Trả lời nhanh
Cả ba axit HCl, HNO₃ và H₂SO₄ đều là axit mạnh: trong nước loãng chúng phân li (gần như) hoàn toàn. Nếu xếp theo độ mạnh dựa vào pKa ở nấc phân li thứ nhất, thứ tự giảm dần là HCl (pKa ≈ −6,3) > H₂SO₄ (≈ −3) > HNO₃ (≈ −1,4). Chênh lệch này không thể hiện rõ trong dung dịch nước loãng, nên bài tập phổ thông thường coi ba axit đều mạnh.
Hiểu đúng câu hỏi “axit nào mạnh hơn”
Chữ “mạnh” trong hoá học có thể mang nhiều nghĩa, nên em xác định đề đang hỏi điều gì:
- Độ mạnh axit: khả năng nhường proton H⁺, đo bằng hằng số phân li Ka hay pKa = −lgKa. pKa càng nhỏ, axit càng mạnh.
- Nồng độ H⁺ trong dung dịch: phụ thuộc cả số nấc phân li và nồng độ axit.
- Tính oxi hoá: khả năng nhận electron, khác hoàn toàn với tính axit.
So sánh độ mạnh theo pKa
| Axit | Phân li | pKa (nấc 1, gần đúng) | Tính oxi hoá |
|---|---|---|---|
| HCl | HCl → H⁺ + Cl⁻ | ≈ −6,3 | Không (chỉ H⁺ thể hiện) |
| H₂SO₄ | H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻ (nấc 1); HSO₄⁻ ⇌ H⁺ + SO₄²⁻ (nấc 2) | ≈ −3 (nấc 2: ≈ 2) | Mạnh khi đặc, nóng |
| HNO₃ | HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻ | ≈ −1,4 | Mạnh cả khi loãng và đặc |
Các giá trị pKa của axit rất mạnh chỉ là ước lượng và hơi khác nhau giữa các tài liệu, nhưng thứ tự HCl > H₂SO₄ > HNO₃ thì nhất quán. Vì vậy câu trả lời khi đề yêu cầu “sắp xếp theo thứ tự độ mạnh giảm dần” là HCl > H₂SO₄ > HNO₃.
Vì sao trong nước loãng không phân biệt được?
Khi pKa nhỏ hơn khoảng −1,7 (tức nhỏ hơn pKa của ion H₃O⁺), mọi axit đều nhường hết proton cho nước và tạo ion H₃O⁺. Đây gọi là hiệu ứng san bằng của dung môi nước: dù HCl mạnh hơn HNO₃, trong dung dịch nước loãng cả hai đều chỉ còn lại H₃O⁺. Do đó cùng nồng độ 0,1M, pH của dung dịch HCl và HNO₃ đều bằng 1.
Cùng nồng độ mol, dung dịch nào có pH thấp nhất?
Với H₂SO₄ 0,1M, nấc 1 phân li hoàn toàn cho 0,1 mol/L H⁺, nấc 2 (Ka2 ≈ 0,012) phân li thêm một phần nhỏ, nên [H⁺] ≈ 0,110M và pH ≈ 0,96. Nếu bài tập quy ước coi H₂SO₄ phân li hoàn toàn cả hai nấc thì [H⁺] = 0,2M và pH ≈ 0,7. Dù theo cách nào, H₂SO₄ vẫn cho nồng độ H⁺ lớn hơn nên pH nhỏ hơn dung dịch HCl và HNO₃ cùng nồng độ mol.
Còn tính oxi hoá thì sao?
- HNO₃ là chất oxi hoá mạnh nhất trong ba chất nhờ ion NO₃⁻ trong môi trường axit: phản ứng được với Cu, Ag và nhiều kim loại đứng sau hiđro.
- H₂SO₄ đặc, nóng oxi hoá được nhiều kim loại, nhưng H₂SO₄ loãng chỉ thể hiện tính axit thông thường.
- HCl không có tính oxi hoá do ion Cl⁻; ở nồng độ đặc, Cl⁻ còn có thể thể hiện tính khử khi gặp chất oxi hoá mạnh (ví dụ MnO₂).
Phản ứng minh hoạ: Cu + 4HNO₃ đặc → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O (khí màu nâu đỏ). Cu không tan trong HCl loãng vì Cu đứng sau hiđro và HCl không có tính oxi hoá.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm “axit mạnh” với “axit oxi hoá mạnh”. HCl là axit mạnh hơn HNO₃ nhưng không oxi hoá được Cu.
- Cho rằng H₂SO₄ mạnh nhất vì có hai nấc. Số nấc quyết định số H⁺ tối đa, không quyết định độ mạnh của từng nấc.
- Quên nói rõ điều kiện so sánh (cùng dung môi, cùng nồng độ).
Bài tập luyện tập
- Tính pH của dung dịch HCl 0,01M. Đáp án: [H⁺] = 0,01M nên pH = 2.
- Dung dịch H₂SO₄ 0,05M (coi phân li hoàn toàn cả hai nấc) có pH bằng bao nhiêu? Đáp án: [H⁺] = 0,1M nên pH = 1.
- Dung dịch nào hoà tan được đồng: HCl loãng hay HNO₃ loãng? Đáp án: HNO₃ loãng, vì NO₃⁻ trong môi trường axit có tính oxi hoá (3Cu + 8HNO₃ loãng → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O).
Câu hỏi thường gặp
Trong HCl, HNO₃ và H₂SO₄ axit nào mạnh nhất?
Theo giá trị pKa của nấc phân li thứ nhất, HCl mạnh nhất, tiếp đến H₂SO₄ rồi HNO₃. Tuy vậy trong nước loãng cả ba đều phân li gần như hoàn toàn nên đều gọi là axit mạnh.
Sắp xếp ba axit theo thứ tự độ mạnh giảm dần như thế nào?
HCl > H₂SO₄ > HNO₃ (pKa lần lượt khoảng −6,3; −3 và −1,4).
Axit nào có tính oxi hoá mạnh nhất?
HNO₃ có tính oxi hoá mạnh nhất nhờ ion NO₃⁻ trong môi trường axit. H₂SO₄ chỉ oxi hoá mạnh khi đặc, nóng, còn HCl không có tính oxi hoá do ion Cl⁻.
Cùng nồng độ mol, dung dịch nào có pH nhỏ nhất?
Dung dịch H₂SO₄, vì mỗi phân tử có thể cho tới 2 ion H⁺ nên [H⁺] lớn hơn so với HCl và HNO₃ cùng nồng độ.