tổng hợp các chất lưỡng tính trong hóa học

Trong các bài học về axit bazo, bạn đã được tìm hiểu về các chất lưỡng tính thường gặp trong hóa học. Để hiểu rõ hơn về hidroxit lưỡng tính, oxit lưỡng tính cùng những nội dung liên quan, cùng tham khảo ngay bài viết dưới đây của DINHNGHIA.VN nhé!. 

Lý thuyết về hợp chất lưỡng tính

Khái niệm hợp chất lưỡng tính là gì?

  • Hợp chất lưỡng tính trong hóa học chính là những hợp chất vừa có khả năng nhường, lại vừa có khả năng nhận proton (\(H^{+}\))
  • Hợp chất lưỡng tính vừa có thể tác dụng được với dung dịch axit (như \(HCl, H_{2}SO_{4}\) loãng…), lại vừa tác dụng được với dung dịch bazơ (như \(NaOH, KOH, Ba(OH)_{2}\)…)

Lưu ý: Có một số chất vừa tác dụng được với dung dịch axit, lại vừa tác dụng được với dung dịch bazơ nhưng chưa chắc đã phải chất lưỡng tính như: Al, Zn, Sn, Pb, Be.

Điều kiện là hợp chất lưỡng tính

  • Có phản ứng axit – bazơ với một axit (ví dụ như HCl).
  • Có phản ứng axit – bazơ với một bazơ (ví dụ như NaOH).

Các chất lưỡng tính trong hóa học

Các chất lưỡng tính trong hóa học bao gồm một số hiđroxit, oxit, muối axit của axit yếu, muối của axit yếu và bazơ yếu, amino axit và một số muối của amino axit.

tổng hợp các chất lưỡng tính trong hóa học
Tổng hợp các chất lưỡng tính trong hóa học

Các chất lưỡng tính thường gặp

Hiđroxit lưỡng tính

Ví dụ: \(Al_{2}O_{3}, Zn(OH)_{2}, Cr(OH)_{3}, Sn(OH)_{2}, Pb(OH)_{2}\)

  • Tính axit:

\(A(OH)_{3} + NaOH \rightarrow NaAO_{2} + 2H_{2}O\)

\(B(OH)_{2} + 2NaOH \rightarrow Na_{2}BO_{2} + 2H_{2}O\)

  • Tính bazơ:

\(A(OH)_{3} + 3HCl \rightarrow ACl_{3} + 3H_{2}O\)

\(B(OH)_{2} + 2HCl \rightarrow BCl_{2} + 2H_{2}O\)

Oxit lưỡng tính

Oxit lưỡng tính bao gồm các oxit ứng với các hiđroxit trên: \(Al_{2}O_{3}, ZnO, Cr_{2}O_{3}\)

  • Tác dụng với HCl

\(X_{2}O_{3} + 6HCl \rightarrow 2MCl_{3} + 3H_{2}O\)

\(YO + 2HCl \rightarrow YCl_{2} + H_{2}O\)

  • Tác dụng với NaOH

\(X_{2}O_{3} + NaOH \rightarrow NaXO_{2} + 2H_{2}O\)

\(YO + 2NaOH \rightarrow Na_{2}YO_{2} + H_{2}O\)

Muối axit của axit yếu

Ví dụ: \(NaHCO_{3}, KHS, NaH_{2}PO_{4}, Na_{2}HPO_{4}, KHSO_{3}\),…

  • Tác dụng với HCl

\(HCO_{3}^{-} + H^{+} \rightarrow H_{2}O + CO_{2}\)

\(HSO_{3}^{-} + H^{+} \rightarrow H_{2}O + SO_{2}\)

\(HS^{-} + H^{+} \rightarrow H_{2}S\)

  • Tác dụng với NaOH

\(HCO_{3}^{-} + OH^{-} \rightarrow CO_{3}^{2-} + H_{2}O\)

\(HSO_{3}^{-} + OH^{-} \rightarrow SO_{3}^{2-} + H_{2}O\)

\(HS^{-} + OH^{-} \rightarrow S^{2-} + H_{2}O\)

Muối của axit yếu và bazơ yếu

Ví dụ: \((NH_{4})_{2}CO_{3}, CH_{3}COONH_{4}, CH_{3}COONH_{3}-CH_{3}\)

  • Tác dụng với HCl

\((NH_{4})_{2}RO_{3} + 2HCl \rightarrow 2NH_{4}Cl + H_{2}O + RO_{2}\) (với R là C, S)

