Cặp axit-bazơ liên hợp và sự chuyển proton | Hóa học HSC
Tìm hiểu cách xác định các cặp axit-bazơ liên hợp, theo dõi sự chuyển proton và viết phương trình Brønsted-Lowry cân bằng trong dung dịch nước.
Giả sử amoniac, \(\ce{NH3}\), được thêm vào nước. Sau phản ứng, trong dung dịch có một lượng \(\ce{NH4+}\) và \(\ce{OH^-}\).
Trước khi bận tâm đến các định nghĩa, hãy theo dõi một điều: nguyên tử hiđro bổ sung trên \(\ce{NH4+}\) đến từ đâu?
Nó đến từ nước. Một proton đã chuyển từ \(\ce{H2O}\) sang \(\ce{NH3}\):
\[ \ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH^-} \]
Sự chuyển một proton duy nhất này là chìa khóa để hiểu các cặp axit-bazơ liên hợp. Nếu bạn có thể theo dõi proton, phần lớn các câu hỏi nhận diện sẽ trở thành việc theo dõi các thay đổi một cách có hệ thống thay vì phải học thuộc.
01Theo dõi proton
Axit Brønsted-Lowry cho proton, \(\mathrm{H}^{+}\). Bazơ Brønsted-Lowry nhận proton.
Trong phản ứng của amoniac, nước mất một proton:
\[ \ce{H2O -> OH^-} \]
Vì vậy, \(\ce{H2O}\) đang đóng vai trò là axit.
Amoniac nhận proton đó:
\[ \ce{NH3 -> NH4+} \]
Vì vậy, \(\ce{NH3}\) đang đóng vai trò là bazơ.
Bây giờ ta có thể xét các dạng liên hợp.
- Khi một axit mất \(\mathrm{H}^{+}\), phần còn lại là bazơ liên hợp của nó.
- Khi một bazơ nhận \(\mathrm{H}^{+}\), sản phẩm tạo thành là axit liên hợp của nó.
Đối với phản ứng
\[ \ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH^-} \]
các cặp liên hợp là:
| Chất ban đầu | Điều gì xảy ra? | Chất liên hợp | Cặp |
|---|---|---|---|
| \(\ce{H2O}\) | mất \(\mathrm{H}^{+}\) | \(\ce{OH^-}\) | axit/bazơ liên hợp |
| \(\ce{NH3}\) | nhận \(\mathrm{H}^{+}\) | \(\ce{NH4+}\) | bazơ/axit liên hợp |
Một cách hình dung hơi ngộ nghĩnh là chiếc áo hoodie được cho mượn. Một người đưa chiếc áo đi; người khác nhận nó. Axit là bên cho, bazơ là bên nhận, và trạng thái trước và sau của mỗi người tạo thành một cặp.
Phép so sánh chỉ nên dừng ở đó. Proton không phải là quần áo: việc thêm hoặc loại bỏ một proton làm thay đổi điện tích và tính chất hóa học của chất.
02Phép kiểm tra một proton
Đây là cách kiểm tra nhanh và đáng tin cậy nhất để xác định một cặp axit-bazơ liên hợp:
Hai chất phải khác nhau đúng một proton, \(\mathrm{H}^{+}\).
Điều đó có nghĩa là chúng khác nhau về:
- một nguyên tử hiđro, và
- một đơn vị điện tích.
Đối với một axit và bazơ liên hợp của nó,
\[ \text{axit} \rightarrow \text{bazơ liên hợp} + \mathrm{H}^{+} \]
bazơ liên hợp có ít hơn một H và điện tích âm hơn một đơn vị.
Ví dụ:
\[ \ce{NH4+ -> NH3 + H+} \]
\(\ce{NH4+}\) có nhiều hơn \(\ce{NH3}\) một H, và điện tích của nó dương hơn một đơn vị.
Tương tự,
\[ \ce{H2O -> OH^- + H+} \]
và
\[ \ce{H2PO4^- -> HPO4^2- + H+} \]
Quy tắc này đúng cho cả các chất trung hòa lẫn các ion mang điện.
