Các bài tập về dung dịch và sự điện ly

Các bài tập về dung dịch và sự điện ly

B CÔNG TH Ộ ƯƠ NG

TR ƯỜ NG CAO Đ NG CÔNG NGHI P TUY HÒA Ẳ Ệ

KHOA CÔNG NGH HÓA Ệ

- -TI U LU N Ể Ậ

Giáo viên h ướ ng d n : Tr n Văn Th m ẫ ầ ắ

Sinh viên th c hi n : D ự ệ ươ ng Văn Dũng

L p ớ : CĐ HN32B

Khóa : 32

H : Cao đ ng ệ ẳ

-TP Tuy Hòa, Tháng 5 năm 2010

Bài ti u lu n v “các d ng bài t p dung d ch đi n li” làm rõ các d ng bài t p trong dung ể ậ ề ạ ậ ị ệ ạ ậ

d ch đi n li ị ệ

Bài ti u lu n đ ể ậ ượ c xây d ng theo nguyên tác sau: ự

1 Các d ng bài t p đ ạ ậ ượ ắ c s p x p theo th t t đ n gi n đ n ph c t p: ế ứ ự ừ ơ ả ế ứ ạ

 S l ơ ượ c v axit và baz ề ơ

 Dung d ch các đ n axit và đ n baz ị ơ ơ ơ

 Đa axit và đa baz ơ

 Các ch t đi n li l ấ ệ ưỡ ng tính.

 Dung d ch đ m ị ệ

2.Trong m i ph n đ u có tóm t t lý thuy t, bài t p có l i gi i và bài t p v n d ng Ph n ỗ ầ ề ắ ế ậ ờ ả ậ ậ ụ ầ

tóm t t lí thuy t ắ ế nêu lí thuy t tr ng tâm c a t ng ph n giúp n m l h n v lý thuy t. ế ọ ủ ừ ầ ắ ỉ ơ ề ế

Ph n ầ ph n bài t p có l i gi i ầ ậ ờ ả trình bày các bài t p m u có l i gi i t mĩ đ minh ậ ẫ ờ ả ỉ ể

h a toàn b lý thuy t c a t ng ph n, đ ọ ộ ế ủ ừ ầ ượ ắ c s p x p t đ n gi n đ n phúc t p ế ừ ơ ả ế ạ

Ph n ầ bài t p v n d ng ậ ậ ụ bao g m nh ng bài t p minh h a ki n th c c b n c a ồ ữ ậ ọ ế ứ ơ ả ủ

t ng ph n, giúp v n d ng lý thuy t đã h c vào làm bài t p ừ ầ ậ ụ ế ọ ậ

3 Trong ph n bài t p bao g m: ầ ậ ồ

 Bài t p đ nh tính ậ ị

 Bài t p đ nh l ậ ị ượ ng.

-PH N 1 – CÁC AXIT VÀ CÁC BAZ Ầ Ơ TÓM T T LÝ THUY T Ắ Ế

 Theo Areniut, axit là nh ng ch t có kh năng phân li trong dung d ch thành cation hidro (Hữ ấ ả ị +), còn baz làơ

nh ng ch t kh năng phân li trong dung d ch thành anion hidroxit (OHữ ấ ả ị -)

 Theo Bronstet va Lauri, axit có kh năng nhả ường proton, còn baz là nh ng ch t có kh năng nh n proton.ơ ữ ấ ẳ ậ

 Các ch t đi n li lấ ệ ưỡng tính là nh ng ch t có v a có tính axit (cho proton) v a có tính baz (nh n proton).ữ ấ ừ ừ ơ ậ

 Ch s ho t đ ng ion hidro (pH) đ c tr ng cho tính axit-baz c a dung d ch và b ng logarit c a ho t đ ionỉ ố ạ ộ ặ ư ơ ủ ị ằ ủ ạ ộ hidro: pH= -lg(H+) ho c pH= -lg[Hặ +] (đ i v i các dung d ch loãng).ố ớ ị

