Phản ứng trao đổi ion: Điều kiện xảy ra phản ứng và viết phương trình ion rút gọn

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li là gì?

Phản ứng trao đổi ion là phản ứng xảy ra khi các chất tham gia phản ứng trao đổi ion với nhau. Cụ thể hơn, đây là một phản ứng hóa học thuận nghịch, trong đó một ion có nguyên tử hoặc phân tử bị mất hoặc nhận được điện tử bởi vậy nhận được điện tích từ dung dịch nước được trao đổi cho một ion mang điện tích tương tự gắn với một điện tích dương.

Phân loại các dạng phản ứng trao đổi ion

Người ta chia thành các loại phản ứng trao đổi ion (nếu có) như sau: 

• Muối + axit →  Muối mới + axit mới

• Muối + Bazơ → Muối mới + Bazơ mới

• Muối + muối → Muối mới + muối mới

• Hidroxit (không tan) + dung dịch axit → Dung dịch muối + H2O (chất điện li yếu)

• Dung dịch axit + dung dịch bazo → Dung dịch muối + H2O (chất điện li yếu)

3 điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong các chất điện li

Đâu là điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong các chất điện li? Theo định luật Bertholet, phản ứng trao đổi ion xảy ra khi các ion kết hợp với nhau và tạo thành ít nhất 1 trong số các chất dưới đây:

• Chất kết tủa

• Chất điện li yếu

• Chất khí

Phản ứng tạo thành chất kết tủa

Để tìm hiểu điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li, người ta làm thí nghiệm sau: Nhỏ Na2SO4 vào ống nghiệm đựng BaCl2. Quan sát thấy hiện tượng xuất hiện kết tủa trắng của BaSO4.

Phương trình phản ứng: Na2SO4 + BaCl2 → BaSO4 (kết tủa) + 2NaCl

Nguyên nhân của hiện tượng này là cả Na2SO4 và BaCL2 đều dễ tan và phân li mạnh trong nước:

Na2SO4 → 2Na+ + SO4(2-)

BaCl2 → Ba(2+) + 2Cl-

Trong số các ion được phân li, chỉ có Ba(2+) và SO4(2-) kết hợp được với nhau và tạo ra chất kết tủa BaSO4, nên bản chất của phản ứng trao đổi ion sẽ là: 

Ba(2+) + SO4(2-) → BaSO4 (kết tủa). 

Đây còn được gọi là phương trình ion rút gọn. Phương trình này thể hiện bản chất của các phản ứng trong dung dịch các chất điện li.

Cách viết phương trình ion rút gọn như sau: 

• Chuyển các chất dễ tan, điện li mạnh thành ion

• Các chất khí, chất kết tủa và điện li yếu giữ nguyên dưới dạng phân tử.

Ví dụ: 

Phương trình ion đầy đủ:

2Na+ + SO4(2-) + Ba(2+) + 2Cl- → BaSO4(kết tủa) + 2Na+ + 2Cl-

Phương trình rút gọn:

Ba(2+) + SO4(2-) → BaSO4(kết tủa)

Từ phương trình này ta có thể kết luận, muốn điều chế BaSO4 kết tủa, cần trộn hai dung dịch: dung dịch chứa ion Ba(2+) và dung dịch chứa ion SO4(2-).

Phản ứng tạo thành chất điện li yếu

Một trong những điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong các chất điện li đó là phản ứng tạo thành chất điện li yếu, bao gồm: Phản ứng tạo thành nước và phản ứng tạo thành axit yếu. 

Phản ứng tạo thành nước

Người ta tiến hành thí nghiệm, nhỏ vài giọt dung dịch phenolphtalein vào cốc đựng dung dịch NaOH 0,10M. Lúc này dung dịch có màu hồng. Sau đó, rót từ từ dung dịch HCL 0,10M vào cốc, vừa rót vừa khuấy theo phương trình: HCl + NaOH → NaCl + H2O. Quan sát thấy hiện tượng dung dịch mất màu. 

Nguyên nhân của hiện tượng này là do NaOH và HCl đều dễ tan, phân li mạnh trong nước.

NaOH → Na+ + OH-

HCl → H+ + Cl-

Các ion OH- trong dung dịch làm phenolphtalein chuyển hồng. Các ion H+ phản ứng hết với ion OH- tạo thành H2O - một chất điện li rất yếu.