\((NH_{4})_{2}S + 2HCl \rightarrow 2NH_{4}Cl + H_{2}S\)

  • Tác dụng với NaOH

\(NH_{4}^{+} + OH^{-} \rightarrow NH_{3} + H_{2}O\)

Lưu ý: Kim loại Al, Zn, Be, Sn, Pb không phải chất lưỡng tính nhưng cũng tác dụng được với cả axit và dung dịch bazơ

\(M + nHCl \rightarrow MCl_{n} + \frac{n}{2}H_{2}\) (M là kim loại Al, Zn, Be, Sn, Pb, n là hóa trị của M)

\(M + (4-n)NaOH + (n-2)H_{2}O\rightarrow Na_{4-n}MO_{2} + \frac{n}{2}H_{2}\)

Các chất khác

Ngoài các chất kể trên amino axit và một số muối của amino axit cũng là chất lưỡng tính.

Amino axit vừa có tính bazơ (do nhóm \(NH_{2}\)), vừa có tính axit (do nhóm COOH)

  • Tác dụng với dung dịch axit

\((NH_{2})_{x}R(COOH)_{y} + xHCl \rightarrow (ClNH_{3})_{x}R(COOH)_{y}\)

  • Tác dụng với dung dịch bazơ

\((NH_{2})_{x}R(COOH)_{y} + yNaOH \rightarrow (NH_{2})_{x}R(COONa)_{y} + yH_{2}O\)

Phương pháp giải bài tập về hợp chất lưỡng tính

Dạng 1: Cho lượng chất tham gia phản ứng, hỏi sản phẩm (bài toán thuận)

Ví dụ: Cho dung dịch muối nhôm (\(Al^{3+}\)) tác dụng với dung dịch kiềm (\(OH^{-}\)). Sản phẩm thu được gồm những chất gì phụ thuộc vào tỉ số \(k = \frac{n_{OH^{-}}}{n_{Al^{3+}}}\)

  • Nếu \(k\leq 3\) thì \(Al^{3+}\) phản ứng vừa đủ hoặc dư khi đó chỉ có phản ứng:

\(Al^{3+} + 3OH^{-} \rightarrow Al(OH)_{3}\) (1) (k = 3 có nghĩa là kết tủa cực đại)

  • Nếu \(k\geq 4\) thì \(OH^{-}\) phản ứng ở (1) dư và hòa tan vừa hết \(Al(OH)_{3}\) theo phản ứng sau:

\(Al(OH)_{3} + OH^{-} \rightarrow Al(OH)_{4}^{-}\)

  • Nếu 3 < k < 4 thì \(OH^{-}\) dư sau phản ứng (1) và hòa tan một phần \(Al(OH)_{3}\) ở (2)

Dạng 2: Cho sản phẩm, hỏi lượng chất đã tham gia phản ứng (bài toán nghịch)

Ví dụ: Cho a mol \(Al(OH)_{3}\) từ từ vào x mol \(Al^{3+}\), sau phản ứng thu được y mol \(Al(OH)_{3}\) (x, y đã cho biết). Hãy tính a?.

Nhận xét:

  • Nếu x = y thì bài toán rất đơn giản, a = 3x = 3y
  • Nếu y < x Khi đó xảy ra một trong hai trường hợp sau:
    • Trường hợp 1: \(Al^{3+}\) dư sau phản ứng (1)

Vậy a = 3y \(\rightarrow\) Trường hợp này số mol \(OH^{-}\) là nhỏ nhất.

    • Trường hợp 2: Xảy ra cả (1) và (2)

Vậy a = 4x – y \(\rightarrow\) Trường hợp này số mol \(OH^{-}\) là lớn nhất.

Chú ý:

  • Muốn giải được như bài toán trên chúng ta cần quy về số mol \(Al^{3+}\) trong \(AlCl_{3}, Al_{2}(SO_{4})_{3}\),… và quy về số mol \(OH^{-}\) trong các dd sau: \(NaOH, KOH, Ba(OH)_{2}, Ca(OH)_{2}\)
  • Cần chú ý đến kết tủa \(BaSO_{4}\) trong phản ứng của \(Al_{2}(SO_{4})_{3}\)với dung dich \(BaOH_{2}\). Tuy cách làm không thay đổi nhưng khối lượng kết tủa thu được gồm cả \(BaSO_{4}\).
  • Trong trường hợp cho \(OH^{-}\) tác dụng với dung dịch chứa cả \(Al^{3+}\) và \(H^{+}\) thì \(OH^{-}\) sẽ phản ứng với \(H^{+}\) trước sau đó mới phản ứng với \(Al^{3+}\).