Trong dung d ch axit: [Hị +] > 1,00.10-7 M; pH<7,00; pOH>7,00

Trong dung d ch baz : [Hị ơ +] < 1,00.10-7 M; pH>7,00; pOH<7,00

Trong môi trường trung tính: [H+] = 1,00.10-7 M; pH=7,00; pOH=7,00

BÀI T P CÓ L I GI I Ậ Ờ Ả 1.1 10,00 ml dung d ch CHị 3COOH (kí hi u là HAx) n ng đ 1,00 M v i 10,00 ml NaOH 1,00 M.ệ ồ ộ ớ

H n h p có pH g n đúng b ng bao nhiêu?ỗ ợ ầ ằ

L i gi i:ờ ả

00 , 20

00 , 10 00 ,

Ph n ngả ứ HAx + NaOH  NaAx + H2o

0,500 0,500 0,000 0,000 0,500

TPGH: NaAx 0,500 M

Các quá trình: NaAx  Na+ + Ax

0,500

H2O ⇌ H+ + OH

-Ax- + H2O ⇌ HAx +OH

-[OH-]dd > [H+]dd V y dung d ch có ph n ng baz ,pH l n h n 7.ậ ị ả ứ ơ ớ ơ

BÀI T P V N D NG Ậ Ậ Ụ 1.2 Tr n 10,00 ml dung d ch NHộ ị 3 0,50 M v i 5,00 ml Hớ 2SO4 1,00 M Hãy cho bi t pH g n đúng c a dung d chế ầ ủ ị

b ng bao nhiêu?Tr l i: pH < 7.ằ ả ờ

PH N II - D NG BÀI T P C A DUNG D CH CÁC Đ N AXIT VÀ BAZ Ầ Ạ Ậ Ủ Ị Ơ Ơ

2.1 AXIT M NH VÀ BAZ M NH Ạ Ơ Ạ

TÓM T T LÝ THUY T Ắ Ế

Axit m nh (kí hi u là HY) là nh ng ch t trong dung d ch có kh năng nhạ ệ ữ ấ ị ả ường hoàn toàn proton cho nước:

HY + H2O → H3O+ + Y

-Cân b ng trên thằ ường được vi t dế ướ ại d ng đ n gi n nh :ơ ả ư

HY → H+ + Y

-Trong dung d ch baz m nh (kí hi u là XOH) toàn b lị ơ ạ ệ ộ ượng baz có kh năng thu proton c a nơ ả ủ ước:

XOH + H2O →X+(H2O) + OH-

M t cách đ n gi n có th bi u di n: ộ ơ ả ể ể ễ

XOH → X+ + OH

-Các bài t p dậ ưới đây, khi gi i có thê coi h s ho t đ c a các c u t đ u b ng 1, do đó pH = -lg(Hả ệ ố ạ ộ ủ ấ ử ề ằ +)≈ -lg[H+]

-BÀI T P CÓ L I GI I Ậ Ờ Ả

2.1.1 Tính [H+], [OH-]c a dung d ch HCl có pH = 3,00.ủ ị

L i gi iờ ả :

HCl → H+ + Cl

-H2O ⇌ H+ + OH- Kw=1,0.10-14

[H+] = 10-pH = 1,0.10-3 (M) → [OH-] = Kw/[H+] = 1,0.10-11 (M)

2.1.2 Tính [H+], [OH-]c a dung d ch HNOủ ị 3 0,10 M

L i gi iờ ả :

HNO3 → H+ + NO3

0,10 0,10

H2O ⇌ H+ + OH

-Vì CH+ = 0,10>> 1,0.10-7 →[H+] ≈ CH+ =0,10 M

Suy ra: pH = -lg(H+)= -lg(0,10) V y pH=1,00; pOH=14-1=13.ậ

Suy ra: [OH-] = 1,0.10-13 M

2.1.3 Tr n 15,00 ml dung d ch HCl có pH= 3,00M v i 25,00ml dung d ch NaOH có pH=10,00 H i dung d ch thuộ ị ớ ị ỏ ị

được có ph n ng axit hay baz ?ả ứ ơ

L i gi iờ ả :

