Phản ứng trao đổi ion là gì?

Câu hỏi: Phản ứng trao đổi ion là gì?

Trả lời: 

- Phản ứng trao đổi ion 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 và do đó 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.

- Hay nói một cách đơn giản thì phản ứng ion là phản ứng xảy ra trong dung dịch các chất điện li.

Cùng Top lời giải tìm hiểu về phản ứng này nhé!

1. Bản chất của phản ứng trao đổi ion

- Phản ứng trao đổi ion 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 và do đó 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.

- Hay nói một cách đơn giản thì phản ứng ion là phản ứng xảy ra trong dung dịch các chất điện li.

- Bản chất của phản ứng xảy ra trong dung dịch các chất điện li là phản ứng giữa các ion.

- Các loại phản ứng trao đổi ion (nếu có)

Muối + Axit => Muối mới + Axit mới 

Muối + Bazơ => Muối mới + Bazơ mới 

Muối + Muối => Muối mới + Muối mới 

Axit_{(dung dịch)} + Bazơ_{(dung dịch)} => Muối_{( dung dịch)} + H₂O_{(chất điện li yếu)}

Hidroxit_{(không tan)} + Axit_{(dung dịch)} => Muối_{(dung dịch)} + H₂O_{(chất điện li yếu)}

2. Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi 

- Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li là trong sản phẩm phản ứng phải có ít nhất một trong các điều kiện tạo thành: 

+ Chất kết tủa.

+ Chất điện li yếu.

+ Chất khí.

VD: Trường hợp tạo kết tủa:

- Thí nghiệm:

Na₂SO₄ + BaCl₂ ⟶ BaSO₄↓ + 2NaCl (1)

- Giải thích: Na₂SO₄  và BaCl2 đều dễ tan và phân li mạnh trong nước:

BaCl₂ ⟶ Ba²⁺ + 2Cl⁻

Na₂SO₄ ⟶ 2Na⁺ + SO₄²⁻

Trong số bốn ion được phân li ra chỉ có các ion Ba²⁺ và SO₄²⁻ kết hợp được với nhau tạo thành chất kết tủa là BaSO₄ (hình trên), nên thực chất phản ứng trong dung dịch là:

Ba²⁺ + SO₄²⁻ ⟶ BaSO₄↓ (2)

Phương trình (2) được gọi là phương trình ion rút gọn của phản ứng (1).

Phương trình ion rút gọn cho biết bản chất của phản ứng trong dung dịch các chất điện li.

VD: Trường hợp tạo chất khí:

Thí nghiệm:

Phương trình ion rút gọn:  

2H⁺ + CO₃²⁻ ⟶ CO₂ + H₂O

Phản ứng giữa muối cacbonat và dung dịch axit rất dễ xảy ra vì vừa tạo thành chất điện li rất yếu là H₂O, vừa tạo ra chất khí CO₂ tách khỏi môi trường phản ứng. Chẳng hạn, các muối cacbonat ít tan trong nước nhưng tan dễ dàng trong các dung dịch axit. Đá vôi (CaCO₃) tan rất dễ trong dung dịch HCl:

CaCO₃ (r) + 2H⁺ ⟶ Ca²⁺ + CO₂ + H₂O

VD: Trường hợp tạo chất điện li yếu:

*Phản ứng tạo thành nước

- Thí nghiệm:  

Phản ứng như sau:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

- Giải thích: NaOH và HCl đều dễ tan và phân li mạnh trong nước:

NaOH ⟶ Na⁺ + OH⁻

HCl ⟶ H⁺ + Cl⁻

- Các ion OH⁻ trong dung dịch làm cho phenolphtalein chuyển sang màu hồng. Khi cho dung dịch HCl vào, các ion H⁺ của HCl sẽ phản ứng với các ion OH⁻ của NaOH tạo thành chất điện li rất yếu là H₂O. Phương trình ion rút gọn:

H⁺ + OH⁻ ⟶ H₂O

- Khi màu của dung dịch trong cốc mất, đó là lúc các ion H⁺ của HCl đã phản ứng hết với các ion OH⁻ của NaOH.

