bài giảng và bài tập về dung dịch

Trong hóa học, một dung dịch là một hỗn hợp đồng nhất và chỉ có một pha. Trong một hỗn hợp như vậy, một chất tan là một chất hòa tan được trong một chất khác, được biết là dung môi. Dung môi thực hiện quá trình phân rã. Dung dịch ít nhiều đều mang các đặc tính của dung môi bao gồm cả pha của nó, và các dung môi thường chiếm phần lớn trong dung dịch. Nồng độ của một chất tan trong dung dịch là cách xác định có bao nhiêu chất tan đó hòa tan được trong dung môi.Dung dịch là một hỗn hợp đồng nhất.Các cấu tử tan trong dung dịch không thể nhìn thấy được bằng mắt thường.Dung dịch không để cho chùm ánh sáng phân tán.Dung dịch có tính ổn định.Chất tan từ dung dịch không thể tách ra được bằng cách lọc (hoặc bằng phương pháp cơ học).

0 H

0 E

E*T − *N < ⇒ ∆ < ⇒ phản ứng tỏa nhiệt

VD : xét phản ứng A + B → AB

Có 3 loại va chạm : A – A ; B – B ; A – B trong đó chỉ có va chạm A – B mới có khả năng tạo sản phẩm AB

MaMH - Chuong IV

* 2

1 1

2 1

2

T

1 T

1 R

E t

t ln v

v ln k

pö 2

1 1

2 1

2

T

1 T

1 R

H t

t ln v

v ln k

k

ln

MaMH - Chuong IV

CHƯƠNG V : DUNG DỊCH

I KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH

II DUNG DỊCH LỎNG

III DUNG DỊCH CHẤT KHÔNG ĐIỆN LY : DUNG

DỊCH PHÂN TỬ

IV DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY

4 MaMH - Chuong V

1 Các hệ phân tán và dung dịch :

I KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH

5 MaMH - Chuong V

Sinh viên tự đọc trong TLTK [1], [3]

2 Khái niệm về dung dịch :

- Định nghĩa : dung dịch là hệ đồng thể gồm 2 hay nhiều

chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng

- Chất bị phân tán là chất tan, còn môi trường phân tán là dung môi

- Nếu chất tan và dung môi có cùng trạng thái tập hợp thì dung môi được xem là chất có lượng nhiều hơn

3 Độ tan và các yếu tố ảnh hưởng :

Nồng độ chất tan trong dung dịch bão hòa ở những điều kiện nhất định được gọi là độ tan của chất đó

Độ tan (S) là số gam chất tan có trong 100 gam dung môi

- Nếu S = 10/100 → chất dễ tan

- Nếu S = 1/100 → chất ít tan

- Nếu S = 0,1/100 → chất không tan

S g chất tan/g dung môi

6 MaMH - Chuong V

Độ tan của một số chất trong nước (g/ 100g nước) ở 20oC

II DUNG DỊCH LỎNG :

1 Lý thuyết tạo thành dung dịch :

8 MaMH - Chuong V

Sinh viên tự đọc thêm trong TLTK [1], [3]

2 Cách biểu diễn thành phần dung dịch :

Thành phần của dung dịch được biểu diễn qua nồng độ dung dịch Nồng độ dung dịch là lượng chất tan có trong một khối lượng hay một thể tích xác định của dung dịch hoặc dung môi.

3 lo i n ng ạ ồ độ dung

d ch ị

1 Nồng độ khối lượng a Nồng độ phần trăm : C%

b Nồng độ molan (Cm) :

a Nồng độ mol/ lit : CM (M)

2 Nồng độ thể tích :

b Nồng độ đương lượng gam : CN (N)

Nồng độ phần mol của chất i : Ni

3 Nồng độ không đơn vị : MaMH - Chuong V 9

2 Cách biểu diễn thành phần dung dịch :

a Nồng độ phần trăm : C%

Nồng độ phần trăm là số gam chất tan có trong 100 gam dung dịch Đơn vị (%)

100 b

= Với a : số gam chất tan b : số gam dung môi

1 Nồng độ khối lượng :

b Nồng độ molan (Cm) :