Trong dung d ch HCl có pH=3,00 thì [Hị +]= [OH-] + C0,HCl

→ C0,HCl =[H+]= [OH-]= 10-3 – 10-14/10-10 = 1,0 10-3

Dung d ch NaOH co pH=10,00ị

→ C0,HCl =[ OH-] = 10-14/10-10 = 1,0.10-4 M

Sau khi tr n:ộ

C0

00 , 40 00 , 15 10 0 ,

10 25 , 6 00 , 40 00 , 25 10 0 ,

=

Ph n ng:ả ứ

HCl + NaOH → NaCl + H2O

C0 3,75.10-14 6,25.10-5

C 3,125.10-4 - 6,25.10-5

Sau khi ph n ng d axit V y dung d ch có ph n ng axit:ả ứ ư ậ ị ả ứ

[H+] ≈ CHCl= 3,125.10-4 → pH=3,51

2.1.4 Tính n ng đ %(P%) c a dung d ch NaOH (d=1,12g/ml) đ khi tr n 20,00 ml dung d ch này v i 180,00ồ ộ ủ ị ể ộ ị ớ

ml dung d ch NHị 3 có pH= 2,0 s thu đẽ ược h n h p pH=13,5.ỗ ợ

L i gi iờ ả :

Dung d ch NHị 3 có pH=2,00 → c0 NH, 3=[H+]= 1,0.10-2 M

Sau khi tr nộ 2 9,0.10 3

200 180 10 0 , 1

3

−

−

=

=

o NH

200 100 40

20 1000 12 , 1

=

=

V y h n h p thu đậ ỗ ợ ược có pH=13,5 (môi trường baz m nh) →d NaOHơ ạ ư

CNaOH ≈ [OH-]= 10-14/10-13,5 =0,028.P- 9,0.10-3 →P = 11,6

V y n ng đ % c a dung d ch NaOH là 11,6%.ậ ồ ộ ủ ị

2.1.5 Tính s gam NaOH ph i cho vào h n h p thu đố ả ỗ ợ ược khi thêm 8,00 ml HNO3 0,0100 vào nướ ồc r i pha loãng thành 500 ml đ pH dung d ch thu để ị ược b ng 7,50 (coi th tích không thay đ i trong quá trình hòa tan).ằ ể ổ

L i gi iờ ả :

G i m là s gam c a NaOH c n tìm: Cọ ố ủ ầ NaOH = 103.m/40.500=m/20

M

00 , 500

00 , 8 0100 , 0

3

−

=

=

Vì pH= 7,50 → d NaOHư

Ph n ng: ả ứ HNO3 + NaOH → NaCl + H2O

Vì pH =7,50 ≈ 7,00 → ph i k đ n cân b ng c a phân li nả ể ế ằ ủ ước

Các quá trình s y ra trong dung d ch:ả ị

NaOH d ư → Na+ + OH

-H2O ⇌ H+ + OH

-ĐKP: [H+]=[OH-] – CNaOH d ư Hay 10-7,50=10-6,5 – (m.20 – 1,6.10-4)

→ m = 0,0032 (gam)

-BÀI T P V N D NG Ậ Ậ Ụ

2.1.6 Tính [H+], [OH-]c a dung d ch NaOH 0,025 M ủ ị

Tr l i: pH= 12,40.ả ờ

2.1.7 Tính s gam KOH c n trung hòa trong 5,00 lít nố ầ ước sao cho pH c a dung d ch thu đủ ị ược b ng 11,50 (coiằ

th tích không thay đ i trong quá trình hòa tan) ể ổ

Tr l i: m = 0,885 gam.ả ờ

2.1.8 Tính pH c a h n h p thu đủ ỗ ợ ược khi tr n 1 ml HClOộ 4 0,1001 M v i 1 ml KOH 0,1000 M r i pha loãng thànhớ ồ

1 lít

Tr l i: pH=6,79.ả ờ

2.2 Đ N AXIT Y U VÀ BAZ Y U Ơ Ế Ơ Ế

TÓM T T LÝ THUY T Ắ Ế

1 Đ n aixt y u (kí hi u HA) là nh ng ch t trong dung d ch có kh năng nhơ ế ệ ữ ấ ị ả ường m t ph n proton choộ ầ

nước và dung d ch có ph n ng axit.ị ả ứ

Đ m nh c a các đ n axit y u độ ạ ủ ơ ế ược đ c tr ng b i h ng s phân li axit Kặ ư ở ằ ố a ho c ch s phân li axit pKặ ỉ ố a = -lgKa Giá tr Kị a càng l n hay pKớ a càng y u thì axit càng m nh.ế ạ