- Phản ứng giữa dung dịch axit và hiđroxit có tính bazơ rất dễ xảy ra vì tạo thành chất điện li rất yếu là H₂O.  Mg(OH)₂ ít tan trong nước, nhưng dễ dàng tan trong dung dịch axit mạnh:

Mg(OH)₂ (r) + 2H⁺ ⟶ Mg²⁺ + 2H₂O

*Phản ứng tạo thành axit yếu

- Thí nghiệm: Nhỏ dung dịch HCl vào ống nghiệm đựng dung dịch CH₃COONa , axit yếu CH₃COOH sẽ tạo thành:

HCl + CH₃COONa ⟶ CH₃COOH + NaCl

- Giải thích: HCl và CH₃COONa là các chất dễ tan và phân li mạnh:

HCl ⟶ H⁺ + Cl⁻

CH₃COONa ⟶ Na⁺ + CH₃COO⁻

Trong dung dịch, các ion H⁺ sẽ kết hợp với các ion CH₃COO⁻ tạo thành chất điện li yếu là CH₃COOH (mùi giấm). Phương trình ion rút gọn:

H⁺ + CH₃COO⁻ ⟶ CH₃COOH

3. Các hình thức biểu diễn phản ứng trao đổi ion.

- Phương trình phân tử :

Na₂CO₃ + BaCl₂ → BaCO₃ + 2NaCl

- Phương trình ion:

(Các chất điện li mạnh viết dạng ion, các chất điện li yếu, kết tủa viết dạng phân tử) :

2Na⁺ + CO₃²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻ → BaCO₃ + 2Na⁺ + 2Cl⁻

- Phương trình ion thu gọn (bỏ các ion giống nhau ở hai vế):

Ba²⁺ +  CO₃²⁻ → BaCO₃↓

4. Giải bài tập SGK

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?

Đáp án:

– 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

Bài 2 (trang 20 SGK Hóa 11): 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?

Đáp án:

– 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 xảy ra được.

Bài 3 (trang 20 SGK Hóa 11): Lấy một số thí dụ chứng minh: bản chất của phản ứng trong dung dich điện li là phản ứng giữa các ion?

Đáp án:

Thí 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.

Thí 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.

Bài 4 (trang 20 SGK Hóa 11): 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.

Đáp án 

C. Vì chỉ rõ các ion nào đã tác dụng với nhau làm cho phản ứng xảy ra.

Bài 5 (trang 20 SGK Hóa 11): 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

Đáp án:

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^–

Bài 6 (trang 20 SGK Hóa 11): 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)₃3 + Fe

D. Fe(NO₃)₃ + KOH

Đáp án:

D. Fe(NO₃)₃ + KOH

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

Bài 7 (trang 20 SGK Hóa 11): Lấy thí dụ và viết các phương trình hoá học dưới dạng phân tử và ion rút gọn cho phản ứng sau:

a. Tạo thành chất kết tủa

b. Tạo thành chất điện li yếu

c. Tạo thành chất khí

Đáp án:

a. Tạo thành chất kết tủa:

1. AgNO₃ + HCl → AgCl + HNO₃

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl

2. K₂SO₄ + Ba(OH)₂ → 2KOH + BaSO₄

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄

3. Na₂CO₃ + MgCl2 → 2NaCl + MgCO3

Mg²⁺ + CO₃²⁻ → MgCO₃

b. Tạo thành chất điện li yếu:

1. 2CH₃COONa + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + Na₂SO₄

CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH

2. NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O

H+ + OH^– → H₂O

3. NaF + HCl NaCl + HF

H⁺ + F^– → HF

c. Tạo thành chất khí:

1. FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S

FeS + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂S

2. K₂SO₃ + 2HCl → 2KCl + H₂O + SO₂

2H⁺ + SO₃²⁻ → H₂O + SO₂

3. NaOH + NH₄Cl → NaCl + NH₃ + H₂O

NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O