Những cặp trông có vẻ hợp lý nhưng thực ra không phải
| Chất | Chất | Có phải cặp liên hợp? | Lý do |
|---|---|---|---|
| \(\ce{HCl}\) | \(\mathrm{Cl}^{-}\) | Có | khác nhau một \(\mathrm{H}^{+}\) |
| \(\ce{NH4+}\) | \(\ce{NH3}\) | Có | khác nhau một \(\mathrm{H}^{+}\) |
| \(\ce{H2SO4}\) | \(\ce{SO4^2-}\) | Không | khác nhau hai proton |
| \(\ce{H3O+}\) | \(\ce{OH^-}\) | Không | khác nhau hai proton |
| \(\ce{H3O+}\) | \(\ce{H2O}\) | Có | khác nhau một \(\mathrm{H}^{+}\) |
| \(\ce{H2O}\) | \(\ce{OH^-}\) | Có | khác nhau một \(\mathrm{H}^{+}\) |
Ví dụ về axit sulfuric là một lỗi thường gặp. \(\ce{H2SO4}\) cuối cùng có thể trở thành \(\ce{SO4^2-}\), nhưng quá trình này diễn ra qua hai lần chuyển proton:
\[ \ce{H2SO4 -> HSO4^- -> SO4^2-} \]
Vì vậy, các cặp liên hợp là \(\ce{H2SO4/HSO4^-}\) và \(\ce{HSO4^-/SO4^2-}\), chứ không phải \(\ce{H2SO4/SO4^2-}\).
03Cách viết phương trình chuyển proton
Khi được cho hai chất phản ứng, đừng bắt đầu bằng cách đoán sản phẩm. Hãy xác định chất nào cho proton và chất nào nhận proton.
Một phương pháp hữu ích là:
- Xác định chất cho proton. Loại một \(\mathrm{H}^{+}\) để tạo bazơ liên hợp của nó.
- Xác định chất nhận proton. Thêm một \(\mathrm{H}^{+}\) để tạo axit liên hợp của nó.
- Đặt các chất liên hợp ở phía sản phẩm.
- Kiểm tra cả số nguyên tử và tổng điện tích.
Việc kiểm tra điện tích đặc biệt hữu ích đối với các ion đa nguyên tử.
Giả sử một axit có điện tích \(q\). Sau khi mất \(\mathrm{H}^{+}\), bazơ liên hợp của nó có điện tích \(q-1\).
Giả sử một bazơ có điện tích \(q\). Sau khi nhận \(\mathrm{H}^{+}\), axit liên hợp của nó có điện tích \(q+1\).
Điều gì xảy ra với \(\mathrm{H}^{+}\) trong nước?
Bạn thường sẽ nghe nói rằng axit tạo ra \(\mathrm{H}^{+}\) trong nước. Đây là cách nói tắt hữu ích, nhưng một proton trần không đơn giản tồn tại một mình trong dung dịch nước.
Nước nhận proton để tạo thành ion hiđroni, \(\ce{H3O+}\):
\[ \ce{HCl + H2O -> H3O+ + Cl^-} \]
Vì vậy, khi viết một phương trình chuyển proton tường minh trong dung dịch nước, thường sẽ rõ ràng hơn nếu biểu diễn proton được chuyển trực tiếp sang một chất khác thay vì để một \(\mathrm{H}^{+}\) tự do ở phía sản phẩm.
Ví dụ có lời giải: Xác định các cặp trong phản ứng của amoniac với nước
Xác định axit, bazơ, axit liên hợp, bazơ liên hợp và hai cặp axit-bazơ liên hợp trong:
\[ \ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH^-} \]
Bước 1
\(\ce{H2O}\) trở thành \(\ce{OH^-}\). Nó đã mất một \(\mathrm{H}^{+}\), nên \(\ce{H2O}\) là axit.
Bazơ liên hợp của nó là \(\ce{OH^-}\).