Phương trình rút gọn: H+ + OH- → H2O

Phản ứng tạo thành axit yếu

Trong trường hợp này, thí nghiệm được đưa ra như sau: Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm chứa CH3COONa, axit yếu CH3COOH sẽ tạo thành:

HCl + CH3COONa → CH3COOH + NaCl

Giải thích điều này, cả HCl và CH3COONa đều là các chất dễ tan và phân li mạnh. 

HCl → H+ + Cl-

CH3COONa → Na+ CH3COO-

Các ion H+ kết hợp với ion CH3COO- tạo thành CH3COOH - một chất điện li yếu. 

Phương trình rút gọn: H+ + CH3COO- → CH3COOH

Phản ứng tạo thành chất khí

Phản ứng tạo thành chất khí là một trong những điều kiện cơ bản để phản ứng trao đổi ion trong các chất điện li được tạo ra. 

Để chứng minh điều này, ta tiến hành thí nghiệm: Rót dung dịch HCl vào cốc chứa Na2CO3. Hiện tượng được quan sát thấy là bọt khí thoát ra với phương trình: 

2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 ↑ + H2O

Nguyên nhân của hiện tượng này là do HCl và Na2CO3 đều dễ tan và phân li mạnh trong nước:

HCL → H+ + Cl-

Na2CO3 → 2Na+ + CO3(2-)

Ion H+ VÀ CO3(2-) kết hợp với nhau tạo thành H2CO3 - một axit yếu không bền, phân hủy ra CO2 và H2O.

H+ + 2CO3(2-) → HCO3-

H+ + HCO3- → H2CO3

H2CO3 → CO2 ↑+ H2O

Ta có phương trình ion rút gọn: 

2H+ + CO3(2-) → CO2 (↑) + H2O

Phản ứng giữa dung dịch axit và muối cacbonat rất dễ xảy ra vì vừa tạo thành chất điện li yếu (H2O), vừa tạo ra khí CO2 tách khỏi phản ứng. 

Chẳng hạn, các muối cacbonat ít tan trong nước nhưng lại dễ dàng tan trong các dung dịch axit.

Ví dụ, đá vôi CaCO3 rất dễ tan trong HCl:

CaCO3 (r) + 2H+ →Ca(2+) + CO2 (↑) + H2O

Xem thêm: Sự điện li là gì? Lý thuyết và giải bài tập chi tiết

Bài tập về phản ứng trao đổi ion SGK Hóa học 11 kèm lời giải chi tiết

Để nắm chắc kiến thức về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li, chúng ta cùng tham khảo một số dạng bài tập cơ bản trong SGK Hóa học 11 kèm lời giải ngắn gọn và chi tiết dưới đây. 

Giải bài 1 trang 20 SGK Hóa 11

Điều kiện để xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li là gì? Lấy các ví dụ minh hoạ?

Lời giải:

Theo định luật Bertholet, phản ứng này chỉ xảy ra khi các ion kết hợp với nhau và tạo thành ít nhất 1 trong số các chất: Chất kết tủa, chất điện li yếu và chất khí. 

Ví dụ: 

Sau phản ứng tạo thành chất kết tủa

Na2CO3 + CaCl2 → 2NaCl + CaCO3 ↓

2Na+ + CO3- + Ca2+ + 2Cl- → 2Na+ + 2Cl- + CaCO3 ↓

Ca2+ + CO3- → CaCO3 ↓

Sau phản ứng tạo thành chất dễ bay hơi

Na2S + 2HCl → 2NaCl + H2S ↑

2Na+ + S2- + 2H+ + 2Cl- → 2Na+ + 2Cl- + H2S ↑

2H+ + S2- → H2S ↑

Sau phản ứng tạo thành chất điện li yếu

2CH3COONa +H2SO4 → 2CH3COOH + Na2SO4

2CH3COO- + 2Na+ + 2H+ + SO42- → 2CH3COOH +2Na+ + SO42-

CH3COO- + H+ → CH3COOH

Giải bài 2 SGK Hóa 11 trang 20

Tại sao các phản ứng giữa dung dịch axit và hiđroxit có tính bazơ và phản ứng với muối cacbonat và dung dịch axit rất dễ xảy ra?

Lời giải:

Sản phẩm của phản ứng giữa dung dịch axit và hiđroxit bazơ là muối và nước (H2O), mà nước là chất điện li yếu.

