Phản ứng trung hòa được coi như là một trong những phản ứng phổ biến nhất mà các bạn học sinh thường xuyên gặp phải trong hóa học, có ý nghĩa thực tiễn vô cùng to lớn trong cuộc sống hàng ngày của mỗi chúng ta. Đây cũng là kiến thức trọng tâm, quan trọng bậc nhất của chương trình hóa học Trung học cơ sở. Do vậy thông qua bài viết dưới đây, Luật Dương Gia sẽ cùng quý bạn đọc nói chung và các em học sinh tìm hiểu chi tiết hơn về chủ đề này.
Mục lục bài viết
1. Định nghĩa của phản ứng trung hòa:
Phản ứng trung hòa được định nghĩa là một loại phản ứng giữa axit và bazo để sao cho axit và bazo miễn rằng sau khi phản ứng diễn ra xong, dung dịch thu được (bao gồm nước và muối) hoàn toàn không còn số mol axit tương đương số mol của axit và số mol bazo của phản ứng.
Trong thực tiễn, phản ứng trung hòa là loại phản ứng mà không chỉ xảy ra giữa các axit và bazơ, mà nó hoàn toàn có thể xảy ra giữa các hợp chất có tính axit và tính bazơ (ví dụ như muối hay oxit của chúng).
Để các bạn có thể hiểu rõ hơn về loại phản ứng này, chúng ta có thể đưa ra 6 loại phản ứng trung hòa phổ biến thông thường được các nhà khoa học biểu diễn dưới các dạng phương trình phản ứng tổng quát sau đây:
Axit + Bazơ -> Muối + H2O
Phương trình phản ứng rút gọn được đưa ra : H+ + OH – -> H2O
Ví dụ minh họa cho loại phản ứng này: 2NaOH + H2SO4-> Na2SO4 + H2O
Axit + oxit bazơ -> Muối + H2O
Phương trình phản ứng rút gọn: H+ + M2On ->M^n+ + H2O
Ví dụ minh họa cho loại phản ứng này: FeO + 2HCl -> H2O + FeCL2
Axit + Muối -> Muối mới + Axit yếu
Ví dụ minh họa cho loại phản ứng này: 2HCl + CaCO3 -> CaCl2 + CO2 + H2O
Phương trình phản ứng rút gọn: 2H+ + CaCO3 -> Ca2+ + CO2 + H2O
Lưu ý quan trọng cho các bạn: Nếu phản ứng chỉ tạo thành muối kết tủa thì phản ứng đó không phải là phản ứng trung hòa, mà phản ứng đó chỉ được xem như là phản ứng trao đổi.
Bazơ + Oxit axit -> Muối + H2O
Ví dụ: 2KOH + SO2 -> K2SO4 + H2O
2OH- + SO2 -> SO3 2- + H2O
Bazơ + Muối -> Muối mới + Bazơ mới yếu hơn
Ví dụ minh họa cho loại phản ứng này: KOH + NH4NO3 -> KNO3 + NH3 + H2O
OH- + NH4+ -> NH3 (khí) + H2O
Lưu ý: Cũng tương tự như phản ứng xảy ra của axit + muối, nếu loại phản ứng này chỉ tạo ra thanh kết tủa mà không có bazơ mới yếu hơn không
Muối có tính axit + Muối có tính bazơ (+ H2O) -> Muối mới + axit yếu + bazơ yếu
Ví dụ: NH4Cl + NaAlO2 + H2O -> Al(OH)3 (kết tủa) + NH3 (khí) + NaCl
2NaHSO4 + Na2CO3 -> 2Na2SO4 + CO2 (khí) + H2O
2. Điều kiện để có thể xảy ra phản ứng trung hòa:
Phản ứng trao đổi cũng đồng thời được coi là một loại phản ứng trao đổi nên điều kiện, vì vậy mà điều kiện để có thể phát sinh phản ứng trung hòa cũng chính là điều kiện để có thể xảy ra phản ứng trao đổi.