Bước 2
\(\ce{NH3}\) trở thành \(\ce{NH4+}\). Nó đã nhận một \(\mathrm{H}^{+}\), nên \(\ce{NH3}\) là bazơ.
Axit liên hợp của nó là \(\ce{NH4+}\).
Bước 3
Hai cặp axit-bazơ liên hợp là:
\[ \ce{H2O/OH^-} \]
và
\[ \ce{NH4+/NH3} \]
Lưu ý rằng mỗi cặp gồm các chất nằm ở hai phía đối diện của phương trình. Hai chất phản ứng, \(\ce{NH3}\) và \(\ce{H2O}\), lần lượt là một bazơ và một axit trong phản ứng này, nhưng chúng không phải là một cặp liên hợp.
Ví dụ có lời giải: Viết phản ứng chuyển proton giữa hai chất đa nguyên tử
Trong dung dịch nước, \(\ce{H2PO4^-}\) cho một proton cho \(\ce{NH3}\). Hãy viết phương trình chuyển proton và xác định cả hai cặp axit-bazơ liên hợp.
Bước 1
\(\ce{H2PO4^-}\) mất \(\mathrm{H}^{+}\):
\[ \ce{H2PO4^- -> HPO4^2-} \]
Điện tích của nó thay đổi từ \(-1\) thành \(-2\), đúng như dự đoán khi một proton mang điện tích dương bị loại bỏ.
Bước 2
\(\ce{NH3}\) nhận \(\mathrm{H}^{+}\):
\[ \ce{NH3 -> NH4+} \]
Điện tích của nó thay đổi từ \(0\) thành \(+1\).
Bước 3
\[ \ce{H2PO4^- + NH3 <=> HPO4^2- + NH4+} \]
Bước 4
Phía trái có tổng điện tích là \(-1\).
Phía phải có:
\[ -2 + 1 = -1 \]
Vì vậy, điện tích được bảo toàn.
Bước 5
\(\ce{H2PO4^-}\) là axit, và \(\ce{HPO4^2-}\) là bazơ liên hợp của nó.
\(\ce{NH3}\) là bazơ, và \(\ce{NH4+}\) là axit liên hợp của nó.
Vì vậy, các cặp liên hợp là:
\[ \ce{H2PO4^-/HPO4^2-} \]
và
\[ \ce{NH4+/NH3} \]
Phương trình cho chúng ta biết đang xét quá trình chuyển proton nào. Phản ứng đó diễn ra đến mức độ nào là một câu hỏi riêng, liên quan đến độ mạnh tương đối của axit và bazơ.
04Axit và bazơ là vai trò, không phải nhãn cố định
Một cách làm tắt dễ gây nhầm là ghi nhớ một chất luôn là “axit” hoặc “bazơ”. Cách này đôi khi hiệu quả, nhưng nhanh chóng thất bại trong nhiều trường hợp.
Xét ion hiđrocacbonat, \(\ce{HCO3^-}\).
Nó có thể mất một proton:
\[ \ce{HCO3^- + H2O <=> CO3^2- + H3O+} \]
Ở đây, \(\ce{HCO3^-}\) là axit.
Nhưng nó cũng có thể nhận một proton:
\[ \ce{HCO3^- + H2O <=> H2CO3 + OH^-} \]
Ở đây, \(\ce{HCO3^-}\) là bazơ.
Một chất có thể vừa cho vừa nhận proton được gọi là chất lưỡng tính proton.
Nước là một ví dụ quan trọng khác. Với amoniac, nước cho một proton:
\[ \ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH^-} \]
Vì vậy, nước đóng vai trò là axit.
Với một axit như \(\ce{HCl}\), nước nhận một proton:
\[ \ce{HCl + H2O -> H3O+ + Cl^-} \]
Lúc này nước đóng vai trò là bazơ.
Không có sự mâu thuẫn nào. “Axit” và “bazơ” mô tả vai trò mà một chất đang thực hiện trong một phản ứng chuyển proton cụ thể.