Ví dụ: Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O

Sản phẩm của phản ứng giữa muối cacbonat và dung dịch axit là muối mới, và axit cacbonic (H2CO3) rất yếu, dễ dàng bị phân huỷ thành nước (H2O và khí cacbonic (CO2) Vậy sản phẩm cuối cùng sau phản ứng có chất dễ bay hơi (CO2) và chất điện li yếu (H2O).

Ví dụ: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O

Theo điều kiện của phản ứng trao đổi thì phản ứng trên có thể xảy ra.

Giải bài 3 SGK trang 20 Hóa 11

Lấy một số thí dụ chứng minh: bản chất của phản ứng trong dung dịch điện li là phản ứng giữa các ion?

Lời giải:

Ví dụ 1: AgNO3 + NaCl → AgCl ↓ + NaNO3

AgNO3, NaCl, NaNO3 là những chất điện li mạnh trong dung dịch, chúng phân li thành các ion. Ta có phương trình ion:

Ag+ + NO3- + Na+ + Cl- → AgCl ↓ + NO3- + Na+

Vậy thực chất trong dung dịch chỉ có phản ứng của:

Ag+ + Cl- → AgCl ↓

Còn các ion NO3- và Na+ vẫn tồn tại trong dung dịch trước và sau phản ứng.

Ví dụ 2: Na2SO3 + 2HCl → 2 NaCl + H2O + SO2 ↑

Na2SO3, HCl, và NaCl là những chất điện li mạnh trong dung dịch, chúng phân li thành các ion. Ta có phương trình ion:

2Na+ + SO32- + 2H+ + 2Cl- → 2Na+ + 2Cl- + H2O + SO2 ↑

2H+ + SO32- → H2O + SO2 ↑

Vậy thực chất trong dung dịch chỉ có phản ứng của 2H+ và SO32-. Còn các ion Na+ và Cl- vẫn tồn tại trong dung dịch trước và sau phản ứng. Thực chất các phản ứng trong dung dịch điện li là phản ứng giữa các ion vì các chất điện li đã phân li thành các ion.

Giải bài 4 trang 20 Hóa 11 SGK

Phương trình ion rút gọn của phản ứng cho biết:

A. Những ion nào tồn tại trong dung dịch.

B. Nồng độ những ion nào trong dung dịch là lớn nhất.

C. Bản chất của phản ứng trong dung dịch các chất điện li.

D. Không tồn tại phân tử trong dung dịch các chất điện li.

Lời giải: Đáp án C. Vì đáp án này chỉ rõ ion nào đã tác dụng với nhau, làm cho phản ứng xảy ra.

Giải bài 5 Hóa 11 SGK trang 20

Viết phương trình phân tử và phương trình ion rút gọn của các phản ứng (nếu có) xảy ra trong dung dịch giữa các cặp chất sau:

a. Fe2(SO4)3 + NaOH

b. NH4Cl + AgNO3

c. NaF + HCl

d. MgCl2 + KNO3

e. FeS (r) + 2HCl

g. HClO + KOH

Lời giải:

a. Fe2(SO4)3 + 6NaOH → 3 Na2SO4 + 2Fe(OH)3 ↓

 Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 ↓

b. NH4Cl + AgNO3 → NH4NO3 + AgCl ↓

Ag+ + Cl- → AgCl ↓

c. NaF + HCl → NaCl + HF

 H+ + F+ → HF

d. MgCl2 + KNO3 → Không có phản ứng

e. FeS (r) +2HCl → FeCl2 + H2S ↑

FeS (r) + 2H+ → Fe2+ + H2S ↑

g. HClO +KOH → KClO + H2O

HClO + OH- → H2O + ClO-

Giải bài 6 Hóa lớp 11 SGK trang 20

Phản ứng nào dưới đây xảy ra trong dung dịch tạo kết tủa Fe(OH)3?

A. FeSO4 + KMnO4 + H2SO4

B. Fe2(SO4)3 + KI

C. Fe(NO3)3 + Fe

D. Fe(NO3)3 + KOH

Lời giải: Đáp án D.

Vì : Fe(NO3)3 + 3KOH → Fe(OH)3↓ + 3KNO3

Hi vọng qua những kiến thức này, bạn đọc đã hiểu rõ phản ứng trao đổi ion là gì, đâu là điều kiện xảy ra phản ứng và viết phương trình ion rút gọn một cách thành thạo. Đừng quên truy cập Monkey mỗi ngày để không bỏ lỡ nhiều bài học thú vị khác về môn Hóa học nhé! Chúc bạn học tập tốt.