Cách nhận biết kim loại lưỡng tính

Câu hỏi: Kể tên các chất có tính chất lưỡng tính?

Lời giải:

Hợp chất lưỡng tính là tên gọi của loại hợp chất vừa có tính axit, vừa có tính bazo. Theo quan niệm mới, axit là chất nhường proton [H+] và bazo là chất nhận proton. Phản ứng axit – bazo là phản ứng hóa học trong đó có sự cho và nhận proton.

Hợp chất thỏa mãn tính chất hai tính chất sau:

Có phản ứng axit – bazo với một axit [ví dụ HCl].

Có phản ứng axit – bazo với một bazo [ví dụ NaOH].

Thì được gọi là hợp chất lưỡng tính

Các loại hợp chất lưỡng tính :

1- Hidroxit lưỡng tính: Al[OH]3, Zn[OH]2, Cr[OH]3, Sn[OH]2, Pb[OH]2

Tính axit:

A[OH]3 + NaOH→ NaAO2 + 2H2O B[OH]2 + 2NaOH→ Na2BO2 + 2H2O

Tính bazo:

A[OH]3 + 3HCl→ ACl3 + 3H2O B[OH]2 + 2HCl→ BCl2 + 2H2O

2 - Oxit lưỡng tính:

Bao gồm các oxit ứng với các hidroxit trên: Al2O3, ZnO, Cr2O3

Tính axit, tính bazo tạo ra các sản phẩm như trên. Chú ý Cr2O3 chỉ tan trong NaOH đặc, nóng.

3 - Muối axit của axit yếu:NaHCO3, KHS, NaH2PO4, Na2HPO4, KHSO3…

4 - Muối của axit yếu và bazo yếu:[NH4]2CO3, CH3COONH4, CH3COONH3-CH3…

5 - Các loại khác:Amino axit, một số muối của amino axit…

Cùng Toploigiai đi tìm hiểu chi tiết về các hợp chất lưỡng tính nhé.

1. Tính lưỡng tính là gì?

Trong hóa học, người ta thường đề cập đến vấn đề tính lưỡng tính của hợp chất như là một trong những vấn đề quan trọng của chương trình phổ thông. Nhiều học sinh cũng gặp khó khăn khi tiếp xúc với khái niệm này. Để giải thích rõ hơn về vấn đề này. PGS.TS Nguyễn Đức Vận đã nêu ra một số lý giải sau.

Tính lưỡng tính là gì?

Lưỡng tính là khả năng của một số chất tùy theo điều kiện mà thể hiện tính chất axit hoặc tính chất bazơ, tạo ra muối khi tác dụng với axit cũng như khi tác dụng với bazơ. Ví dụ:

Al2O3+ 6HCl→ 2AlCl3+ 3H2O

Al2O3+ 2NaOH→ 2NaAlO2+ H2O

Zn[OH]2+ 2HNO3→ Zn[NO3]2+ H2O

Zn[OH]2+ 2KOH → K2ZnO2+ 2H2O

Như vậy, Al2O3, Zn[OH]2,…đều là các chất có tính lưỡng tính.

Nói rằng chất có tính lưỡng tính tác dụng được với axit và bazơ; vậy nói ngược lại, chất tác dụng với axit và bazơ là chất có tính lưỡng tính có đúng không?

Không nên nói ngược lại! Chất có tính lưỡng tính khi tác dụng với axit hoặc bazơ gây ra phản ứng trung hòa; nhưng nhiều loại hợp chất khi tác dụng với axit hoặc bazơ không gây ra phản ứng trung hòa. Đa số các muối tác dụng với axit tạo ra muối và axit hoặc tác dụng với bazơ tạo thành muối và bazơ.

Ví dụ:

CuCl2+ H2SO4→ CuSO4+ 2HCl

CuCl2+ 2NaOH →2NaCl + Cu[OH]2

Như vậy, tùy theo bản chất của phản ứng mà xác định chất có tính lưỡng tính hay không!

Oxi lưỡng tính là gì?

Những oxit kim loại có khả năng tạo muối khi tác dụng với axit [hoặc oxit axit] cũng như khi tác dụng với bazơ [hoặc oxit bazơ] gọi là oxit lưỡng tính.