05Quan niệm sai gây ra phần lớn lỗi khi xác định cặp
Giả sử bạn thấy:
\[ \ce{HA + B <=> A^- + HB+} \]
Một học sinh có thể ghép \(\ce{HA}\) với \(\ce{B}\) vì chúng là axit và bazơ đang phản ứng với nhau.
Đó không phải là ý nghĩa của “cặp liên hợp”.
Các chất tham gia phản ứng axit-bazơ là:
- axit: \(\ce{HA}\)
- bazơ: \(\ce{B}\)
Thay vào đó, các cặp liên hợp là:
- \(\ce{HA/A^-}\), vì \(\ce{HA}\) mất một proton để trở thành \(\mathrm{A}^{-}\)
- \(\ce{HB+/B}\), vì \(\ce{B}\) nhận một proton để trở thành \(\ce{HB+}\)
Vì vậy, khi được yêu cầu xác định các cặp liên hợp, đừng ghép các chất chỉ vì chúng nằm cạnh nhau. Hãy ghép mỗi chất với dạng của nó sau khi thêm hoặc bớt đúng một proton.
Một câu hỏi đáng tin cậy để tự kiểm tra là:
Nếu tôi thêm hoặc loại bỏ đúng một \(\mathrm{H}^{+}\), tôi có thu được chất còn lại không?
Nếu có, rất có thể bạn đã tìm được một cặp liên hợp. Sau đó hãy kiểm tra điện tích.
Khả năng xác định các cặp này giúp việc học cân bằng axit-bazơ trở nên dễ dàng hơn nhiều, vì độ mạnh của axit và chiều của cân bằng phụ thuộc vào mối quan hệ giữa một axit và bazơ liên hợp của nó. Mối liên hệ đó được phát triển sâu hơn trong pH và Độ mạnh axit-bazơ: Giải thích Hóa học HSC. Khi chuyển từ các phương trình sang các dung dịch thực tế, Đo pH của axit và bazơ: Hướng dẫn Hóa học HSC cho thấy các hiện tượng hóa học này thể hiện như thế nào trong phép đo.
06Câu hỏi và lời giải
Câu hỏi 1
Xét phản ứng:
\[ \ce{HNO3 + H2O -> H3O+ + NO3^-} \]
Xác định axit Brønsted-Lowry, bazơ Brønsted-Lowry, axit liên hợp, bazơ liên hợp và cả hai cặp axit-bazơ liên hợp.
Lời giải 1
Axit là \(\ce{HNO3}\), bazơ là \(\ce{H2O}\), bazơ liên hợp là \(\ce{NO3^-}\), và axit liên hợp là \(\ce{H3O+}\).
Hãy theo dõi proton.
\(\ce{HNO3}\) mất một \(\mathrm{H}^{+}\):
\[ \ce{HNO3 -> NO3^-} \]
Vì vậy, \(\ce{HNO3}\) là axit, và \(\ce{NO3^-}\) là bazơ liên hợp của nó.
Nước nhận proton:
\[ \ce{H2O -> H3O+} \]
Vì vậy, \(\ce{H2O}\) là bazơ, và \(\ce{H3O+}\) là axit liên hợp của nó.
Do đó, hai cặp axit-bazơ liên hợp là:
\[ \ce{HNO3/NO3^-} \]
và
\[ \ce{H3O+/H2O} \]
Sai lầm dễ mắc là ghép \(\ce{HNO3}\) với \(\ce{H2O}\) vì chúng là axit và bazơ đang phản ứng. Chúng là hai chất tham gia phản ứng với nhau, nhưng các chất liên hợp phải khác nhau đúng một proton.
Câu hỏi 2
Một phản ứng chuyển proton trong dung dịch nước được biểu diễn bởi:
\[ \ce{X + H2O <=> H2PO4^- + OH^-} \]
Chất \(X\) chứa một nguyên tử photpho và bốn nguyên tử oxi.
Xác định công thức và điện tích của \(X\). Sau đó xác định axit, bazơ, axit liên hợp, bazơ liên hợp và cả hai cặp liên hợp.