Nồng độ molan (C m ) là số mol chất tan có trong 1000 gam dung môi Đơn vị (m)

b M

a

1000

Cm = Với a : số gam chất tan b : số gam dung môi

M : phân tử gam chất tan (g)

VD : hòa tan 0,9 gam C 6 H 12 O 6 trong 100 gam H 2 O Tính C m của

C 6 H 12 O 6

180

M C 6 H 12 O 6 = Đ S : 0,05 molan

11 MaMH - Chuong V

a Nồng độ mol/ lit : CM (M)

Nồng độ mol/lit là số mol chất tan có trong một lít dung dịch

V M

a V

n

d 10

M

C

%

a : số gam chất tan

M : phân tử gam chất tan

V : thể tích dung dịch (lít)

d : khối lượng riêng của dung dịch (g/ml)

2 Nồng độ thể tích :

12 MaMH - Chuong V

b Nồng độ đương lượng gam : CN (N)

Nồng độ đương lượng gam là số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch

V Đ

M C

C

M

13 MaMH - Chuong V

Ví dụ :

Xác định nồng độ phân tử gam và nồng độ đương lượng của dung dịch HNO 3 24% (d = 1,145 g/ml)

14 MaMH - Chuong V

Nồng độ phần mol của chất i : Ni

VD : A + B → dd B

B A

A

n N

B

n N

m A ; m B : khối lượng của A ; B

M A ; M B : phân tử gam của A ; B

3 Nồng độ không đơn vị :

N A + N B = 1

15 MaMH - Chuong V

III DUNG DỊCH CHẤT KHÔNG ĐIỆN LY : DUNG

DỊCH PHÂN TỬ

1 Aùp suất hơi bão hòa của dung dịch : (atm, mmHg)

Quá trình bay hơi tự nhiên (thu nhiệt) của bất kỳ chất lỏng nào cũng là quá trình thuận nghịch vì đồng thời với nó bao giờ cũng xảy ra quá trình ngưng tụ hơi (phát nhiệt)

A (lỏng) bay hơi, ∆ H >0 A (hơi)

ngưng tụ, ∆ H < 0

Hơi tạo thành trên bề mặt chất lỏng gây ra áp suất hơi và khi

quá trình thuận nghịch đạt trạng thái cân bằng ∆G bh = 0 thì áp

suất hơi được gọi là áp suất hơi bão hòa của chất lỏng hay dung

.

.

.

O O'

Aùp suất hơi bão hòa đặc trưng cho sự bay hơi của chất lỏng Là đại lượng không đổi tại nhiệt độ nhất định và tăng theo nhiệt độ

1 Aùp suất hơi bão hòa của dung dịch :

- Ở tại nhiệt độ nhất định, nếu thêm vào dung môi lỏng A một chất tan B (không điện ly, không bay hơi) → dung dịch B →

khả năng bay hơi của A giảm → áp suất hơi bão hòa của dung môi trên dung dịch (áp suất hơi bão hòa của dung dịch) giảm xuống

- Ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của dung dịch (P 1 ) luôn luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất (P o ) :

PMaMH - Chuong V1 < P o 18

Aùp suất hơi bão hòa của dung dịch bằng áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất nhân với phần mol của dung môi trong dung dịch

Định luật Raoult :

P 1 = P o N 1

P 1 : áp suất hơi bão hòa của dung dịch

P o : áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất

N 1 : nồng độ phần mol của dung môi Gọi N 2 là nồng độ phần mol của chất tan trong dung dịch,

∆P : độ giảm áp suất hơi bão hòa của dung dịch so với dung

: độ giảm áp suất hơi bão hòa tương đối của dung dịch so với dung môi

Ví d : ụ

Tính áp su t hơi bão hòa của dung dịch chứa 5g chất tan trong ấ 100g H 2 O ở nhiệt độ 25 o C Biết ở nhiệt độ này nước có áp suất hơi bão hòa bằng 23,76mmHg và phân tử gam chất tan bằng 62,5g

ĐS : 23,422 mmHg

21 MaMH - Chuong V

Nhiệt độ sôi của dung dịch luôn luôn cao hơn của dung môi nguyên chất ; ngược lại nhiệt độ đông đặc của dung dịch luôn luôn thấp hơn của dung môi nguyên chất

