XÂY DỰNG 25 bài tập TỔNG hợp hóa học PHÂN TÍCH cân BẰNG ION TRONG DUNG DỊCH

LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Hóa trường Đại học sư phạm Huế và các thầy cô giáo đã tạo điều kiện cho sinh viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.. Em xin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

A.Mở đầu 2

I Lý do ch ọn đề tài 2

I.1 Lý do khách quan: 2

I.2 Lý do th ực tiễn: 2

II.M ục đích nghiên cứu 2

III Đối tượng và khách thể nghiên cứu 2

III.1 Đối tượng nghiên cứu: 2

III.2 Khách thể nghiên cứu: 2

IV Phạm vi nghiên cứu 2

V Phương pháp nghiên cứu 3

B.Nội dung: 4

B ÀI 1: 4

B ÀI 2: 5

B ÀI 3: 6

B ÀI 4: 7

B ÀI 5: 9

B ÀI 6: 10

B ÀI 7: 11

B ÀI 8: 12

B ÀI 9: 13

B ÀI 10: 14

B ÀI 11: 15

B ÀI 12: 16

B ÀI 13: 17

B ÀI 14: 18

B ÀI 15: 19

B ÀI 16: 20

B ÀI 17: 22

B ÀI 18: 23

B ÀI 20: 24

B ÀI 21: 27

B ÀI 22: 29

B ÀI 23 30

B ÀI 24: 32

B ÀI 25: 33

Tài liệu tham khảo 35

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Hóa trường Đại học sư phạm Huế

và các thầy cô giáo đã tạo điều kiện cho sinh viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ngô Văn Tứ đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện đề tài này

Tuy có nhiều cố gắng, nhưng do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan nên bài tiểu luận của em không tránh khỏi sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy để bài tiểu luận của em được hoàn chỉnh và đạt kết quả mong muốn

Em xin chân thành cảm ơn!

A.Mở đầu

I Lý do chọn đề tài

I.1 Lý do khách quan:

- “Hóa học phân tích” là một nội dung quan trọng trong ngành hóa học nói riêng và

ngành khoa học nói chung đã và đang phát triển rất mạnh mẽ với nhiều ứng dụng to lớn không thể thiếu trong nghiên cứu và sản xuất

- “Cân bằng ion trong dung dịch” là một nội dung quan trọng và có ích trong “hóa

học phân tích” Tuy nhiên để nắm vững nguyên lý, bản chất và những ứng dụng của

nội dung này cần có cơ sở lý thuyết và bài tập vững vàng

Xuất phát từ điều đó cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn là thầy Ngô

Văn Tứ tôi đã tìm hiểu và xây dựng đề tài “Xây dựng 25 bài tập tổng hợp hóa học phân tích: cân bằng ion trong dung dịch ” Hi vọng đề tài sẽ là một tài liệu tham

khảo có ích cho bản thân cũng như các bạn sinh viên trong việc thực hiện nhiệm vụ

học tập cũng như giảng dạy sau này

II.Mục đích nghiên cứu

- Việc nghiên cứu đề tài nhằm giúp bản thân và các bạn sinh viên có thể nắm vững hơn những kiến thức về cân bằng ion đã học đồng thời việc rèn luyện bài tập giúp cho các bạn không bị lung túng khi gặp những dạng bài về cân bằng ion trong dung

dịch

III Đối tượng và khách thể nghiên cứu

III.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Bài tập tổng hợp hóa học phân tích cân bằng ion trong dung dịch: phản ứng axit- bazơ, phản ứng tạo phức, phản ứng tạo hợp chất ít tan, phản ứng oxi hóa – khử III.2 Khách thể nghiên cứu:

-Quá trình học tập của bản thân và các bạn sinh viên học tập và nghiên cứu nội dung hóa học phân tích

IV Phạm vi nghiên cứu

Việc nghiên cứu tập trung tìm hiểu bài tập “hóa học phân tích” gồm các nội dung sau:

- Phản ứng axit – bazơ

- Phản ứng tạo phức

- Phản ứng tạo hợp chất ít tan

- Phản ứng oxi hóa – khử

V Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu, đọc , xử lý tài liệu

- Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn

- Tổng hợp

2 MnO4- + 8H+ +5e ⇌ Mn2+ + 4H2O

0

2 / 4

Thay các giá trị hằng số cân bằng vào ta được K =10388 là vô cùng lớn

Vậy phản ứng xảy ra hoàn toàn

BÀI 2:

ion nào sẽ kết tủa dưới dạng sunfua Biết Tt MnS =10 -9,6 và Tt CuS =8.10 -37

x x x

0, 03

H S

H S K

[Mn2+].[S2-] =2.10-4.1,4.10-17 = 2,8.10-21 < TtMnS nên không có kết tủa MnS

[Cu2+].[S2-] = 2.10-4.1,4.10-17 = 2,8.10-21 >TtCuS nên có kết tủa CuS

BÀI 3:

2 Đánh giá khả năng oxi hóa của Fe 3+ và I - khi có mặt ion F - (C F− ≫C Fe3 +)

Cho các giá trị hằng số tạo phức của Fe 3+ và F - lần lượt là β1=10 5,28

Quá trình tạo phức hiđroxo không đáng kể

Xét cân bằng proton hóa của F

2 Ion F- tao phức với ion Fe3+

Như lập luận trên thì quá trình tạo phức chỉ có

2 FeF/Fe 0, 057 I /2I 0,54

E =E + = V ≪E − = V vì vậy FeF3 không có khả năng oxi hóa I

-thành I2 mà ngược lại I2 có thể oxi hóa Fe2+ khi có mặt F

kết tủa theo phương trình sau

2 Có thể tách Mg 2+ ra khỏi Al 3+ bằng NH 3 hay không? Vì sao?

Cho biết βMgOH+ 10 12,8

= nên trong dung dịch chủ yếu xảy ra quá trình

tạo phức của nhôm

3 (1)

Điều kiên để có kết tủa Mg(OH)2 là

10,9

4,45 (2)

0, 01

OH

C −

−

−

(1) (2)

C − ≪C − nghĩa là Al(OH)3 kết tủa trước

Khi Mg(OH)2 bắt đầu kết tủa thì

10,9 32,4

0,01

Al

+

≪

Vì vậy mà Al(OH)3 kết tủa hoàn toàn do đó có thể tách được Mg2+ ra khỏi hỗn hợp

BÀI 7:

Bài giải:

Các cân bằng xảy ra trong dung dịch là:

HSO4- ⇌ H+ + SO42- Ka=10-1,99 (1)

H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- Ka1=10-2,15 (2)

H2PO4- ⇌ H+ + HPO42- Ka2=10-7,21 (3)

HPO4- ⇌ H+ + PO43- Ka3=10-12,32 (4)

Vì K a1≫K a2≫K a3 và K a ≈K a1 nên phải tính dến cả 2 cân bằng (1) và (2) ĐKP với mức không là H3PO4 và HSO4 -[H+] = [H2PO4-] + [SO42-] =K a1.[H PO3 4] K a. HSO4 H H − + +     +         [ ] 1 3 4 4 a a H+ K H PO K HSO−  = +       (5)

Vì C= 0, 01 ≈K a≈K a1 Chọn [H PO3 4]=HPO4− = 0, 005 2 C M   =   và thay vào (5) để tính H+ 1 2,15 1,99 3 1 10 0, 005 10 0, 005 9,3.10 H+ − − −   = + =   Thay giá trị H+ 1=9,3.10-3 vào các biểu thức để tính [H PO3 4] và HPO4−  [ 3 4] 1 a H H PO C K H + +     =   +   4

a

H

+

−

+

+  

Ta được

Phản ứng xảy ra trong dung dịch

2H+ + CO32- ⇌ CO2 + H2O 0,09 0,04 0,04

4,14 3

[PbOH+] = [Pb2+] do đó có thể bỏ qua sự tạo phức hiđroxo của Pb2+

Vậy trong dung dịch cân bằng (1) là chính, độ tan của PbCl2 chính là độ tan S0

10

10

NH NH

K H

α + +

−

− +

.(S 0, 2) 10

s

S K

+

= +

10

7,57.10 2.10

10

3,8.10 5,9.10

2,9.10 5,9.10

Hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ tan của các muối khó tan là

pH và sự có mặt của tác nhân tạo phức Bạc oxalat là một ví dụ điển hình Tích

bởi pH khi anion oxalat phản ứng với ion hiđroxi và bằng tác nhân tạo phức

li của axit lần lượt là K 1 =5,6.10 -2 và K 2 =6,2.10 -6

Cho cân bằng sau

3MnO 4 2- + 2H 2 O ⇌ 2MnO 4 2- +MnO 2 + OH

0

3 0,0592

3 10

E

K =

20, 78

2, 078.10 (10 )

MnO MnO

kết tủa CuCrO 4 trong hỗn hợp gồm BaCl 2 0,01M ; CuCl 2 0,01M và K 2 Cr 2 O 7

Điều kiện để có kết tủa BaCrO4 mà không có kết tủa CuCrO4

2 2

4 4

Ba

Ks C

Cu

Ks C

0, 0592 1,52 (lg 0, 214) 1,516

10

BrO Br

2BrO3- + 10Br- +12H+ ⇌ 6Br2(H2O) + 6H2O

10.(1,516 1,085) 10.

72,80 0,0592

BÀI 16:

2 giọt chất chỉ thị bromthimol xanh (pH chuyển màu từ 6-7,6; pH< 6 màu vàng

có hiện tượng gì xảy ra Bài giải thích.

ở trên Có hiện tượng gì xảy ra?

cho biết pK a của HCN là 9,35 của NH 4 + là 9,24 và của H 2 S là 7 và 12,92

2 1, 214.10 4 2,194.10 7 0

Nên x= [OH-]= 4,12.10-4MpOH = 3,385

pH=10,615>7,6 Vậy mới đầu dung dịch có màu xanh lục

Khi thêm 100ml dung dịch Hg(ClO4)2 0,3M thì

3

3

9,82.10 101

4,929.10 201

Sự phân ly của HgCN+ không đáng kể (K =10-18) lại còn dư Hg2+ nồng độ CN

-phân ly ra vô cùng bé không ảnh hưởng đến pH của dung dịch vì vậy nồng độ H+ là 4,975.10-5

Nên pH=4,3 < 6 Do đó khi thêm Hg(ClO4)2 thì dung dịch chuyển sang màu vàng

2 Thêm một giọt (0,03ml) dung dịch H2S bão hòa vào hỗn hợp trên thể tích dung

dịch coi như không đổi 2 0, 03.0,1 1, 493.10 5

Vì sự phân li của HgCN+ không đáng kể có thể coi C Hg2 +=0,14425

bột Cd

2 Ở pH = 7, nồng độ NO 3 - là 10 -2 M Viết phản ứng giữa Cd và NO 3 - Hỏi NO 3

lại trong nước khi cân bằng

3 Tính thế khử (thế oxy hóa - khử) chuẩn của cặp NO 3 - /NO 2 - ở pH = 14 và

-Giả thiết phản ứng là hoàn toàn thì [Cd2+] = [NO3-]b đ = 10-2M

Ở pH = 7 thì [Cd2+] = Ks/[OH-]2 = 1,2M Nồng độ Cd2+ sau phản ứng nhỏ hơn nhiều so với 1,2M nên không có kết tủa Cd(OH)2

Để tính [NO3-] khi cân bằng cân tính hằng số cân bằng K của phản ứng trên:

Cd + NO3- + H2O + 3H+  →K Cd2+ + NO2- + 2OH- + 3H+

Cd2+ + HNO2 + 2H2O  →K2 Cd2+ + H+ + NO2- + 2H2O

K = K1.K2.K3

14 2

14 4 45

45 1

1

10 325 , 1 ) 10 (

10 5 10 65 , 2

10 65 , 2 42

, 45 059

, 0

) 40 , 0 94 , 0 ( 2 lg

Hằng số K rẩt lớn nên phản ứng gần như hoàn toàn Ở pH = 7 ta có:

14 10 .10 .(10 ) 7 , 55 10 10

325

o NO NO

017 , 0 059

, 0

) 40 , 0 (

2

lg

2 3 2

dung dịch xuất hiện màu đỏ

−

− +

2 5 5

10 1 , 9 10

1 , 1

10 10 9 10

− +

b Trong nước thải có nồng độ CN - là 10 -3 mol.L -1 Nếu dùng dung dịch H 2 O 2

ra kết luận

Cho E o (H 2 O 2 /H 2 O) = 1,77V và E o (NCO - /CN - ) = -0,14V

độ ban đầu của Al 3+ và nồng độ các ion OH - , Al 3+ và Al(OH) 4 - khi cân bằng Cho biết tích số tan của Al(OH) 3 là 10 -32 và:

2

10 4 , 2 ) 10 10 (

10 14 , 4

Vậy dùng dư H2O2 theo tỉ lệ số mol H2O2 : CN- = 100 : 1 thì có thể loại trừ gần hết

CN- trong nước thải

BÀI 20:

dịch A

a Khi pH =4 thì dung hết 19,4 ml dung dịch HCl Tính nồng độ CH 3 COONa trong dung dịch A

hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra

Bài giải:

1 Gọi nồng độ của Na2S và CH3COONa trong dung dịch lần lượt là C1 và C2 Khi

chưa thêm Na3PO4 thì trong dung dịch xảy ra quá trình:

10 0, 71530,0442

S

S

HS C

1 10

2 7,02

10

1 10

− +

3

10

1 10

H S H

CH COO

− +

CH COO−

  vào (12) ta được [H+]2=2,855.10-6=10 5,44=[H+]1

-Kết quả lặp lại , vậy pH= 5,54

3 Oxi hóa S2- bằng oxi không khí

cần thêm vào 200 ml nước và pha loãng đến 500 ml để điều chế dung dịch đêm

0,005M và H 2 SO 4 0,5M; cốc thứ 2 chứa dung dịch hỗn hợp FeSO 4 0,15M và

Fe 2 (SO 4 ) 3 0,0015M Đặt điện cực platin vào mỗi cốc và nối hai cốc với nhau bằng cầu muối Nối các điện cực với nhau qua một vôn kế Giả thuyết rằng

H 2 SO 4 điện li hoàn toàn và thể tích dung dịch trong mỗi cốc bằng nhau Cho

3 Cho 1 l dung dịch HClO 4 0,003M chứa 2.10 -4 mol mỗi ion Mn 2+ và

Cu 2+ Bão hòa dung dịch này bằng H 2 S, giả thiết nồng độ H 2 S luôn bằng 0,1M không phụ thuộc sự có mặt của các chất khác

Từ phản ứng NH4+ + OH- ⇌ NH3 + H2O ta thấy số mol NaOH cần dùng bằng

số mol NH3 và tổng lượng muối amoni cần ban đầu là 0,05+0,09=0,14

8

8 4

Vì hằng số cân bằng lớn nên phản ứng sau được coi là hoàn toàn:

5Fe2+ + MnO4- + 8H+ ⇌ 5Fe3+ +Mn2+ +4H2O

Mn2+ không kết tủa dưới dạng muối sunfua

Nồng độ S2- thay đổi không đáng kể khi Cu2+ kết tủa hết, nên khi đó Mn2+ vẫn

màu chỉ xuất hiện khi C FeSCN 2+ > 7.10 M và dung dịch được axit hóa đủ để sự tạo phức hidroxo của Fe (III) xảy ra không đáng kể Cho

(2 )

10 (5.10 )

x x

pKa(HCOOH) =3,75

2 Tính nồng độ ban đầu của HSO 4 - ( Ka=10 -2 ), biết giá trị sức điện động của pin:

Pt│I - 0,1M; I 3 - 0,02M │MnO 4 - 0,05M, Mn 2+ 0,01M, HSO 4 - C M│Pt

4

0 / 1,51

MnO Mn

E − + = V và

3

0 / 0,5355

2 ở điện cực phải : MnO4- +8H+ +5e ⇌ Mn2+ +4H2O

ở điện cực trái: 3I- ⇌ I3- +2e

2

4

4 0

3 /3

0,059 0,824 1,51 lg(5[ ]) 0,574

Cho biết nguyên tử khối của Ag = 107,88; hằng số điện li bazơ của amoniac

là K b = 1,74.10 -5 ; các hằng số bền của phức [Ag(NH 3 ) i ] + tương ứng là: lgββββ 1 = 3,32(i = 1) và lgββββ 2 = 6,23(i = 2)

Các thế khử (thế oxy hóa - khử) chuẩn ở 25 o C: E o (Ag + /Ag) = 0,799V;

E o (O 2 /OH - ) = 0,401V Áp suất riêng phần của oxy trong không khí là

Bài giải:

NAg = 0,100 : 107,88 = 9,27.10-4mol

Số mol cực đại của NH3 cần để tạo phức là: 9,27.10-4 2 = 1,854.10-3M nghĩa là nhỏ hơn nhiều so với số mol NH3 có trong dung dịch (10-2M) Vậy NH3

rất dư để hoà tan lượng Ag nếu xảy ra phản ứng

Chúng ta sẽ kiểm tra khả năng hoà tan theo quan điểm điện hóa và nhiệt động:

Ag+ + e → Ag E1 = Eo + 0,059lg[Ag+]

O2 + 4e + H2O → 4OH-

[ ]4 2

4

059 , 0

Khi cân bằng E1 = E2 Trong dung dịch NH3 = 0,1M(lượng NH3 đã phản ứng không đáng kể) ta có: [OH-] = (Kb.C)1/2 = 1,32.10-3M

 E2 = 0,5607V

Vì E2 = E1 nên từ tính toán ta có thể suy ra được [Ag+] = 9,12.10-5M

Nồng độ tổng cộng của Ag+ trong dung dịch:

[Ag+]o = [Ag+] + [Ag(NH3)+] + [Ag(NH3)2+]

= [Ag+](1 + β1[NH3] + β1β2[NH3]2) = 15,5M

Giá trị này lớn hơn nhiều so với lượng Ag dùng cho phản ứng Vì vậy các điều

kiện điện hóa và nhiệt động thuận lợi cho việc hoà tan 0,100g Ag

BÀI 25:

Tính pH trong các dung dịch sau:

Tài liệu tham khảo

 Nguyễn Tinh Dung, (2005), Hóa học phân tích: Cân bằng ion trong dung dịch, NXB ĐHQG Hà Nội

 Ngô Văn Tứ, (2010), Giáo trình Hóa học phân tích, Đại học sư phạm Huế

 Nguyễn Tinh Dung, Đào THị Phương Diệp, (2005),Hóa học phân tích, câu hỏi và bài tập: Cân bằng ion trong dung dịch, NXB ĐHQG Hà Nội

 Một số đề học sinh giỏi hóa học