Lời giải 2
\(X\) là \(\ce{HPO4^2-}\), và nó đóng vai trò là bazơ.
Bắt đầu từ sự thay đổi của nước. \(\ce{H2O}\) trở thành \(\ce{OH^-}\), nên nước đã mất một proton:
\[ \ce{H2O -> OH^- + H+} \]
Do đó, nước là axit, và \(\ce{OH^-}\) là bazơ liên hợp của nó.
Proton bị mất phải được \(X\) nhận. Sản phẩm là \(\ce{H2PO4^-}\), vì vậy nếu loại bỏ proton vừa được nhận đó, ta xác định được chất ban đầu:
\[ \ce{H2PO4^- -> HPO4^2- + H+} \]
Do đó,
\[ X=\ce{HPO4^2-} \]
và phương trình đầy đủ là:
\[ \ce{HPO4^2- + H2O <=> H2PO4^- + OH^-} \]
Kiểm tra điện tích xác nhận kết quả.
Phía trái:
\[ -2+0=-2 \]
Phía phải:
\[ -1+(-1)=-2 \]
Vì vậy, điện tích được bảo toàn.
Hai cặp liên hợp là:
\[ \ce{H2PO4^-/HPO4^2-} \]
và
\[ \ce{H2O/OH^-} \]
Cách suy luận dễ mắc sai lầm là nhìn thấy \(\ce{H2PO4^-}\) và cho rằng nó phải là axit vì công thức bắt đầu bằng H. Ở đây, nó là axit liên hợp vì đã nhận một proton từ nước. Chiều của quá trình chuyển proton thực tế quyết định vai trò.
Câu hỏi 3
Axit sulfuric có thể mất hai proton có tính axit của nó theo các giai đoạn riêng biệt:
\[ \ce{H2SO4 + H2O -> HSO4^- + H3O+} \]
và
\[ \ce{HSO4^- + H2O <=> SO4^2- + H3O+} \]
Đối với mỗi phương trình:
- xác định cả hai cặp axit-bazơ liên hợp, và
- nêu vai trò của \(\ce{HSO4^-}\).
Sau đó giải thích vì sao \(\ce{H2SO4}\) và \(\ce{SO4^2-}\) không phải là một cặp axit-bazơ liên hợp.
Lời giải 3
Trong phản ứng thứ nhất, các cặp là \(\ce{H2SO4/HSO4^-}\) và \(\ce{H3O+/H2O}\); trong phản ứng thứ hai, các cặp là \(\ce{HSO4^-/SO4^2-}\) và \(\ce{H3O+/H2O}\). \(\ce{HSO4^-}\) là bazơ liên hợp trong phản ứng thứ nhất nhưng đóng vai trò là axit trong phản ứng thứ hai.
Trong phương trình thứ nhất,
\[ \ce{H2SO4 -> HSO4^-} \]
cho thấy \(\ce{H2SO4}\) mất một proton. Do đó:
- \(\ce{H2SO4}\) là axit,
- \(\ce{HSO4^-}\) là bazơ liên hợp của nó,
- \(\ce{H2O}\) là bazơ, và
- \(\ce{H3O+}\) là axit liên hợp của nó.
Trong phương trình thứ hai,
\[ \ce{HSO4^- -> SO4^2-} \]
cho thấy \(\ce{HSO4^-}\) mất thêm một proton. Do đó:
- \(\ce{HSO4^-}\) lúc này là axit,
- \(\ce{SO4^2-}\) là bazơ liên hợp của nó,
- \(\ce{H2O}\) là bazơ, và
- \(\ce{H3O+}\) là axit liên hợp của nó.
Điểm quan trọng là vai trò của \(\ce{HSO4^-}\) phụ thuộc vào phản ứng đang được xét. Trong phản ứng thứ nhất, nó được tạo thành sau khi một axit mất \(\mathrm{H}^{+}\), nên nó là bazơ liên hợp. Trong phản ứng thứ hai, nó cho \(\mathrm{H}^{+}\), nên nó là axit.