Thường gặp là các oxit: ZnO, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, SnO, PbO, SnO2, PbO2, MnO2,…

Ví dụ: Al2O3+ 6HCl→ 2AlCl3+ 3H2O

Al2O3+ 6NaOH + 3H2O→ 2Na3[Al[OH]6]

Tính hai mặt này không phải thể hiện như nhau đối với mọi oxit lưỡng tính, tùy theo nguyên tố kết hợp mà thể hiện ở mức độ khác nhau. Ví dụ: ZnO dễ tan trong axit cũng như trong dung dịch kiềm; Fe2O3có tính bazơ trội hơn nên dễ tan trong axit, tính axit chỉ thể hiện khi tác dụng với kiềm ở nhiệt độ cao nhưng với SnO2thể hiện tính axit cao hơn tính bazơ

2. Muối axit của axit yếu

Ví dụ:NaHCO3,KHS,NaH2PO4,Na2HPO4,KHSO3,…

• Tác dụng với HCl

HCO3- + H+→ H2O + CO2

HSO3- + H+→ H2O + SO2

HS− + H+→ H2S

• Tác dụng với NaOH

HCO3-+ OH−→CO32- + H2O

HSO3-+ OH−→SO32- + H2O

HS− + OH−→S2−+ H2O

3. Muối của axit yếu và bazơ yếu

Ví dụ:[NH4]2CO3,CH3COONH4,CH3COONH3−CH3

• Tác dụng với HCl

[NH4]2RO3 + 2HCl → 2NH4Cl + H2O + RO2[với R là C, S]

[NH4]2S + 2HCl → 2NH4Cl + H2S

• Tác dụng với NaOH

NH4+ + OH−→ NH3 + H2O

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→MCln + nH2[M là kim loại Al, Zn, Be, Sn, Pb, n là hóa trị của M]

M+[4−n]NaOH+[n−2]H2O→Na4−nMO2+ nH2

4. 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 nhómNH2], vừa có tính axit [do nhóm COOH]

• Tác dụng với dung dịch axit

[NH2]xR[COOH]y + xHCl→[ClNH3]xR[COOH]y

• Tác dụng với dung dịch bazơ

[NH2]xR[COOH]y + yNaOH→[NH2]xR[COONa]y + yH2O

5. 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 [Al3+] tác dụng với dung dịch kiềm [OH−]. Sản phẩm thu được gồm những chất gì phụ thuộc vào tỉ sốk = nOH−nAl3+

• Nếuk≤3thìAl3+phản ứng vừa đủ hoặc dư khi đó chỉ có phản ứng:

Al3++3OH−→Al[OH]3[1][k = 3 có nghĩa là kết tủa cực đại]

• Nếuk≥4thìOH−phản ứng ở [1] dư và hòa tan vừa hếtAl[OH]3theo phản ứng sau:

Al[OH]3+OH−→Al[OH]4-

• Nếu 3 < k < 4 thìOH−dư sau phản ứng [1] và hòa tan một phầnAl[OH]3ở [2]

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

Ví dụ:Cho a molAl[OH]3từ từ vào x molAl3+, sau phản ứng thu được y molAl[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:Al3+dư sau phản ứng [1]

Vậy a = 3y→Trường hợp này số molOH−là nhỏ nhất.

- Trường hợp 2: Xảy ra cả [1] và [2]

Vậy a = 4x – y→Trường hợp này số molOH−là lớn nhất.

Chú ý:

• Muốn giải được như bài toán trên chúng ta cần quy về số molAl3+trongAlCl3,Al2[SO4]3,… và quy về số molOH−trong các dd sau:NaOH,KOH,Ba[OH]2,Ca[OH]2
• Cần chú ý đến kết tủaBaSO4trong phản ứng củaAl2[SO4]3với dung dichBaOH2. Tuy cách làm không thay đổi nhưng khối lượng kết tủa thu được gồm cảBaSO4.
• Trong trường hợp choOH−tác dụng với dung dịch chứa cảAl3+vàH+thìOH−sẽ phản ứng vớiH+trước sau đó mới phản ứng vớiAl3+.

Chú ý:các dung dịch muối nhưNa[Al[OH]4],Na2[Zn[OH]4],… khi tác dụng với khíCO2 dư thì lượng kết tủa không thay đổi vì:

Na[Al[OH]4]+CO2→Al[OH]3+NaHCO3

• Còn khi tác dụng với HCl hoặcH2SO4loãng thì lượng kết tủa có thể bị thay đổi tùy thuộc vào lượng axit:

HCl+Na[Al[OH]4]→Al[OH]3+NaCl+H2O

• Nếu HCl dư:

Al[OH]3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

• TH1: số molH+= số mol kết tủa
• TH2: HCl dư :nH+ = 4nAl3+– 3nkettua