2 Đ m nh y u c a axit y u cũng độ ạ ế ủ ế ược ph n ánh qua đ đi n li ả ộ ệ a.Đ đi n li ộ ệ a là t s gi a s mol nỉ ố ữ ố

c a ch t đã phaanli thành ion v i t ng s mol nủ ấ ớ ổ ố 0 c a ch t tan trong dung d ch Ho c ủ ấ ị ặ a là t s gi a n ng đỉ ố ữ ồ ộ

ch t đã phân li v i t ng n ng đ ch t đi n li Đ đi n li t l thu n v i h ng s phân li K và t l ngh ch v iấ ớ ổ ồ ộ ấ ệ ộ ệ ỉ ệ ậ ớ ằ ố ỉ ệ ị ớ

n ng đ Đ i v i d n axiit HA ta có liên h :ồ ộ ố ớ ơ ệ

Trong dung d ch axit cac HA x y ra các quá trình sau:ị ả

HA ⇌ H+ + A- (2.1.1)

H2O ⇌ H+ + OH- (2.1.2)

N u Kế a.CHA>>Kw thì có th tính thành ph n c a h theo cân b ng (2.1.1)ể ầ ủ ệ ằ

N u Kế a.CHA ≈ Kw thì ph i k đ n s phân li c a nả ể ế ự ủ ước

3 Đ n baz y u (lí hi u Aơ ơ ế ệ -) là nh ng ch t mà trong dung d ch, m t ph n c a chúng có kh năng thuữ ấ ị ọ ầ ủ ả proton c a nủ ước và dung d ch có ph n ng baz ị ả ứ ơ

Đ m nh c a các baz y u ph thu c vào h ng s baz Kộ ạ ủ ơ ế ụ ộ ằ ố ơ b=Kw/Ka ho c ch s h ng s baz pKặ ỉ ố ằ ố ơ b =-lgKb=pKw-pKa(v i Kớ a là h ng s phân li c a axit liên h p).Khi Kằ ố ủ ợ b càng l n ho c pKớ ặ b càng bé thì baz càngơ

m nh.Nh v y khi axit liên h p càng m nh thì baz càng y u và ngạ ư ậ ợ ạ ơ ế ượ ạc l i

Trong dung d ch đ n baz Aị ơ ơ - có các cân b ng: ằ

H2O ⇌ H+ + OH- Kw (2.1.3)

A- + H2O ⇌ HA + OH- Kb=Kw/Ka (2.1.4)

Tương t , n u Kự ế b-.CA->>Kw thì có th cân b ng theo (2.1.4) Trể ằ ường h p Kợ b-.CA-+≈Kw thì ph i tính đ nả ế quá trình phân li c a nủ ước

3 Phân s n ng đ (α)ố ồ ộ

Trong dung d ch axit, baz n ng đ phân s αị ơ ồ ộ ố i là t s gi a n ng đ cân bawbgf c a c u t i v i t ngỉ ố ữ ồ ộ ủ ấ ử ớ ổ

n ng đ các d ng có m t c a I trong dung d ch.ồ ộ ạ ặ ủ ở ị

Ví d , đ i v i cân b ng: ụ ố ớ ằ

HA ⇌ H+ + A- Ka

Ta có:

HA

HA A

HA

] [ ] [

] [

= +

α

Hay [HA] = CHA αHA

Tương t : ự [A-] = CHA αA−

Dĩ nhiên: αHA+ αA−=1

đây:

Ở αHA=[H+] /(Ka + [H+]); αA−=Ka/(Ka+[H+]