\(\ce{H2SO4}\) và \(\ce{SO4^2-}\) không phải là một cặp liên hợp vì chúng khác nhau hai proton:
\[ \ce{H2SO4 -> HSO4^- -> SO4^2-} \]
Lập luận dễ mắc sai lầm là cho rằng chúng phải là các chất liên hợp vì chất này cuối cùng có thể tạo thành chất kia. Điều kiện một proton nghiêm ngặt hơn: hai chất liên hợp phải được nối với nhau bằng một bước chuyển proton, không phải hai bước.
Câu hỏi 4
Ion hiđrocacbonat có thể tham gia cả hai phương trình chuyển proton trong dung dịch nước sau:
\[ \ce{HCO3^- + H2O <=> CO3^2- + H3O+} \]
và
\[ \ce{HCO3^- + H2O <=> H2CO3 + OH^-} \]
Một học sinh cho rằng ít nhất một phương trình phải được gán vai trò sai vì \(\ce{HCO3^-}\) không thể vừa là axit vừa là bazơ.
Hãy đánh giá nhận định của học sinh. Đối với cả hai phương trình, xác định vai trò của \(\ce{HCO3^-}\) và liệt kê các cặp axit-bazơ liên hợp. Sau đó nêu điều bạn có thể kết luận nếu một câu hỏi thi chỉ cho công thức \(\ce{HCO3^-}\), mà không cho phản ứng.
Lời giải 4
Cả hai phương trình đều là các phương trình chuyển proton hợp lệ, và \(\ce{HCO3^-}\) có thể đóng vai trò là axit hoặc bazơ vì nó là chất lưỡng tính proton.
Trong phương trình thứ nhất,
\[ \ce{HCO3^- + H2O <=> CO3^2- + H3O+} \]
\(\ce{HCO3^-}\) trở thành \(\ce{CO3^2-}\). Nó đã mất một proton:
\[ \ce{HCO3^- -> CO3^2- + H+} \]
Vì vậy, \(\ce{HCO3^-}\) đóng vai trò là axit.
Nước nhận proton đó và trở thành \(\ce{H3O+}\), nên nước đóng vai trò là bazơ.
Các cặp liên hợp là:
\[ \ce{HCO3^-/CO3^2-} \]
và
\[ \ce{H3O+/H2O} \]
Trong phương trình thứ hai,
\[ \ce{HCO3^- + H2O <=> H2CO3 + OH^-} \]
\(\ce{HCO3^-}\) trở thành \(\ce{H2CO3}\). Nó đã nhận một proton:
\[ \ce{HCO3^- + H+ -> H2CO3} \]
Vì vậy, \(\ce{HCO3^-}\) lúc này đóng vai trò là bazơ.
Nước mất proton và trở thành \(\ce{OH^-}\), nên nước đóng vai trò là axit.
Các cặp liên hợp là:
\[ \ce{H2CO3/HCO3^-} \]
và
\[ \ce{H2O/OH^-} \]
Không có sự mâu thuẫn nào. Axit và bazơ là các vai trò trong một quá trình chuyển proton cụ thể, không phải những nhãn cố định gắn với một công thức hóa học.
Nếu chỉ được cho \(\ce{HCO3^-}\), mà không có phản ứng, bạn không thể xác định duy nhất nó là “axit” hay “bazơ”. Bạn có thể nói rằng nó là chất lưỡng tính proton và có thể thực hiện một trong hai vai trò tùy thuộc vào chất mà nó phản ứng cùng.
Cách làm dễ mắc sai lầm là ghi nhớ một phân loại cố định cho mọi chất. Yếu tố làm thay đổi câu trả lời là sự chuyển động thực tế của proton: mất \(\mathrm{H}^{+}\) khiến \(\ce{HCO3^-}\) là axit, còn nhận \(\mathrm{H}^{+}\) khiến nó là bazơ.
Câu hỏi 5
Xét cân bằng chuyển proton sau trong dung dịch nước:
\[ \ce{H2CO3 + CO3^2- <=> 2HCO3^-} \]
Một học sinh lập luận:
“Chỉ có một công thức sản phẩm, nên chỉ có thể có một cặp axit-bazơ liên hợp.”