Phản ứng trao đổi trong dung dịch của các chất chỉ được xảy ra nếu sản phẩm tạo thành có chất không tan hoặc chất khí hoặc nước
Phản ứng trao đổi trong dung dịch các chất chỉ phát sinh, xảy ra nếu sản phẩm sinh ra có chất không tan, chất khí hoặc có thể là nước
Trong phản ứng trung hòa, sản phẩm được tạo ra từ phản ứng này luôn luôn có nước, do đó thỏa mãn là một phản ứng trao đổi
3. Đặc trưng của phản ứng trung hòa:
Nếu chúng ta cho số mol axit và bazơ vừa đủ lượng để có thể phát sinh ra phản ứng trung hòa, dung dịch được tạo thành là muối và nước không còn tính chất axit hay bazơ, nên phản ứng trung hòa không mang các tính chất hóa học của axit hay bazơ. Do vậy mà cách nhận biết nhanh nhất để xem rằng liệu phản ứng trung hòa đã xảy ra hết và hoàn thành chưa chính là dùng quỳ tím.
Nếu phản ứng đã vừa đủ lượng, quỳ tím sẽ không đổi màu.
Nếu một trong hai chất axit hoặc bazơ vẫn còn dư một lượng nhất định, quỳ tím sẽ dần dần đổi sang màu đỏ hoặc xanh tương ứng.
4. Nguyên lý của phản ứng trung hòa:
Đầu tiên và cũng là quan trọng nhất, chúng ta phải nhấn mạnh rằng nếu một phản ứng trung hòa được bắt đầu với lượng axit và bazơ bằng nhau (tính bằng mol), và ngay khi phản ứng kết thúc, chỉ thu được một muối; nghĩa là, không có lượng axit hoặc bazơ còn lại.
Ngoài ra, một tính chất rất quan trọng cần phải lưu ý của các phản ứng axit-bazơ là pH bởi nó cho biết mức độ axit hoặc bazơ của dung dịch. Điều này được xác định bởi số lượng ion H+ tìm thấy trong các giải pháp đo.
Mặt khác, có một số định nghĩa về tính axit và tính cơ bản tùy thuộc vào các tham số được xem xét. Một khái niệm nổi bật là của Bronsted và Lowry, coi axit là một loài có khả năng hiến proton (H+) và một cơ sở là loài có khả năng chấp nhận chúng.
5. Cách thức phân loại phản ứng trung hòa:
Axit mạnh và bazơ yếu:
HNO3 + NH3 -> NH4NO3
Trong phản ứng này, nước được sản xuất cùng với muối không sinh ra, vì chúng bị triệt tiêu theo trình tự:
- Khi hòa tan khí NH3 vào nước xảy ra phản ứng: NH3 + H2O -> NH4OH là một bazơ yếu nên rất dễ bị phân hủy.
- NH4OH sinh ra ngay tức khắc tác dụng với HNO3 theo phản ứng: NH4OH + HNO3 -> NH4NO3 + H2O
Tổng hợp 2 phương trình phản ứng trên, ta có thể rút ra được phản ứng tổng quát:
NH3 + H2O + HNO3 -> NH4NO3 + H2O
Do nước xuất hiện ở cả hai bên của phản ứng nên ta lược bỏ đi, và được phương trình phản ứng như phần trên.
Vì vậy nước có thể được coi như là một sản phẩm của phản ứng nhưng không được biểu diễn trong phương trình.
Axit yếu và bazơ yếu
Cuối cùng và như đã nêu ở phần trên, một bazơ yếu không thể nào trung hòa được axit yếu do cả hai đều đồng thời bị thủy phân trong dung dịch nước và độ pH của dung dịch sẽ phụ thuộc và độ bền của axit và bazơ.
Axit yếu và bazơ mạnh
CH3COOH + NaOH -> CH2COONa + H2O
Vì axit axetic được coi là một chất điện ly yếu, loại chất này phân ly một phần tạo thành chất natri axetat và một phần nước. Dung dịch sau khi tạo thành sẽ có độ pH của muối trung hòa, thường xấp xỉ rơi vào khoảng pH = 7 và sẽ không làm đổi màu quỳ tím.