BÀI T P CÓ L I GI I Ậ Ờ Ả

2.2.1 a, Hãy tính n ng đ c a dung d ch axit HA 0,010 M, bi t pKồ ộ ủ ị ế a c a axit HA là 3,75.ủ

b, Đánh giá nh hả ưởng c a HCl 0,0010 M đ n đ đi n li c a HA.ủ ế ộ ệ ủ

L i gi i:ờ ả

Vì Ka.CHA>>Kw → b qua cân b ng phân li c a nỏ ằ ủ ước

Xét cân b ng: ằ HA ⇌ H+ + A

-[] 0,10-x x x

01

,

0

3 35

2

−

−

=

=

x

a

→ a= = 1.248.10-3/0,01 = 0,1248 = 12,48%

2.2.2 Cho bi t đ đi n li c a dung d ch axit HA 0,10 M là 1,31% Tính pKế ộ ệ ủ ị a

b, Đ đi n li thay đ i th nào khi pha loãng dung d ch HA g p 10 l n?ộ ệ ổ ế ị ấ ầ

K t lu n.ế ậ

L i gi i:ờ ả

a, Ch p nh n b qua s đi n li c a nấ ậ ỏ ự ệ ủ ước

T đ nh nghĩaừ ị

3

2 1 , 31 10 10

31 , 1 10 , 0 ] [ ] [ ]

=

=

=

=

→

HA

C A H C

α

[] (0,10-1,31.10-3) 1,31.10-3 1,31.10-3

Áp d ng ĐLTDKL cho cân b ng trên:ụ ằ

[ ][ ]

3

2 3

10 10 739 , 1 10 31 , 1 1 , 0 10 31 , 1

−

−

− +

=

=

−

=

=

HA A H

K a

Ki m tra gi thi t g n đúng: Kể ả ế ầ a.CHA= 10-5,76>>Kw, do đó vi c b qua c a s phân li c a nệ ỏ ủ ự ủ ướ ởc trên là ch pấ

nh n đậ ược Vây: pKa=4,76

b, Pha loãng dung d ch HA thành 10 l n → Cị ầ Ha=0,10 M

HA ⇌ H+ + A- Ka=10-4,76

4 7

2 76 , 4 2

10 08 , 4 0 10 739 , 1 10

01 , 0

−

−

=

x

01 , 0

10 08 , 4

% 100

4

=

=

=

HA C

A

α

Nh v y khi pha loãng dung d ch, đ đi n li tăng, nghĩa là đ đi n li t l ngh ch v i n ng đ ư ậ ị ộ ệ ộ ệ ỉ ệ ị ớ ồ ộ

2.2.3 Tính s gam benzoate natri c n l y đ khi hòa tan vào 1 lít nố ầ ấ ể ước thì pH c a dung d ch thu đủ ị ược là 7,50

L i gi iờ ả :

G i a là s gam benzoat natri c n pha vòa 1 lít nọ ố ầ ước

144

ONa

5

6

α

=

→C C H CO

Cân b ng:ằ

H2O ⇌ H+ + OH- Kw=10-14(1)

C6H5COO- + H2O ⇌ C6H5COOH + OH- Kb=10-9,8

Vì pH=7,50 ≈ 7,00 nên không b qua (1)ỏ

Áp d ng ĐKP v i MK là Hụ ớ 2O và C6H5COO- :

α

144

10 10

10 10

10 144 10

10

34 , 3 5 , 6 5 , 7 2 , 4

5 , 7 5

, 6 5 ,

−

−

−

−

+

−

gam

0818 , 0

=

BÀI T P V N D NG Ậ Ậ Ụ 2.2.4 a, Tính đ đi n li c a dung d ch axit HA (dung d ch A) có pH=3,00 bi t pKộ ệ ủ ị ị ế a=5,00

b, N u pha loãng dung d ch g p 5 l n thì đ đi n li c a HA s b ng bao nhiêu? Tính pH c a dung d chế ị ấ ầ ộ ệ ủ ẽ ằ ủ ị thu được

Tr l i: ả ờ a, a=9,9.10-3

b, a= 2,2%; pH=3,35.