Hãy kiểm tra nhận định này.
Xác định chất cho proton và chất nhận proton, xác định cả hai cặp axit-bazơ liên hợp, và giải thích cách \(\ce{HCO3^-}\) có thể xuất hiện trong hai vai trò liên hợp khác nhau trong cùng một phương trình.
Cuối cùng, giả sử các tiểu phân hoàn toàn không được đánh dấu. Chỉ dựa vào công thức \(\ce{HCO3^-}\), bạn có thể biết một tiểu phân sản phẩm cụ thể bắt nguồn từ \(\ce{H2CO3}\) ban đầu hay từ \(\ce{CO3^2-}\) ban đầu không?
Lời giải 5
Nhận định của học sinh là không đúng: có hai mối quan hệ axit-bazơ liên hợp, \(\ce{H2CO3/HCO3^-}\) và \(\ce{HCO3^-/CO3^2-}\), mặc dù cả hai tiểu phân sản phẩm đều có công thức \(\ce{HCO3^-}\).
Trước tiên hãy theo dõi proton.
Axit cacbonic có thể cho một proton:
\[ \ce{H2CO3 -> HCO3^- + H+} \]
Vì vậy, \(\ce{H2CO3}\) là chất cho proton và do đó là axit. \(\ce{HCO3^-}\) được tạo thành từ nó là bazơ liên hợp của nó.
Đồng thời, ion cacbonat nhận proton đó:
\[ \ce{CO3^2- + H+ -> HCO3^-} \]
Vì vậy, \(\ce{CO3^2-}\) là chất nhận proton và do đó là bazơ. \(\ce{HCO3^-}\) được tạo thành từ nó là axit liên hợp của nó.
Do đó, hai mối quan hệ là:
\[ \ce{H2CO3/HCO3^-} \]
và
\[ \ce{HCO3^-/CO3^2-} \]
Điều này có vẻ lạ vì cùng một công thức hóa học, \(\ce{HCO3^-}\), xuất hiện trong cả hai mối quan hệ. Nhưng “axit liên hợp” và “bazơ liên hợp” mô tả mối quan hệ giữa hai chất; chúng không phải là những nhãn cố định gắn với công thức.
So với \(\ce{H2CO3}\), \(\ce{HCO3^-}\) là chất còn lại sau khi một proton bị loại bỏ, nên nó là bazơ liên hợp.
So với \(\ce{CO3^2-}\), \(\ce{HCO3^-}\) là chất được tạo thành sau khi một proton được thêm vào, nên nó là axit liên hợp.
Hai tiểu phân sản phẩm tình cờ có cùng công thức vì axit và bazơ ban đầu nằm cao hơn và thấp hơn cùng một chất trung gian đúng một proton:
\[ \ce{H2CO3 -> HCO3^- -> CO3^2-} \]
Nếu các tiểu phân không được đánh dấu, chỉ dựa vào công thức \(\ce{HCO3^-}\) thì bạn không thể biết một ion hiđrocacbonat cụ thể bắt nguồn từ tiểu phân ban đầu nào. Sau khi được tạo thành, cả hai đều là cùng một chất hóa học xét về công thức và điện tích.
Đó là điểm then chốt của câu hỏi này. Rất dễ xem “axit liên hợp” và “bazơ liên hợp” như những tính chất mà một chất phải mang mãi mãi. Thực ra, chúng là những mô tả về mối quan hệ. Cùng một chất có thể là bazơ liên hợp của một axit và là axit liên hợp của một bazơ khác.
Khi đã nắm chắc ý tưởng đó, câu hỏi hữu ích tiếp theo không chỉ là quá trình chuyển proton nào có thể xảy ra, mà còn là cân bằng axit-bazơ ưu tiên theo chiều nào. Để trả lời, cần so sánh độ mạnh của các axit và bazơ liên hợp của chúng, chứ không phải thay đổi các quy tắc xác định cặp liên hợp.