2 Nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung dịch :

Pdd < Pdm ⇒ tos(dd) > tso(dm)

o

) dm ( đ

o

) dd (

t <

P dd < P dm ⇒

22 MaMH - Chuong V

2 Nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung dịch :

hóa rắnï, ∆ H < 0

Nhiệt độ sôi của chất lỏng là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất bên ngoài, còn nhiệt độ đông đặc của chất lỏng là nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của pha lỏng bằng của

2

P =

23 MaMH - Chuong V

Định luật Raoult 2 :

Độ tăng nhiệt độ sôi và độ hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ chất tan trong dung dịch ∆t o = k.C m

ms

o

)dm(s

o

)dd(s

s : độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch

C m : nồng độ molan của dung dịch

k s : hằng số nghiệm sôi (chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung

môi)

Nếu dung môi là H 2 O : t o

s(dm)MaMH - Chuong V = 100 o C ; k s = 0,52 (độ/mol) 24

2 Nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung dịch :

m đ

o

) dd ( đ

o

) dm ( đ

đ : độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch

k đ : hằng số nghiệm đông (chỉ phụ thuộc vào bản chất của

dung môi)

C m : nồng độ molan của dung dịch

Nếu dung môi là H2O : to

đ(dm) = 0oC ; kđ = 1,86 (độ/mol)

25 MaMH - Chuong V

Dung môi Nhiệt độ

đông đặc ( o C)

k đ (độ/mol)

Nhiệt độ sôi

( o C)

k s (độ/mol)

Ví dụ : tính nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch chứa 0,9g glucose trong 100g nước

27 MaMH - Chuong V

3 Aùp suất thẩm thấu :

nước

dung dịch đường loãng

dung dịch

đường

Có sự khuếch tán 2 chiều xảy ra giữa các tiểu phân của chúng : các phân tử đường tự chuyển từ phần dung dịch sang phần nước và ngược lại các phân tử nước tự chuyển từ phần nước sang phần dung dịch

Sự khuếch tán 2 chiều này dẫn đến sự phân bố đồng đều các phân tử nước, đường trong toàn bộ thể tích, tạo nên một dung dịch đường mới có nồng độ nhỏ hơn nồng độ ban đầuMaMH - Chuong V 28

Cho dung dịch đường và nước tiếp xúc qua màng bán thẩm, chỉ xảy ra sự khuếch tán một chiều của các phân tử nước từ phần nước sang phần dung dịch

3 Aùp suất thẩm thấu :

⇒ dung dịch đường bị pha loãng và có thể tích tăng lên, còn thể tích nước giảm xuống

nước

màng bán thẩm

dung dịch đường

dung dịch đường

29 MaMH - Chuong V

Hiện tượng khuếch tán một chiều của các tiểu phân dung môi

qua màng bán thẩm được gọi là sự thẩm thấu

Aùp suất thẩm thấu của dung dịch bằng áp suất bên ngoài cần tác dụng lên dung dịch để cho hiện tượng thẩu thấu không xảy ra.

Các tiểu phân dung môi khuếch tán qua màng bán thẩm với

một áp suất nhất định, gọi là áp suất thẩm thấu

30 MaMH - Chuong V

Aùp suất thẩm thấu của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ chất tan và nhiệt độ tuyệt đối của dung dịch

3 Aùp suất thẩm thấu :

π = RCT

π : áp suất thẩm thấu (atm, mmHg)

C : nồng độ mol/ lít

T : o K

R = 0,082 l.atm/mol.độ nếu π tính bằng atm

Ví dụ : tính áp suất thẩm thấu của dung dịch chứa 3,1g anilin trong 1 lít nước ở 21 o C

ĐS : π = 0,804 atm MaMH - Chuong V 31

Ví dụ : hòa tan 0,9g glucose (C 6 H 12 O 6 ) trong 100g nước.

c) Tính áp suất hơi bão hòa của dung dịch ở 25 o C biết ở nhiệt độ này áp suất hơi bão hòa của nước là 23,7 mmHg

b) Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch ở 25 o C biết d dd = 1 g/ml a) Tính nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch

32 MaMH - Chuong V

Ví dụ : khi hòa tan 2,76g chất tan A trong 200g nước thì nhiệt độ đông đặc của dung dịch thu được hạ xuống 0,279 o C Xác định khối lượng phân tử của A

ĐS : M = 92 g

IV DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY

1 Các khái niệm cơ bản :

a Dung dịch chất điện ly

Có 2 đặc điểm khác với dung dịch phân tử :

+ Không tuân theo các định luật Raoult, Vant’Hoff về áp suất thẩm thấu (π), độ giảm áp suất hơi bão hòa (∆P), độ tăng nhiệt độ tăng nhiệt độ sôi và độ hạ nhiệt độ đông đặc (∆t)

33 MaMH - Chuong V

+ Các dung dịch axit, baz, muối trong nước có tính dẫn điện

trong khi bản thân axit, baz, muối nguyên chất không dẫn điện

P i

∆P’, ∆t’, π’ : đo bằng thực

nghiệm

∆P, ∆t, π : tính theo các định luật Raoult,Van’t Hoff

b Lý thuyết điện li :

* Ngay khi hòa tan vào nước các chất axit, baz, muối phân li thành những ion dương (cation) và âm (anion)

* Sự phân li thành ion của chất tan trong dung dịch (hay khi nóng

chảy) được gọi là sự điện li, còn chất có khả năng phân li như trên được gọi là chất điện li

+ Sự điện li tạo ion của axit, baz, muối làm tăng số tiểu phân trong dung dịch đưa đến tăng ∆P, ∆t, π

+ Các dung dịch axit, baz, muối dẫn điện được là do sự có mặt các ion đóng vai trò chất chuyển điện

35 MaMH - Chuong V

c Độ điện li α :

Độ điện li của chất điện li là tỉ số giữa số phân tử đã phân li thành ion (n) trên tổng số phân tử đã hòa tan trong dung dịch (n o )

α = 0 : dung dịch chất không điện ly (dung dịch phân tử)

α = 1 : chất điện ly hoàn toàn (dung dịch chất điện ly mạnh)

Độ điện li được biểu diễn bằng phần đơn vị hay phần trăm

Ví dụ : dung dịch axit HF 0,1 N ở 25o C có α = 0,09 hay α = 9%

36 MaMH - Chuong V

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện li :

+ Bản chất chất tan và dung môi + Nồng độ dung dịch

+ Nhiệt độ

37 MaMH - Chuong V

• Cách xác định độ điện li α :

+ Dựa vào hệ số Van’t Hoff i :

1 q

q : số ion trong phân tử chất điện li

+ Dựa vào độ dẫn điện :

∞

λ

λ

= α

λ , λ∞ : độ dẫn điện đương lượng của dung dịch ở nồng

độ khảo sát và khi pha loãng vô cùng

38 MaMH - Chuong V

2 Dung dòch chaát ñieän ly yeáu :

b Phöông trình ñieän ly cuûa chaát ñieän ly yeáu :

AmBn mAn+ + nB

m-39 MaMH - Chuong V

c Các đại lượng đặc trưng :

2 Dung dịch chất điện ly yếu :

n’ : [ion bị điện ly] ; số mol chất bị điện ly

n : [ban đầu của chất tan] ; số mol ban đầu của chất điện ly

CH3COOH CH3COO- + H+

bđ 3

COOH CH

COO CH

bđ 3

3

] COOH CH

[

] H

[ n

n ]

COOH CH

[

] COO CH

[

bđ 3

* Hằng số điện ly :

Hằng số cân bằng trong quá trình điện ly MaMH - Chuong V 40

+ Hằng số cân bằng của axit K a :

Axit đơn bậc HA : HA H+ + A

-Ở trạng thái cân bằng : const

] HA [

] H ].[

A

[

K a càng lớn tính axit càng mạnh

Với axit có tính axit trung bình : K a = 10 -2 – 10 -4

Với axit có tính axit yếu : K a ≤ 10 -4

Với axit có tính axit mạnh : K a > 10 -2

41 MaMH - Chuong V

+ Haèng soá caân baèng cuûa bazô : K b

NH4OH NH4 + + OH

-const ]

