằng số cân bằng của quá trình điện li. Ví dụ: 
Trong đó: [CH3COO-], [H+] và [CH3COOH] là nồng độ các ion và phân tử trong dung dịch lúc cân bằng. Kđl là hằng số, không phụ thuộc nồng độ. Chất điện li càng yếu thì Kđl càng nhỏ.
Với chất điện li nhiều nấc, mỗi nấc có Kđl riêng. H2CO3 có 2 hằng số điện li:
4. Độ điện li α.
- Độ điện li a của chất điện li là tỷ số giữa số phân tử phân li thành ion Np và tổng số phân tử chất điện li tan vào nước Nt.
Ví dụ: Cứ 100 phân tử chất tan trong nước có 25 phân tử điện li thì độ điện li a bằng:
- Tỷ số này cũng chính là tỷ số nồng độ mol chất tan phân li (Cp) và nồng độ mol chất tan vào trong dung dịch (Ct).
- Giá trị của α biến đổi trong khoảng 0 đến 1
0 ≥ α ≥ 1
Khi a = 1: chất tan phân li hoàn toàn thành ion. Khi α = 0: chất tan hoàn toàn không phân li (chất không điện li).
- Độ điện li α phụ thuộc các yếu tố : bản chất của chất tan, dung môi, nhiệt độ và nồng độ dung dịch.
5. Quan hệ giữa độ điện li α và hằng số điện li.
Giả sử có chất điện li yếu MA với nồng độ ban đầu Co, độ điện li của nó là α, ta có:
Hằng số điện li:
Dựa vào biểu thức này, nếu biết α ứng với nồng độ dung dịch Co, ta tính được Kđl và ngược lại.
Ví dụ: Trong dung dịch axit HA 0,1M có α = 0,01. Tính hằng số điện li của axit đó (ký hiệu là Ka).
Giải: Trong dung dịch, axit HA phân li:
6. Axit - bazơ.
a) Định nghĩa
Axit là những chất khi tan trong nước điện li ra ion H+ (chính xác là H3O+).
Bazơ là những chất khi tan trong nước điện li ra ion OH-.
- Đối với axit, ví dụ HCl, sự điện li thường được biểu diễn bằng phương trình.
Nhưng thực ra axit không tự phân li mà nhường proton cho nước theo phương trình.
Vì H2O trong H3O+ không tham gia phản ứng nên thường chỉ ghi là H+
- Đối với bazơ, ngoài những chất trong phân tử có sẵn nhóm OH- (như NaOH, Ba(OH)2) Còn có những bazơ trong phân tử không có nhóm OH (như NH3) nhưng đã nhận proton của nước để tạo ra OH- 
Do đó để nêu lên bản chất của axit và bazơ, vai trò của nước (dung môi) cần định nghĩa axit - bazơ như sau:
Axit là những chất có khả năng cho proton.
Bazơ là những chất có khả năng nhận proton.
Đây là định nghĩa của Bronstet về axit - bazơ.
b) Phản ứng axit - bazơ.
- Tác dụng của dung dịch axit và dung dịch bazơ.
Cho dung dịch H2SO4 tác dụng với dung dịch NaOH, phản ứng hoá học xảy ra toả nhiệt làm dung dịch nóng lên.
Phương trình phân tử:
Phương trình ion:
Hoặc là: 
H2SO4 cho proton (chuyển qua ion H3O+) và NaOH nhận proton (trực tiếp là ion OH-).
Phản ứng của axit với bazơ gọi là phản ứng trung hoà và luôn toả nhiệt.
- Tác dụng của dung dịch axit và bazơ không tan.
Đổ dung dịch HNO3 vào Al(OH)3, chất này tan dần. Phản ứng hoá học xảy ra.
Phương trình phân tử:
Phương trình ion
Hoặc là:
HNO3 cho proton, Al(OH)3 nhận proton.
- Tác dụng của dung dịch axit và oxit bazơ không tan.
