4.3.2. Sự phân ly của H2O

4.3.2. Sự phân ly của H2O

2 DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL Nước là một trong các dung môi lưỡng tính, nghĩa là vừa thể hiện tính acid, vừa thể hiện tính base hay còn gọi là dung môi tự proton phân hay tự phân ly. Trong dung dịch, nước luôn luôn có chứa một lượng nhỏ các ion H3O+ và OH- do sự phân ly của nước theo phản ứng: 2H2O ⇌ H3O+ + OH- (4.8) Ở đây, ion hydroni H3O+ biểu diễn trạng thái tồn tại của proton ở trong dung dịch nước dưới dạng ion hydrat hóa mà không phải dưới dạng ion tự do. Tuy vậy, để đơn giản khi viết người ta vẫn thường quy ước biểu diễn ion hydroni H3O+ dưới dạng ion đơn giản H+ và cân bằng (4.8) thường vẫn được viết dưới dạng đơn giản: H2O ⇌ H+ + OH- (4.8a) Để biểu diễn hằng số cân bằng cho sự phân ly của nước, ta dùng phương trình (4.9). �� =

(H+)(OH−) (4.9)(H2O) Trong đó, dấu ngoặc đơn là biểu diễn hoạt độ phân tử các chất tan trong dung dịch. Trong dung dịch loãng, nồng độ của nước rất lớn so với chất tan, xấp xỉ bằng 55,6 M nên có thể xem là hằng định. Ví dụ, nếu cho 0,1 mol acid clohydric vào 1 lít nước (1000g: 18g/mol = 55,6 mol H2O), cân bằng (4.8a) chuyển dịch về bên trái và số mol nước không phân ly tăng từ 55,6 đến 55,7; như vậy, nếu nồng độ acid clohydric không quá lớn, nồng độ nước sẽ không biến đổi. Vì vậy phương trình hằng số cân bằng của nước có thể viết: K(H2O) = ��H2O= (H+)(OH-) (4.9a) Trong đó: ��H2O được gọi là tích số ion của nước hay hằng số cân bằng phân ly của nước, được ký hiệu là Kw. Lấy logarit biểu thức (4.9a) và sau khi đổi dấu ta có: pH + pOH = pKw (4.9b) Ở đây, pH = - lg(H+); pOH = - lg(OH-); pKw = - lgKw. Trong nước nguyên chất cũng như trong các dung dịch nước trung tính thì nồng độ ion hydro bằng nồng độ ion hydroxyl. Nếu chấp nhận hệ số hoạt độ bằng đơn vị thì: pH = pOH = 1 p���� (4.9c)

Trong dung dịch acid thì [H+] > [OH-] nên pH < pOH và pH 2 DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL

1 2

p����. Chẳng hạn, ở 250C, Kw = 10-14 nên trong dung dịch nước trung tính thì pH = pOH = 1 p���� = 7. Trong dung dịch acid pH < 7 và trong dung dịch base pH > 7. Ở 250C, tích số ion của nước có giá trị là 1,01.10-14 (để cho tiện, chúng ta thường sử dụng đại lượng gần đúng 1,00.10-14). Sự phụ thuộc hằng số cân bằng của nước vào nhiệt độ được cho ở Bảng 4.2.

Bảng 4.2: Sự phụ thuộc hằng số cân bằng nước (Kw) vào nhiệt độ Nhiệt độ (0C) 0 25 50 100

KW 0,114. 10-14 1,010. 10-14 5,470. 10-14 49,000. 10-14

Ví dụ 4.3:

Tính nồng độ ion hydro và ion hydroxyl trong nước nguyên chất ở 250C và 1000C.

Giải

Vì OH- và H3O+ được tạo thành chỉ là do sự phân ly của nước nên nồng độ của chúng phải bằng nhau: [H3O+] = [OH-]. Thay vào phương trình (4.9) ta có: [H3O+]2 = [OH-]2 = Kw [H3O+] = [OH-] = √���� - Ở 250C: [H3O+]= [OH-] = √1,00x10−14 = 1,00. 10-7 M - Ở 1000C: [H3O+]= [OH-] = √49x10−14 = 7,00. 10-7 M Ví dụ 4.4: Tính nồng độ ion hydro và ion hydroxyl trong dung dịch chứa NaOH 0,200 M trong nước.

Giải

Vì natri hydroxit là chất điện ly mạnh, sự đóng góp của nó vào nồng độ ion hydroxyl là 0,200 M. Sự phân ly của nước cũng tạo thành những ion hydroxyl ở lượng bằng lượng ion hydro. Do đó có thể viết: [OH-] = 0,200 + [H3O+]