Axit mạnh + bazơ mạnh
Phản ứng cho axit sunfuric và Kali hydroxit tác dụng với nhau trong môi trường nước. Khi đó phản ứng thu được là:
H2SO4 + 2KOH -> K2SO4 + 2H2O
Chúng ta có thể thấy cả axit và bazơ trong phản ứng này đều được coi là chất điện ly mạnh do đó bị ion hóa hoàn toàn trong dung dịch. Do vậy nên Độ pH của dung dịch này sẽ phục thuộc vào chất điện ly mạnh chiếm tỷ lệ lớn hơn.
6. Một số ví dụ tiêu biểu về phản ứng trung hòa
Ví dụ đặc trưng nhất, tiêu biểu nhất
về sự trung hòa là phản ứng giữa axit và bazơ để tạo ra muối và nước: axit + bazơ → muối + nước
HCl+ NaOH→ NaCl+ H2O
Mũi tên phải chỉ ra phản ứng hoàn thành để tạo thành sản phẩm. Trong khi ví dụ cổ điển là hợp lệ, một biểu thức tổng quát hơn dựa trên lý thuyết axit-bazơ của Bronsted-Lowry là: AH+ B→ A+ BH
Một số ví dụ thường gặp về phản ứng trung hòa:
Ca(OH)2+H2SO4→ CaSO4+ 2H2O
6HCl+ CO2→ CaCO3+ H2O
Cu(OH)2+H2SO4→ CuSO4+ 2H2O
HCl+ KOH→ KCl+ H2O
Ca(HCO3)2+ H2SO4→ 2H2O+ 2CO2+ CaSO4
7. Phương pháp giải tổng quát cho những bài tập về phản ứng trung hòa
Bước 1: Viết các PTHH xảy ra.
Bước 2: Đặt ẩn số nếu bài toán là hỗn hợp.
Bước 3: Lập phương trình toán học
Bước 4: Giải phương trình toán học, tìm ẩn.
Bước 5: Tính toán theo yêu cầu của bài.
Lưu ý:
Khi gặp dung dịch hỗn hợp các axit tác dụng với hỗn hợp các bazơ thì dùng phương pháp đặt công thức tương đương cho axit và bazơ.
Đặt thể tích dung dịch cần tìm là V (lít)
Tìm V cần nhớ: nHX= nMOH
Ví dụ về cách thức giải cụ thể một bài tập minh họa:
Một dung dịch A chứa HCl và H2SO4 theo tỉ lệ số mol 3:1, biết 100ml dung dịch A được trung hoà bởi 50ml dung dịch NaOH có chứa 20g NaOH/lit.
- Tính nồng độ mol của mỗi axit trong A.
- 200ml dung dịch A phản ứng vừa đủ với bao nhiêu ml dung dịch bazơ B chứa NaOH 0,2M và Ba(OH)2 0,1M.
- Tính tổng khối lượng muối thu được sau phản ứng giữa 2 dung dịch A và B.
Cách giải
Theo bài ra ta có: nHCl/ nH2SO4=1/ 3
Đặt x là số mol của H2SO4, thì 3x là số mol của HCl
Số mol NaOH có trong 1 lít dung dịch là: nNaOH=20/ 40=0,5
Nồng độ mol/lit của dung dịch NaOH là: CM(NaOH)=0,5/ 1=0,5M
Số mol NaOH đã dung trong phản ứng trung hoà là: nNaOH=0,05.0,5=0,025mol
Từ PTHH (1) và (2) ta có : 3x + 2x = 0,025
⇔ 5x = 0,025
⇔ x = 0,005
Vậy: nH2SO4=x= 0,005 mol
nHCl= 3x= 3.0,005=0,015 mol
Nồng độ của các chất có dung dịch A là:
CM(H2SO4)= 0,005/ 0,1= 0,05 M
CM(HCl)= 0,015/ 0,1= 0,15 M
Như vậy, Luật Dương Gia đã tổng hợp những kiến thức cô dọng nhưng vô cùng hữu ích về chủ đề phản ứng trung hòa trong bài viết trên đây. Hy vọng các bạn học sinh đã tìm thấy cho mình những thông tin cần thiết về chủ đề phản ứng trung hòa. Chúc bạn luôn có những buổi học tốt