2.2.5 Tính pH, đ đi n li c a dung d ch axit fomic 0,010 M Đ đi n li thay đ i ra sao khi có m t NHộ ệ ủ ị ộ ệ ổ ặ 4Cl 1,00 M?

Tr l iả ờ : pH= 2,90; a=12,48%, a không đ i.ổ

2.2.6 Tính s gam KCN ph i l y đ khi hòa tan 100,00ml nố ả ấ ể ước thu được dung d ch cóp pH=11,00 (b qua sị ỏ ự thay đ i th tích trong quá trình hòa tan) ổ ể Tr l iả ờ : 0,2968 gam

-2.2.7 Bi t pH c a dung d ch NHế ủ ị 2OH 0,0010 M là 7,49; pH c a dung d ch Củ ị 5H5N 1,00.10-5 M là 7,20 Hãy tính

h ng s phân li c a các axit liên h p.ằ ố ủ ợ

Tr l iả ờ : 5,98 và 5,18

2 3 H N H P CÁC Đ N AXIT VÀ Đ N BAZ Ỗ Ợ Ơ Ơ Ơ

TÓM T T LÝ THUY T Ắ Ế

1 H n h p các axit m nh HY C ỗ ợ ạ 1 mol/lít và các axit y u HA n ng đ C ế ồ ộ 2 mol/lít

Trong dung d ch axit có các quá trình:ị

Do s có m t c a axit m nh HY, trong đa s trự ạ ủ ạ ố ường h p dung d ch có ph n ng axit nên có th b qua s phânợ ị ả ứ ể ỏ ự

li c a nủ ước và thành ph n c a dung d ch đầ ủ ị ược tính theo ĐLTDKL cho cân b ng (2.3.2), trong đó có k đ n sằ ể ế ự

có m t c a n ng đ ion Hặ ủ ồ ọ + do các axit m nh phân li t o ra.ạ ạ

Ta có:

x C

x x C

Ka

−

+

=

2

1 ).

(

(2.3.4)

2 H n h p baz m nh XOH C ỗ ợ ơ ạ 1 mol/lít và các baz y u A ơ ế - n ng đ C ồ ộ 2 mol/lít.

Trong h x y ra các quá trình sau: ệ ả

a

w K

K (2.3.7)

Tương t nh trên, do s có m t c a baz m nh XOH nên có th coi quá trình phân li c a nự ư ự ạ ủ ơ ạ ể ủ ước là không đáng

k , do đó vi c tính cân b ng d a vào cân b ng (2.3.7) có k đ n n ng đ c a ion OHể ệ ằ ự ằ ể ế ồ ộ ủ - C1 mol/l do XOH phân li ra:

a

w K K

Ta có:

x C

x x C K

Kw a

−

+

=

−

2

1

.

3 H n h p các đ n axit HA ỗ ợ ơ 1 (C 1 mol/l, K a1 ), HA 2 (C 2 mol/l,K a2 )

Các cân b ng x y ra:ằ ả

N u Kế a1.C1>>Ka1.C2>>Kw thì thành ph n cân b ng c a h s có th đầ ằ ủ ệ ố ể ược tính theo (2.3.9) nh đ i v iư ố ớ dung d ch ch a đ n axit HAị ứ ơ 1

Trong trường h p các cân b ng x y ra tợ ằ ả ương đương (t c là Kứ a1.C1≈Ka1.C2≈Kw) thì ti n hành l p l i g nế ặ ạ ầ đúng theo ĐKP:

h=[H+]=[OH-] +[A1−] + [A2−] ` (2.3.12) Sau khi t h p c n thi t ta có: ổ ợ ầ ế

h= K a1[HA1]+K a2[HA2]+K w (2.3.13)

BÀI T P CÓ L I GI I Ậ Ờ Ả 2.3.1 Tính pH c a h n h p g m HCl 2,00.10ủ ỗ ợ ồ -4M và NH4Cl 1,00.10-2M

L i gi iờ ả :