Đổ dung dịch axit HCl vào CuO, đun nóng, phản ứng hoá học xảy ra, CuO tan dần:
Phương trình phân tử:
Phương trình ion
Hoặc là
HCl cho proton, CuO nhận proton, nó đóng vai trò như một bazơ.
- Kết luận:
Trong các phản ứng trên đều có sự cho, nhận proton - đó là bản chất của phản ứng axit - bazơ.
c) Hiđroxit lưỡng tính.
Có một số hiđroxit không tan (như Zn(OH)2, Al(OH)3) tác dụng được cả với dung dịch axit và cả với dung dịch bazơ được gọi là hiđroxit lưỡng tính.
Ví dụ: Zn(OH)2 tác đụng được với H2SO4 và NaOH.
Hoặc là:
Kẽm hiđroxit nhận proton, nó là một bazơ.
Kẽm hiđroxit cho proton, nó là một axit.
Vậy: Hiđroxit lưỡng tính là hiđroxit có hai khả năng cho và nhận proton, nghĩa là vừa là axit, vừa là bazơ.
7. Sự điện li của nước
a) Nước là chất điện li yếu.
Tích số nồng độ ion H+ và OH- trong nước nguyên chất và trong dung dịch nước ở mỗi nhiệt độ là một hằng số .
Môi trường trung tính : [H+] = [OH-] = 10-7 mol/l
Môi trường axit: [H+] > [OH-]
[H+] > 10-7 mol/l.
Môi trường bazơ: [H+] < [OH-]
[H+] < 10-7 mol/l
b) Chỉ số hiđro của dung dịch - Độ pH
- Khi biểu diễn nồng độ ion H+ (hay H3O+) của dung dịch dưới dạng hệ thức sau:
thì hệ số a được gọi là pH của dung dịch
Ví dụ: [H+] = 10-5 mol/l thì pH = 5, 
Về mặt toán học thì pH = -lg[H+]
Như vậy:
Môi trường trung tính: pH = 7
Môi trường axit: pH < 7
Môi trường bazơ: pH > 7
pH càng nhỏ thì dung dịch có độ axit càng lớn, (axit càng mạnh); pH càng lớn thì dung dịch có độ bazơ càng lớn (bazơ càng mạnh).
- Cách xác định pH:
Ví dụ 1: Dung dịch HCl 0,02M, có [H+] = 0,02M. Do đó pH = -lg2.10-2 = 1,7.
Ví dụ 2: Dung dịch NaOH 0,01M, có [OH-] = 0,01 = 10-2 mol/l. Do đó :
c) Chất chỉ thị màu axit - bazơ.
Chất chỉ thị màu axit - bazơ là chất có màu thay đổi theo nồng độ ion H+ của dung dịch. Mỗi chất chỉ thị chuyển màu trong một khoảng xác định.
Một số chất chỉ thị màu axit - bazơ thường dùng:
8. Sự thuỷ phân của muối.
Chúng ta đã biết, không phải dung dịch của tất cả các muối trung hoà đều là những môi trường trung tính (pH = 7). Nguyên nhân là do: những muối của axit yếu - bazơ mạnh (như CH3COOHNa), của axit mạnh - bazơ yếu (như NH4Cl) khi hoà tan trong nước đã tác dụng với nước tạo ra axit yếu, bazơ yếu, vì vậy những muối này không tồn tại trong nước. Nó bị thuỷ phân, gây ra sự thay đổi tính chất của môi trường.
a) Sự thuỷ phân của muối tạo thành từ axit yếu -bazơ mạnh. Ví dụ: CH3COONa, Na2CO3, K2S,
Trong dung dịch dư ion OH-, do vậy pH > 7 (tính bazơ).
Vậy: muối của axit yếu - bazơ mạnh khi thuỷ phân cho môi trường bazơ.
b) Sự thuỷ phân của muối tạo thành từ axit mạnh - bazơ yếu. Ví dụ: NH4Cl, ZnCl2, Al2(SO4)3.