Chú ý: các dung dịch muối như \(Na[Al(OH)_{4}], Na_{2}[Zn(OH)_{4}]\),… khi tác dụng với khí \(CO_{2}\)dư thì lượng kết tủa không thay đổi vì:

\(Na[Al(OH)_{4}] + CO_{2} \rightarrow Al(OH)_{3} + NaHCO_{3}\)

  • Còn khi tác dụng với HCl hoặc \(H_{2}SO_{4}\) loãng thì lượng kết tủa có thể bị thay đổi tùy thuộc vào lượng axit:

\(HCl + Na[Al(OH)_{4}] \rightarrow Al(OH)_{3} + NaCl + H_{2}O\)

  • Nếu HCl dư: 

\(Al(OH)_{3} + 3HCl \rightarrow AlCl_{3} + 3H_{2}O\)

    • TH1: số mol \(H^{+}\) = số mol kết tủa
    • TH2: HCl dư : \(n_{H^{+}} = 4n_{Al^{3+}} – 3n_{ket\, tua}\)

Bài tập về các chất lưỡng tính thường gặp

Bài 1: Cho m gam Kali vào 250ml dung dịch X chứa \(AlCl_{3}\) aM, sau khi phản ứng kết thúc thu được 5,6 lít khí (ở đktc) và một lượng kết tủa. Tách kết tủa, nung đến khối lượng không đổi thu được 5,1 gam chất rắn. Tìm giá trị của a.

Cách giải: 

Ta có:

m gam K (x mol) + 0,25a mol \(AlCl_{3}\) \(\rightarrow\) 0,25 mol \(H_{2}\) + kết tủa. Nung kết tủa \(\rightarrow\) 0,05 mol \(Al_{2}O_{3}\)

\(2K + 2H_{2}O \rightarrow 2KOH + H_{2}\) (1)

\(3KOH + AlCl_{3} \rightarrow 3KCl + Al(OH)_{3}\) (2)

\(Al(OH)_{3} + KOH \rightarrow KAlO_{2} + 2H_{2}O\) (3)

\(2Al(OH)_{3}\, du \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} Al_{2}O_{3} + 3H_{2}O\) (4)

Theo (1) \(n_{H_{2}} = \frac{1}{2x} = 0,25 \rightarrow n_{K} = 0,5 mol\)

Theo (2) \(n_{KOH} = 3n_{AlCl_{3}} = 3.0,25a = 0,75a\, mol\)

\(n_{Al(OH)_{3}} = 0,25a\, mol\)

Theo (3) \(n_{Al(OH)_{3}} \, du= 0,05.2 = 0,1\, mol\)

\(\rightarrow n_{Al(OH)_{3}} \, pu= 0,25a – 0,1\)

\(\rightarrow n_{KOH} = 0,25a – 0,1\)

\(\rightarrow \sum n_{KOH} = 0,75a + 0,25a – 0,1 = 0,5 \rightarrow a = 0,6\)

Bài 2: Cho hỗn hợp Na, K và Ba tác dụng hết với nước, thu được dung dịch X và 6,72 lít khí \(H_{2}\) (đktc). Nếu cho X tác dụng hết với dd \(Al(NO_{3})_{3}\) thì số gam kết tủa lớn nhất thu được là bao nhiêu?

Cách giải: 

\(Na, K, Ba + H_{2}O \rightarrow 0,3\, mol\, H_{2}\)

Đặt công thức chung của ba kim loại là M ta có:

\(2M + 2nH_{2}O \rightarrow 2M^{n+} + 2nOH^{-} + n_{H_{2}}\)

\(n_{OH^{-}} = 2.0,3 = 0,6\, (mol)\)

\(X + Al(NO_{3})_{3} \rightarrow\) kết tủa lớn nhất

\(3OH^{-} + Al^{3+} \rightarrow Al(OH)_{3}\)

\(n_{Al(OH)_{3}} = \frac{n_{OH^{-}}}{3} = 0,2\, (mol)\)

\(\rightarrow n_{Al(OH)_{3}} = 0,2.78 = 15,6\, (gam)\)

Bài viết trên đây của DINHNGHIA.VN đã cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích về các chất lưỡng tính trong hóa học. Hy vọng bạn đã tìm thấy những bài học có ích trong việc tham khảo về chủ đề các chất lưỡng tính. Chúc bạn luôn học tập tốt!. 

Xem thêm:

Please follow and like us:
error
 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *