Hóa phân tích Olympiad hóa học

50 chuyên đề Olympiad Hóa học 4 Hóa phân tích Điện hóa học Lời mở đầu Các bạn độc giả thân mến Trên tay bạn là bộ sách 50 CHUYÊN ĐỀ OLYMPIAD HÓA HỌC là tuyển tập các câu hỏi trong đề thi Olympiad qu.

50 chuyên đề Olympiad Hóa học

4

Hóa phân tích

& Điện hóa học

Các bạn độc giả thân mến Trên tay bạn là bộ sách 50 CHUYÊN ĐỀOLYMPIAD HÓA HỌC - là tuyển tập các câu hỏi trong đề thi Olympiad quốc

tế và nhiều quốc gia trên thế giới trong những năm gần đây, được phânchia chi tiết thành 50 chuyên đề nhỏ

Từ cách đây 15 năm, các [cựu] quản trị viên box Hóa học OlympiaVN (nay

là Tạp chí KEM & website sachhoahoc.xyz) đã bắt đầu biên soạn các tàiliệu tương tự, được lưu hành nội bộ - gọi là các Compilation Tuy nhiên, 3

bộ Compilation trước đây bị giới hạn về mặt nội dung (chủ yếu là đề thiHSGQG Việt Nam và IChO, cùng với đề thi Olympiad của khoảng 3, 4nước), cũng như nhân lực và thời gian có hạn nên sự phân chia cácchuyên mục chưa thực sự chi tiết, chỉ chia thành 7 phần lớn chứ chưa chianhỏ thành các mảng chuyên đề sâu hơn Chính vì vậy, trong năm 2018-

2019, chúng tôi quyết định biên soạn lại bộ sách này, với cập nhật thêm

đề thi từ rất nhiều quốc gia trên thế giới (đặc biệt là những nước cótruyền thống về Olympiad Hóa học như Trung Quốc, Nga và các nướcSoviet cũ, các quốc gia khu vực Baltic, ) và quan trọng hơn là phân chianội dung chi tiết hơn, với 6 lĩnh vực, 50 chuyên đề - cố gắng bám sátkhung chương trình IChO trong khả năng có thể Hi vọng rằng, với tuyểntập này, lời đáp cho câu hỏi: "Có những gì trong đề thi Olympiad Hóahọc?" mà rất nhiều độc giả, đặc biệt là những bạn học sinh THPT, vốnthường thắc mắc - sẽ phần nào sáng tỏ

Lưu ý rằng tuyển tập này chọn lọc những câu hỏi từ các đề thi Olympiad,

do đó bạn sẽ cần phải có một nền tảng kiến thức tương đối vững chắc vềHóa học phổ thông chuyên sâu để trước khi bắt đầu với hành trình chinhphục kiến thức này Ngoài ra, do tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu nêntuyển tập chưa có được sự thống nhất về mặt danh pháp, mong bạn bỏqua cho sự bất tiện này

Chúc bạn tìm thấy những niềm vui trong học tập

Mục lục

Bài 2

Hàm lượng cao hơn (so với thông thường) của calcium trong nước tựnhiên chảy qua các lớp đá vôi được giải thích bởi sự hòa tan đá vôi theophản ứng:

CaCO (s) CO (aq) H O Ca 2HCO (1)

Đây là một quá trình thuận nghịch và chịu sự khống chế của một số cânbằng cạnh tranh (2-5):

1) Dẫn ra công thức tính hằng số cân bằng K của phản ứng hoà tan đá

vôi (1) và tính giá trị của nó

2) Dẫn ra công thức tính nồng độ calcium khi biết áp suất riêng của

carbon dioxide trong không khí Tính nồng độ calcium (mol/L) khi ápsuất riêng của carbon dioxide trong không khí là p(CO2) = 3.66·10-4atm

3) Nồng độ calcium trong nước sông Don là 80 mg/L Tính áp suất riêng

của carbon dioxide (theo atm) trong không khí ở lưu vực sông Don

4) Tính thể tích hydrochloric acid nồng độ 0.09132 mol/L cần để chuẩn

độ 100 mL nước sông Don

5) Nên chọn chỉ thị nào sau đây: picric acid, methyl da cam,

phenolphthalein, p-nitrophenol cho quá trình chuẩn độ này?

Ở 25.0°C và áp suất tiêu chuẩn p(CO2) = 1.00 bar 0.8304 L CO2 được hoàtan vào 1,00L nước.

1) Tính nồng độ mol của CO2 hòa tan.

2) Tính hằng số Henry của CO2 ở 25.0°C.

3) Tính nồng độ mol của CO2 hòa tan trong nước mưa, nếu phần thểtích của CO2 trong khí quyển là 380 ppm hôm nay và áp suất khíquyển có gía trị là 1.00 bar

Một phần của CO2 hòa tan phản ứng với nước để tạo thành axitcacbonic Hằng số cân bằng của phản ứng này là K=1.67·10-3, trong biểuthức của KA thì nồng độ của nước được xem như là hằng số và đượcnằm trong biểu thức K

4) Tính nồng độ của axit cacbonic hòa tan trong nước mưa ? Chú ý rằng

nồng độ của CO2 không thay đổi trong qúa trình này

Đối với hằng số phân ly nấc thứ nhất thì [H2CO3]* được sử dụng thay chonồng độ thực của axit cacbonic [H2CO3]* là tổng nồng độ của axitcacbonic hòa tan và nồng độ của khí cacbonic hòa tan CO2

Các gía trị KA: KA1 = 4.45·10-7 and KA2 = 4.84·10-11

5) Tính pH của nước mưa Bỏ qua sự tự proton phân của nước cũng

như nấc phân ly thứ hai của axit cacbonic Lưu ý: Giá trị [H2CO3]*luôn là một hằng số

Năm 1960, phần thể tích của CO2 trong khí quyển chỉ là 320 ppm

6) Tính pH của nước mưa vào thời điểm này (tất cả các điều kiện khác

đều như câu 3.5.).Đá vôi (CaCO3) có tích số tan là KL=4.70·10-9

7) Tính độ tan của đá vôi trong nước tinh khiết Giả sử rằng cacbonat

hay hydrocacbonat đều không thể phản ứng tạo ra axit cacbonic Tính độ tan của đá vôi trong nước mưa trong điều kiện hiện nay Nhưtrên đã nói thì gía trị của [H2CO3]* luôn là một hằng số Để giải quyếtđược bài này hãy làm theo các bước sau:

8) Viết các ion mà ta vẫn chưa xác định được nồng độ và được yêu cầu

phải tính

9) Viết ra tất cả các biểu thức toán học cần thiết để tính các gía trị này.

10) Xác định biểu thức cuối cùng chỉ chứa [H3O +] như là một ẩn số Phương trình bậc cao này rất khó để có thể giải được chính xác Ta cóthể giả sử rằng pH của dung dịch này là pH = 8.26.

11) Tính độ tan của đá vôi trong nước mưa bằng cách sử dụng thông tin

cuối cùng

1) Dấm được sử dụng nhiều trong chế biến thực phẩm Thành phần

chính của dấm là acetic acid có vị cay nồng Một mẫu dấm thườngchứa khoảng 5 % acetic acid (theo tỉ lệ thể tích/thể tích, hay v/v).Khối lượng riêng của acetic acid là 1.05 g mL-1

a) Tính nồng độ mol của acetic acid trong dung dịch dấm

b) Tính pH của mẫu dấm ở trên, cho biết Ka (acetic acid) = 1.75·10-5

2) Lấy 100 mL mẫu dấm trên pha loãng thành 250 mL, rồi lấy 25 mL

đem chuẩn độ với dung dịch NaOH 0.100 M

1) Tính pH của dung dịch khi thêm vào 10 mL dung dịch NaOH

2) Tính pH của dung dịch ở điểm tương đương (điểm tương đương

là điểm kết thúc về mặt lí thuyết của quá trình chuẩn độ)

3) Máy đo pH thường được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng dung dịchđệm đã biết chính xác giá trị pH, ví dụ như dung dịch chứa sodiumacetate và acetic acid với pH = 5 Cần bao nhiêu mol sodiumacetate và acetic acid để điều chế 250 mL dung dịch đệm này? Chobiết tổng nồng độ tất cả các dạng của acetic acid trong dung dịch là0.8 M

Bài 5

Một loại dung dịch khử trùng dùng để xử lí vệ sinh tổ ong, có chứaformic và propionic acid Một nhân viên vệ sinh dịch tễ đã trộn các dungdịch sẵn có của các acid này, thu được 1.5 L dung dịch chứa 0.3 mol mỗiacid Thật tò mò khi biết cả hai dung dịch ban đầu có cùng giá trị pH.Hơn nữa, pH của dung dịch thu được cũng có giá trị như vậy

1) Tính pH của hỗn hợp các acid Biết hằng số acid của HCOOH và

C2H5COOH là 1.77·10-4 và 1.34·10-5

2) Xác định nồng độ của các acid trong các dung dịch ban đầu.

3) Tính tỉ lệ thể tích của các acid đem trộn ban đầu

4) Xác định độ phân li của các acid trong các dung dịch ban đầu và

trong hỗn hợp Giải thích kết quả này

5) Xác định thể tích nước cần thêm vào hỗn hợp acid để tăng gấp đôi

độ phân li của formic acid

Lấy 5 ml dung dịch H3PO4 có nồng độ 39,2 % và khối lượng riêng 1,25gam/cm3 đem pha loãng thành 500 ml, thu được dung dịch I Cho biếtcác giá trị hằng số acid Ka của H3PO4 lần lượt là 7,1·10-3; 6,2·10-8; 5,0·10-12.

1) Tính pH của dung dịch I.

2) Lấy 100 ml dung dịch I rồi hòa tan 0,28 gam NaOH vào, thu được

dung dịch II Tính pH dung dịch này

3) Thêm 0,0196 gam sulfuric acid vào dung dịch II, thu được dung dịch

III Tính pH dung dịch này

4) Thêm 20 mg NaOH vào dung dịch II, thu được dung dịch IV Tính pH

dung dịch này

5) Thêm 30 ml nước vào dung dịch II, thu được dung dịch V Tính pH

dung dịch này

6) Kết luận về khả năng duy trì pH ổn định của dung dịch II Lấy một số

ví dụ về các dung dịch cũng có khả năng tương tự Các dung dịch nàygọi là gì và được sử dụng cho mục đích nào?

Cơ chế của phản ứng thủy phân này như sau:

Biết hằng số phân ly axit nấc 1 và 2 tương ứng là pK1 = 6.12 và pK2 = 8.95

và k là hằng số tốc độ thực không phụ thuộc pH (giai đoạn 3) Giả thiết

rằng tốc độ phân ly axit cũng nhanh như tốc độ thủy phân

a) Viết phương trình phân ly thể hiện các hằng số K1 và K2 Đưa raphương trình tính tổng nồng độ anion pyrophotphat

b) Tính giá trị hằng số tốc độ thực k

c) Tính giá trị hằng số tốc độ

* 6

k

(ở pH=6) và

* 8

k

(ở pH = 8)

Các amino acid thiên nhiên, glutamine (Gln) và glutamic acid (Glu) chỉkhác nhau bởi nhóm amide và carboxylic ở cuối mạch Tuy nhiên, chỉmột khác biệt nhỏ như vậy cũng gây ra những khác biệt lớn đến tínhchất hóa học

1) Viết các cân bằng trong dung dịch nước của mỗi amino acid.

2) Xác định công thức tính hằng số cân bằng của các cân bằng trong ý 1.

Tính điểm đẳng điện IP (là giá trị pH mà tại đó điện tích dương bằngđiện tích âm) của mỗi amino acid Biết rằng:

Amino acid/pKa pK1 pK2 pK3

Glutamine 2.17 9.13

-Glutamic acid 2.19 9.67 4.25

Bài 9

Muối vô cơ A, tan tốt trong nước, có các tính chất sau:

a) Trong dung dịch nước (pH = 9.248) thì ngoài các ion tạo thành bởi sự

thủy phân, còn phát hiện ra 2 phân tử (B, C) và 3 ion (X, Y, Z) Nồng độ

của các phân tử và ion trong dung dịch là

[B] = 10-0.998 M; [C] = 10-3.251 M;

[X] = 10-1.002 M; [Y] = 10-1.003 M; [Z] = 10-4.357 M;

b) Phản ứng phân hủy nhiệt muối A khan là quá trình thuận nghịch, đi

kèm với sự tạo thành chỉ hai sản phẩm khí

1) Xác định công thức muối A và các vi hạt được kí hiệu ở trên Viết

phương trình phản ứng trong dung dịch nước, tạo thành các ion vàphân tử tương ứng

2) Đề xuất phương pháp để thu được muối A khan

Hòa tan 1,29 g tinh thể axit selenơ H2SeO3 trong nước rồi pha loãng đến

100 mL rồi nhúng chìm các điện cực của máy đo pH vào dung dịch này.Hãy cho biết trị số pH trên máy

Thêm vào dung dịch axit selenơ 5.00 mL dung dịch natri hydroxit (c=1.00mol/L) rồi đo pH lần nữa Quy trình này được lặp lại 4 lần, mỗi lần thêm5,00 mL dung dịch NaOH rồi đo pH Tính pH của tất cả các trường hợp đãnêu Cho biết các hằng số axit của axit selenơ lần lượt là: pK1=2.62;pK2=8.32

Chú ý, cho rằng thể tích dung dịch không thay đổi trong suốt quá trìnhchuẩn độ!

Bài 11

Maleic acid là một acid hai nấc Tùy thuộc vào pH mà maleic acid có thểtồn tại trong dung dịch ở nhiều dạng khác nhau Nếu dạng không phân liđược kí hiệu là H2M, thì các dạng có thể tồn tại trong dung dịch là H2M,

HM- và M2- Đặt CT là tổng nồng độ tất cả các dạng của acid, và tỉ lệ cácdạng tồn tại của maleic acid (các giá trị αn) được tính như sau:

F Holler, Stanley Crouch

Bài 12

Đương lượng xà phòng hóa là khối lượng (tính theo mg) mẫu ester cóthể được xà phòng hóa bởi 1 mol hydroxide ion Đương lượng xà phònghóa có thể được xác định bởi phương pháp sau (khoảng đương lượng

100 - 1000 mg mol-1; khối lượng mẫu 5 - 100 mg): Cân chính xác X (mg)mẫu, đặt vào bình xà phòng hóa rồi thêm một lượng thích hợp dung dịchpotassium hydroxide 0.5 mol L-1 vào Tiếp đó, nối với một bộ ngưng hồilưu và ống nước vôi, rồi đun hồi lưu trong 0.5 đến 3 giờ Sau khi phảnứng xà phòng hóa diễn ra hoàn toàn, dùng 1 - 2 mL ethanol để tẩy sạchthành bên trong ống ngưng tụ, sau đó tháo ống ngưng tụ ra và nhỏ ngay

5 giọt phenolphthalein vào rồi acid hóa bằng dung dịch hydrochloric 0.5mol L-1, dùng một lượng acid hơi dư Dung dịch acid hóa được chuyểnvào một bình nón, còn bình chứa cũ được rửa nhẹ bằng dung dịchethanol Sau đó, đổ dung dịch nước rửa này vào cùng bình nón trên.Thêm potassium hydroxide 0.5 mol L-1 vào bình nón cho đến khi dungdịch chuyển sang màu đỏ nhạt, sau đó điều chỉnh bằng cách thêmhydrochloric acid 0.0250 mol L-1 vào cho đến khi dung dịch thành khôngmàu, cần V1 (mL) hydrochloric acid; sau đó thêm 3 giọt chỉ thị màu xanhbromophenol xanh dương, sau đó chuẩn độ bằng hydrochloric acid0.0250 mol L-1 cho tới khi dung dịch chuyển sang màu xanh lá cây thìdừng lại, thấy hết V2 (mL) acid

Quy trình thực nghiệm trên được lặp lại mà không có ester và dung dịchchuẩn hydrochloric acid cần dùng lần lượt là V3 và V4 (mL)

1) Vai trò của ống nước vôi là gì?

2) Viết công thức tính đương lượng xà phòng hóa

3) Carboxylic acid tự do gây ra những tác động gì tới kết quả phân tích?

Làm sao để loại bỏ những tác động này?

Trong phòng thí nghiệm, có hỗn hợp của 3 muối khan, là carbonate hoặcbicarbonate của các kim loại, một trong số đó là kim loại kiềm thổ Cho0.1 gam hỗn hợp này vào nước, rồi lọc phần không tan ra Để chuẩn độ

dung dịch sau khi lọc (dung dịch 1) - với methyl da cam - thì dùng hết

Nếu nung hỗn hợp ban đầu tới 1400 oC thì khi lặp lại phép chuẩn độ

tương tự với dung dịch 3 cần tới 15.4 mL dung dịch HCl 0.10 M

1 Tính phần mol của các cấu tử trong hỗn hợp đầu

2 Cần sử dụng bao nhiêu (mL) dung dịch chuẩn để chuẩn độ dung dịchđược điều chế sau khi nung 0.1 gam mẫu ban đầu ở 200 oC (dung

dịch 4)? 1400 oC (dung dịch 5)?

3 Sắp xếp các dung dịch (1 - 5) theo chiều tăng dần pH, giả sử rằng các

hỗn hợp đều được hòa tan vào các thể tích bằng nhau (10 mL)

Bài 14

Chuẩn độ một mẫu (VA = 10.00 mL) dung dịch hỗn hợp hydroxide và

carbonate của potassium (dung dịch A) bằng dung dịch HCl 0.1000 M,

với methyl da cam (hằng số chỉ thị 10-4.4), thì cần V1 = 14.40 mL chất

chuẩn (phép chuẩn độ 1) Chuẩn độ cũng mẫu dung dịch A như trên với

a) Xác định thành phần của dung dịch tạo thành khi dẫn CO2 qua.b) Tính lượng CO2 đã bị hấp thụ

3) Thêm 15.00 mL dung dịch HCl 0.1000 M vào 10.00 mL dung dịch A,

đun sôi dung dịch tạo thành trong bình hồi lưu rồi để nguội rồi

chuẩn độ với dung dịch A khi có mặt chỉ thị methyl da cam Tính thể

tích chất chuẩn cần cho phép chuẩn độ này

4) Tiến hành chuẩn độ nhanh 10.00 mL dung dịch HCl 0.1000 M với

dung dịch A khi có mặt phenolphthalein Tính thể tích chất chuẩncần cho phép chuẩn độ này Biết độ tan CO2 ở nhiệt độ thường là0.045 M

Để phân tích hỗn hợp Na2CO3, Na2C2O4 và NaCl, trước tiên hoà tan0.7371 gam hỗn hợp này vào nước Sau đó, thêm 20.00 mL dung dịchchuẩn HCl 0.2000 M vào rồi đun sôi dung dịch thu được và chuẩn độbằng NaOH Cần dùng 8.24 mL dung dịch NaOH 0.1016 M cho phépchuẩn độ này, chỉ thị là phenolphthalein, có pT 9 (lần chuẩn độ đầu) Nung 0.6418 gam hỗn hợp như trên ở 800 oC Sau đó, hoà tan bã rắn vàonước rồi thêm 50.00 mL dung dịch chuẩn HCl 0.200 M vào Đun sôi dungdịch và chuẩn độ bằng 14.72 mL dung dịch NaOH 0.1016 M với cùngchất chỉ thị như trên (lần chuẩn độ thứ hai)

1) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong quy trình phân tích này 2) Tính % các chất trong hỗn hợp đem phân tích

Bài 16

Một trong những đặc tính quan trọng nhất của môi trường dung dịch là

độ acid Đây là tính chất ảnh hưởng đến khả năng xảy ra của nhiều quátrình trong dung dịch Tính chất này có tầm quan trọng đặc biệt trongcác hệ sinh hóa, do các enzyme và nhiều phân tử hoạt tính sinh học chỉhoạt động được trong một khoảng nhỏ của độ acid Do đó, các hệ đệm -những dung dịch mà độ acid biến thiên rất ít khi pha loãng và thêm mộtlượng nhỏ cac acid và base mạnh - có vai trò thiết yếu

Biểu thức định lượng độ acid của môi trường là giá trị pH, một đại lượngkhông có thứ nguyên, bằng giá trị âm của logarithm thập phân của nồng

độ hydrogen ion trong dung dịch, (pH = -lg[H+]) (nồng độ tính theo đơn

vị mol/L) Do không

1 pH của nước cất bằng bao nhiêu? pH sẽ thay đổi thế nào khi để một

cốc nước cất trong không khí

Một trong những chất chỉ thị nổi tiếng nhất mà bạn có thể đã thấy và sử

dụng trong trường học là hợp chất A, trong quá khứ từng được dùng làm thuốc nhuận tràng Chất A thu được bằng cách ngưng tụ hai hợp chất thơm B và C (có hàm lượng carbon tương ứng là 76.6 % và 64 9%)

khi có mặt sulfuric acid đặc

Khi môi trường dung dịch chuyển từ trung tính sang kiềm thì A sẽ

chuyển từ không màu sang màu đỏ thắm Tuy nhiên, trong môi trường

kiềm mạnh thì A lại mất màu, còn trong môi trường acid mạnh thì lại có

màu da cam

2 Xác định tên gọi thông thường của các chất A, B, C

3 Dưới đây là các dạng khác nhau của A (A1 - A4) và các khoảng pH tồn

tại nhất định của chúng

a) dung dịch NaOH loãng (~ 0.001 M)

5 Một chất chỉ thị acid-base khác cũng được biết đến rộng rãi là

methyl da cam Chất này được tổng hợp bởi phản ứng diazo hóa

sulfonic acid thơm G theo sơ đồ sau:

a Viết phương trình phản ứng chuyển dạng trung hòa điện của G (Г) thành D (Д)

b Vẽ cấu tạo của các hợp chất G, D, E

c Xác định màu của chỉ thị methyl da cam trong môi trường acid (pH <3) và môi trường kiềm

d Vẽ các cấu trúc cộng hưởng của dạng acid của methyl da cam

Bài 17

Phenolphthalein được Adolf von Baeyer điều chế lầnđầu tiên vào năm 1871 từ C6H6O và C8H4O3 bằng cách đun nóng các hợpchất này trong sulfuric acid đặc Hơn một thế kỉ sau, chất này được cácdược sĩ sử dụng làm thuốc nhuận tràng Còn các nhà hóa học thì tậndụng đặc tính biến đổi màu sắc theo pH của nó:

Từ H3In+ H2In In2- In(OH)

3-pH < 0 0 - 8.2 8.2 - 12.0 > 12.0

Màu sắc

dung dịch Da cam Không màu Màu hồng Không màu

1 Đề xuất công thức cấu tạo của C6H6O và C8H4O3

2 Vẽ công thức cấu tạo của tất cả các dạng của phenolphthalein

3 Phenolphthalein có thể được sử dụng làm thành phần của mựctàng hình (mực biến màu), với màu hồng sẽ biến mất theo thời gian.Thành phần cần thiết thứ hai của mực tàng hình là gì? Viết phương trìnhphản ứng dẫn tới sự biến màu mực Tác nhân nào có thể được sử dụng

để phục hồi màu mực?

4 Một mẫu dung dịch chứa carbonate và hydrocarbonate ion đượcchuẩn độ bằng V1 mL dung dịch HCl chuẩn với chỉ thị phenolphthalein(khoảng biến đổi màu: pH 8.2 - 9.8) Một mẫu tương tự được chuẩn độbằng V2 mL dung dịch HCl chuẩn, có chỉ thị methyl da cam (khoảng biếnđổi màu: pH 3.1 - 4.4) Những loại hợp chất nào được tạo thành trong

các phản ứng cho phép xác định HCN.

Bài 18

Dưới đây là các đường cong chuẩn độ 10.00 mL dung dịch chất X (khốilượng mol 381.4) với các dung dịch sau: a) HCl 0.02274 M; b) NaOH0.02171 M và c) mannitol 0.500 M

Phương trình Henderson-Hasselbalch thường được dùng để tính pH củadung dịch đệm Để thu được phương trình này thì luận điểm chủ yếu làaxit và bazơ đệm phải yếu để có thể đơn giản hóa Trong bài tập nàychúng ta sẽ khảo sát phạm vi áp dụng của phương trình này Biết pKA củaaxit dicloaxetic là 1.290

1) Áp dụng phương trình Henderson-Hasselbalch, hãy tính pH của dung

dịch hỗn hợp axit dicloaxetic và natri dicloaxetat với nồng độ mỗichất là 0.100 mol/L,

Tiếp theo chúng ta sẽ kiểm tra kết quả câu 1 bằng cách khảo sát dungdịch axit dicloaxetic có nồng độ 0.100 mol/L (thể tích 1L)

2) Tính pH của dung dịch này (bỏ qua sự phân ly của nước và cho rằng

hoạt độ các ion là 1) Bên cạnh đó hãy xác định nồng độ các ion tồntại trong dung dịch

Lúc này cho vào 0.1 mol natri dicloaxetat rắn để dịch chuyển cân bằng

3) Tính pH của dung dịch mới bằng cách không áp dụng lại những giả

định gần đúng đã sử dụng Sai số thu được giữa giả định gần đúngHenderson-Hasselbalch so với nồng độ chính xác của ion H3O+-là baonhiêu (%)?

Bài 20

Phosphoric acid (H3PO4) là một acid ba chức với K1 = 7.52·10-3, K2 =6.31·10-8, và K3 = 1.26·10-12

1) Tính các giá trị pH ở 3 điểm tương đương (pH1, pH2, pH3) khi chuẩn

độ dung dịch phosphoric acid 0.100 M bởi sodium hydroxide 0.100

M

2) Xác định sai số chỉ thị Δ của phép chuẩn độ phosphoric acid ở giai

đoạn đầu tiên (với chỉ thị methyl da cam, pT = 4.0) và giai đoạn hai(với chỉ thị phenolphthalein, pT = 9.0)

3) Tính giá trị pH của dung dịch đệm tạo thành bằng cách trộn lẫn các

dung dịch Na2HPO4 1.00 M và NaH2PO4 với thể tích bằng nhau

4) pH của một hệ đệm sẽ thay đổi như thế nào nếu bị pha loãng 10 lần? 5) Khả năng đệm (π) là số mol của một acid hoặc base cần thêm vào

1.00 L dung dịch để làm pH của nó thay đổi 1 đơn vị Tính khả năngđệm của dung dịch ở ý 3

6) So sánh khả năng đệm của dung dịch 1 (Na3PO4 1.00 M/Na2HPO41.00 M, tỉ lệ thể tích 1:1, khả năng đệm π 1) và dung dịch 2 (Na2HPO41.00 M/NaH2PO4 1.00 M, tỉ lệ thể tích 1:1, khả năng đệm π 2)

7) Xác định tỉ lệ mol của các thành phần trong một dung dịch đệm để

khả năng đệm đạt giá trị cực đại

Ammophos, một hỗn hợp của dihydrogen phosphate và ammoniumhydrogen phosphate, được sử dụng rộng rãi làm phân bón chứa cảnitrogen (đạm) lẫn phosphorus (lân) Công thức của ammophos khô cóthể được biểu diễn là: a(NH4)2HPO4·bNH4H2PO4 - trong đó a là phần molcủa hydrophosphate (0 < a <1), và b là phần mol của dihydrogenphosphate (0 < b <1)

1) Một mảnh đất diện tích 100 m2 sử dụng 4.5 kg loại phân bón này.Xác định thành phần của ammophos để khối lượng của phosphorus

và nitrogen trên mỗi m2 đất không vượt ngưỡng 11.2 gram và 8.4gram

2) pH của dung dịch thu được bằng cách hòa tan một mẫu ammophos

trong 1.00 L nước là 6.14 Xác định thành phần của ammophos(phần mol của các cấu tử) Cho biết rằng dung dịch được chứa trongmột bình gần như đóng kín, nghĩa là không giải phóng ammonia

3) Trong khí quyển ammonia 1 atm, có 40.9 gram khí này hòa tan trong

100 gram nước (ρdung dịch = 0.76 gram/mL) Từ những dữ kiện này, hãyxác định:

a) pH của dung dịch NH3 bão hòa ở p(NH3) = 1 atm = 101325 Pa (bỏqua sự thay đổi nồng độ ion trong dung dịch)

b) Hằng số cân bằng của phản ứng NH3 (dung dịch)ƒ NH3 (khí)

4) Nồng độ ammonia trong không khí tối đa được phép (hay "ngưỡng

giới hạn") là 0.0200 mg/L Một kĩ thuật viên phòng thí nghiệm đãhòa tan 20.0 gram ammonium phosphate có công thức0.50(NH4)2HPO4·0.50NH4H2PO4 vào 1.00 L nước trong một bình chứa

để mở, đặt trong phòng thí nghiệm đóng kín có kích thước 8 m · 5 m

· 2.5 m ở 25 oC Sau một thời gian, pH của dung dịch giảm xuống4.60 Nồng độ ammonia trong phòng đã đạt tới ngưỡng giới hạnchưa? Bỏ qua ảnh hưởng của CO2 Trước tiên, hãy tính các nồng độcân bằng của phosphoric acid và các orthophosphate ion, cũng nhưnồng độ cân bằng của ammonia và ammonium ion trong dung dịch Cho biết: Ka1(H3PO4) = 7.52·10-3, Ka2(H3PO4) = 6.31·10-8, Ka3(H3PO4) =1.26·10-12, Ka(NH4) = 6.31·10-10, Kw = 1.00·10-14

Bài 22

Ascorbic acid (AA), thường biết đến với tên gọi "vitamin C", được sử

dụng làm chất cung cấp vitamin

1) Nhóm nào trong AA dễ phân li proton nhất?

2) Có bao nhiêu hằng số phân li của các giai đoạn có thể được ước

lượng từ đường cong chuẩn độ dung dịch AK 0.1 M bởi dung dịchkiềm 0.1 M không? Ước tính chúng theo 3 cách khác nhau, biết rằng

pH ở điểm tương đương bằng 8.4

NaOH 0.1000 M và các chỉ thị: methyl da cam (pT = 3.5),bromophenol đỏ (pT = 6.0), phenol đỏ (pT = 8.0) và thymolphthalein(pT = 10.2)? Viết phương trình phản ứng là cơ sở cho phép phân tích

và cho biết chỉ thị được lựa chọn Cho biết citric acid có: рKа1 = 3.1;рKа2 = 4.7; рKа3 = 6.4 Tính pH của dung dịch citrate 2 lần thế, Na2HA,giả sử rằng trong dung dịch của nó có cân bằng:

2- - 2

3-2HA ƒ H A + A

4) Tiến hành phân tích một hỗn hợp AA và CA khan, được làm khô bằng phương pháp chuẩn độ Để oxid hóa AA, lấy m1 gram mẫu hòa

tan vào 25.00 mL nước, rồi thêm 1.50 mL dung dịch iodine 0.0752 Mvào một đơn vị mẫu (10.00 mL) dung dịch này và để hỗn hợp trongtối, sau 2 phút thì thêm chỉ thị hồ tinh bột vào và chuẩn độ với dungdịch sodium thiosulfate 0.00984 M thì cần 2.63 mL chất chuẩn Lấym1 gram mẫu như trên hòa tan vào 20.00 mL nước rồi thêm vào 1

mL H2SO4 đặc và 15.00 mL KMnO4 0.1053 M, đun nóng rồi chuẩn độvới dung dịch FeSO4 0.1011 M thì cần 10.88 mL chất chuẩn Viếtphương trình các phản ứng diễn ra, chú ý rằng ascorbic acid bị oxidhóa bởi iodine tạo thành dehydroascorbine C6H6O6 và permanganateoxid hóa cả hai acid thành CO2 Tính khối lượng AA và CA trong mẫu

Bài 23

1 Trong phòng thí nghiệm có một lọ đựng dung dịch nước của một

axit, nghi là axit citric vì tên hóa chất bị nhòe một phần, nhưng vẫnđọc được chính xác giá trị nồng độ (mol/L) của axit đó Để khẳng địnhđiều nghi ngờ trên, người ta tiến hành đo pH của dung dịch đó thìthấy [H+] trong dung dịch bằng đúng giá trị nồng độ ghi trên nhãn.Bằng phép tính cụ thể, hãy chứng tỏ rằng dung dịch đó là axit citric

và cho biết nồng độ của axit

2 Khi chuẩn độ các đa axit hoặc đa bazơ, nếu tỉ số các hẳng số phân ly

kế tiếp vượt quá 1.104 lần thì cho phép chuẩn độ riêng rẽ từng nấcvới sai số không quá 1% Mặt khác để đảm bảo sai số cho phép,người ta thường chỉ chuẩn độ các axit, bazơ có hằng số cân bằng lớnhơn 10-9 Chuẩn độ 100,00 mL dung dịch axit trên bằng dung dịchNaOH 5,00.10-3M

a) Viết phương trình phản ứng chuẩn độ

b) Tính pH tại điểm tương đương

c) Hãy chọn chất chỉ thị thích hợp nhất cho phép chuẩn độ trên trong

số các chất chỉ thị sau đây: Metyl đó (pH = 6,20); Bromthymol xanh(pH = 7,60); Đỏ trung tính (pH = 8,00); Phenolphtalein (pH = 9,00)

3 Trong phép chuẩn độ xác định nồng độ axit citric bằng NaOH, với mỗi

trường hợp sau đây hãy cho biết nồng độ axit citric được xác định làcao hơn hay thấp hơn so với giá trị thực? Giải thích

a) Pipet dùng để lấy 100,00 mL dung dịch H3Cit chỉ lấy được 99,90 mLdung dịch

b) Dùng bromthymol xanh để xác định điểm dừng chuẩn độ

c) Buret chỉ được tráng bằng nước cất mà không tráng bằng dung dịchNaOH 5,00.10-3 M

Cho biết: Đối với axit citric HOOC(OH)C(CH2COOH)2, các giá trị hằng

số phân ly axit từng nấc lần lượt là pKa1 = 3,13; pKa2 = 4,76; pKa3 =6,40

4 Đệm vạn năng còn gọi là đệm Briston – Robinson, được dùng rất phổ

để được dung dịch có pH = 8,5.

Biết H3PO4 có pKa1 = 2,12; pKa2 = 7,21 và pKa3 = 12,36

CH3COOH có pKa = 4, 75 và H3BO3 có pKa = 9,25

Chuyên đề 29: Phản ứng tạo phức và chuẩn độ

Eriocrom đen T (H3Ind) là một chất chỉ thị thông dụng trong các phảnứng chuẩn độ tạo phức với EDTA (Na2H2Y) Hợp chất này chứa một nhómsunfonic axit tan tốt trong nước và 2 nhóm phenol chỉ tan một phần (Ka1

= 5,0.10-7 ; Ka2 = 2,8.10-12)

H2O + H2Ind- = Hind2- + H3O+

Đỏ xanh da trời

H2O + Hind2- = Ind3- + H3O+

Xanh da trời cam

a) Phức kim loại của Eriocrom đen T có màu đỏ Tính pH nhỏ nhất mà ở

đó có thể sử dụng Eriocrom đen T là chất chỉ thị cho phản ứng tạo phức(cho rằng sự thay đổi màu sắc chỉ có thể quan sát được khi nồng độ củahai dạng mang màu chênh nhau 10 lần)

b) Xác định vùng chuyển màu của Eriocrom đen T khi chuẩn độ Mg2+ và

Ca2+ ở pH = 10,0 Biết hằng số bền của phức MgInd- là 1,0.107 và CaInd- là2,58.105

c) Chuẩn độ 50,00 mL hai dung dịch gồm Mg2+ và Ca2+ 0,00500 M (mỗidung dịch chỉ chứa một ion) bằng 25mL dung dịch EDTA 0,0100 M ở pH =

10 Cho biết hằng số cân bằng tạo phức ở pH này là Kb(MgY 2-) = 1,72.108

và Kb(CaY2-) = 1,75.1010 Xác định nồng độ cân bằng của ion kim loại

Bài 3

Dưới đây là trích đoạn trong một bài báo khoa học :

Ngày nay, một trong những vấn đề trước mắt là bệnh sỏi thận… Trong đa

số các trường hợp, sỏi thận đều có thành phần đa phase Nghiên cứu vềnhững viên sỏi lấy ra từ cơ thể sống chứng tỏ thành phần sau đây củacác phần bên trong và bên ngoài: phần nhân chứa khoáng whewellite,phần giữa là khoáng whedellite, phần bên ngoài là khoáng brushite;hoặc phần nhân chứa uric acid, phần giữa là khoáng whedellite hoặcwhewellite; phần bên ngoài là hydroxyapatite, …

Hiện tại đã có nhiều nhiều loại thuốc chữa sỏi thận Blemarene - đượcdùng phổ biến để hoà tan (phá huỷ) sỏi - là một hệ đệm gồm gồm citricacid và các muối ba lần thế của nó, cụ thể là potassium và sodiumcitrate Hiệu quả hoà tan sỏi được giải thích bởi sự tăng giá trị pH củaurine (lên đến 6.8) do tác động của blemarene… Sự phá huỷ sỏi oxalatadựa vào sự tạo phức của calcium ion với citrate (lgKstab = 4.68)

(Tạp chí Hoá học Vô cơ Nga, 2002, tập 47, số 3, trang 456-464)

1) Xác định công thức hoá học của whewellite, whedellite, brushite,

hydroxyapatite và uric acid dựa vào các thành phần nguyên tố sau.Gọi tên các chất này

Khoáng Phần trăm khối lượng, %

b) Chỉ tồn tại duy nhất dạng X3- trong dung dịch.

c) Nồng độ của hai ion hydrocitrate và citrate bằng nhau

4) Tỉ lệ nồng độ của các dạng proton hóa khác nhau của citric acid (H3X,H2X-, HX2, X3-) trong urine sau khi có tác động của blemarine là baonhiêu? Cho biết pH của urine là 6.8

5) Phải trộn citric acid và potassium citrate ở tỉ lệ mol nào để tạo được

pH = 6.8

6) Khả năng tạo phức của ion Ca2+ với blemarine phụ thuộc như thế nàovào pH của urine?

7) Tính độ tan của whedellite trong urine (gam/L) dưới ảnh hưởng của

blemarene nếu tích số tan của whedellite là KS = 1.8·10-9 Tổng nồng

độ của citric acid và muối của nó trong urine sau tác động củablemarene là 0.012M

8) Dạng nào của citric acid tồn tại trong urine ở pH = 6.8? Cho biết hằng

số acid của citric acid là Ka1 = 10-5.75 và Ka2 = 10-10.3

Bài 4

Nhà hóa học trẻ Vasya cân 1.5 gam đinh sắt rồi đun nóng chúng trong

100 mL dung dịch citric acid (H3Cit, xem hình) Ngay khi rỉ biến mất khỏi

bề mặt đinh sắt (nhưng trước khi xảy ra sự hòa tan sắt), cậu đổ chất lỏng

đi và lặp lại quá trình đun nóng với dung dịch citric acid mới Khi phảnứng kết thúc, cậu lọc dung dịch (khối lượng đinh sắt không bị hòa tan là0.1 gam) rồi làm bay hơi đến khô Sau đó, Vasya đặt muối khô (muốicitrate monohydrate trung hòa) vào một ống nghiệm, đậy lại bằng nắpkính rồi đốt trong phòng thông gió để tránh ngộ độc bởi khí thoát ra Sảnphẩm rắn (có khối lượng tổng là 1.0 gam) được hút bởi một nam châm.Khi Vasya đổ hóa chất từ ống nghiệm ra, cậu quan sát thấy những tia lửađẹp xuất hiện do phản ứng tự cháy trong không khí Sau thí nghiệm, trênthành ống nghiệm còn sót lại một ít bồ hóng (muội)

1) Viết các phương trình phản ứng hòa tan đinh sắt và gỉ (Fe(OH)3),phương trình tối giản của phản ứng phân hủy citrate và phản ứngđốt cháy sản phẩm Tính khối lượng gỉ bị hòa tan

3) Tính tỉ lệ tốc độ hòa tan trong nước chanh và trong sulfuric acid

0.005 M với: a) gỉ sắt và b) sắt Để trả lời câu hỏi này, bạn cần tính

a(Cit3-) 5.6 10∙ -12 8.9 10∙ -11 1.4 10∙ -9 2.01 10∙ -8 2.7 10∙ -7

a(Cit3-) 3.08 10∙ -6 2.83 10∙ -5 2.09 10∙ -4 1.27 10∙ -3