Trong dung dịch dư ion H3O+ hay (H+), do vậy pH < 7 (tính axit).
Vậy muối của axit mạnh - bazơ yếu khi thuỷ phân cho môi trường axit.
c) Sự thuỷ phân của muối tạo thành từ axit yếu - bazơ yếu. Ví dụ: Al2S3, Fe2(CO3)3.
9. Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch điện li.
Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch điện li chỉ xảy ra khi có sự tạo thành hoặc chất kết tủa, hoặc chất bay hơi, hoặc chất ít điện li (điện li yếu).
a) Phản ứng tạo thành chất kết tủa.
Trộn dung dịch BaCl2 với dung dịch Na2SO4 thấy có kết tủa trắng tạo thành. Đã xảy ra phản ứng.
Phương trình phân tử:
Phương trình ion:
b) Phản ứng tạo thành chất bay hơi.
Cho axit HCl tác dụng với Na2CO3 thấy có khí bay ra. Đã xảy ra phản ứng.
Phương trình phân tử:
Phương trình ion
c) Phản ứng tạo thành chất ít điện li.
- Cho axit H2SO4 vào muối axetat. Phản ứng xảy ra tạo thành axit CH3COOH ít điện li
Phương trình phân tử:
Phương trình ion
- Hoặc cho axit HNO3 tác dụng với Ba(OH)2. Phản ứng trung hoà xảy ra tạo thành chất ít điện li là nước.
Phương trình phân tử: 
Phương trình ion
Chú ý: Khi biểu diễn phản ứng trao đổi trong dung dịch điện li người ta thường viết phương trình phân tử và phương trình ion. ở phương trình ion, những chất kết tủa, bay hơi, điện li yếu viết dưới dạng phân tử, các chất điện li mạnh viết dưới dạng ion (do chúng điện li ra). Cuối cùng thu gọn phương trình ion bằng cách lược bỏ những ion như nhau ở 2 vế của phương trình.
Sự điện phân
1. Định nghĩa.
Điện phân là sự thực hiện các quá trình oxi hoá - khử trên bề mặt điện cực nhờ dòng điện một chiều bên ngoài
Quá trình điện phân được biểu diễn bằng sơ đồ điện phân. Ví dụ: Sơ đồ điện phân NaCl nóng chảy.
Ở catôt: xảy ra quá trình khử.
Ở anôt: xảy ra quá trình oxi hoá.
Phương trình điện phân NaCl nóng chảy:
2. Điện phân hợp chất nóng chảy.
Ở trạng thái nóng chảy, các tinh thể chất điện phân bị phá vỡ thành các ion chuyển động hỗn loạn. Khi có dòng điện một chiều chạy qua, ion dương chạy về catôt và bị khử ở đó, ion âm chạy về anôt và bị oxi hoá ở đó.
Ví dụ: Điện phân KOH nóng chảy.
Phương trình điện phân
Điện phân nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ cao nên có thể xảy ra phản ứng phụ giữa sản phẩm điện phân (O2, Cl2 ... ) và điện cực (anôt) thường làm bằng than chì. Ví dụ: điện phân Al2O3 nóng chảy (có pha thêm criolit 3NaF.AlF3) ở 1000oC
Phương trình điện phân
Phản ứng phụ:
(Than chì làm anôt bị mất dần, nên sau một thời gian phải bổ sung vào điện cực).
Ứng dụng: Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại hoạt động mạnh:
- Điều chế kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hoặc hiđroxit nóng chảy.
- Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy.
- Điều chế Al: Điện phân Al2O3 nóng chảy.
3. Điện phân dung dịch nước
a) Nguyên tắc:
Khi điện phân dung dịch, tham gia các quá trình oxi hoá - khử ở điện cực ngoài các ion của chất điện phân còn có thể có các ion H+ và OH- của nước và bản thân kim loại làm điện cực. Khi đó quá trình oxi ho