OH NH

[

] OH ].[

NH

[ K

d Mối quan hệ giữa K và α :

[bđ] (mol/l) C 0 0 [cb] (ion gam/lít) C - Cα Cα Cα

α

−

α

=α

1 ( C

C ]

COOH CH

[

] COO CH

⇒

43 MaMH - Chuong V

Ví dụ : cho dung dịch chứa 6g CH 3 COOH trong 1 lít dung dịch Tính độ điện ly α của dung dịch biết K a = 1,8.10 -5

44 MaMH - Chuong V

e Mối quan hệ giữa i và α :

đầu ban

[

] dd trong

có tử

phân và

ion các

[

=

∑

i C

C n C

m )

1 (

C

=

α+

α+

q : số ion do một phân tử gam chất điện ly tạo thành

MaMH - Chuong V

VD : nhiệt độ sôi của dung dịch BaCl 2 3,2% là 100,208 o C Tính độ điện ly biểu kiến α của dung dịch BaCl 2 Cho k s của H 2 O là 0,52 ;

Ba = 137 ; Cl = 35,5

46 MaMH - Chuong V

3 Sự điện ly của nước :

a Tích số ion của H 2 O :

H2O H+ + OH

-H2O + H2O H3O+ + OH

-16

2 const 1 , 8 10 ]

O H [

] OH ].[

* N u [H ế + ] = [OH - ] = 10 -7 ion.gam/lít ⇒ dung d ch có môi ị

trường trung tính

* Nếu [H + ] < 10 -7 ⇒ dung d ch có môi trường bazơ ị

* Nếu [H + ] > 10 -7 ⇒ dung d ch có môi trường axit ị

48 MaMH - Chuong V

4 pH của các dung dịch khác nhau :

a pH của acid yếu : Ka ≤ 10 -4

-[bđ] (mol/l) C 0 0

[cb] C - Cα Cα Cα

[H + ] = Cα

VD : cho dung dịch CH 3 COOH có K a = 1,8.10 -5

Tính độ điện ly α ; [H + ] ; [OH - ] và pH của dung dịch

⇒ pH = - lg Cα

51 MaMH - Chuong V

b pH của axit mạnh :

pH = - lgC

VD : dung dịch HCl 0,1M có pH = ?

c pH cuûa bazô yeáu :

d pH của bazơ mạnh :

MOH M+ + OH

-C b C b [OH - ] = C ⇒ pOH = - lg C

pH = 14 + lgC

VD : tính pH của dung dịch NaOH 10 -3 M

5 pH của dung dịch đệm :

+ Đệm axit yếu và muối của nó : CH3 COOH/ CH 3 COONa

a a

a m

a 3

3

C

C C

C

) C

C )(

C

( ]

COOH CH

[

] COO CH

] H

m

a a

pK C

C

K lg

⇒

55 MaMH - Chuong V

+ Đệm bazơ yếu và muối của nó : NH4 OH/ NH 4 Cl

b

b m

b 4

4

C

C )

1 ( C

C ).

C C

( ]

OH NH

[

] OH ].[

NH

[

≈α

−

α+

C K

C ]

lg pOH







 +

lg 14

pH

56 MaMH - Chuong V

Tính độ điện li, nồng độ ion H + , ion OH− và pH của dung dịch

CH 3 COOH 0,2M

Nếu thêm vào mỗi lít dung dịch axit 0,01 mol muối CH 3 COONa thì

pH của dung dịch mới là bao nhiêu?

Cho K a =1,8.10−5 và muối CH 3 COONa điện li hoàn toàn.

Ví dụ :

VD : cho dung dịch HClO 0,1M ; K a = 5.10 -8

a) Tính độ điện ly α, [H + ] và pH của dung dịch

b) Thêm 0,2 mol muối NaClO vào 1 lít dung dịch trên, tính pH của dung dịch thu được Muối điện ly hoàn toàn

c) Thêm 20ml dung dịch NaClO 0,2M vào 40ml dung dịch acid trên Tính pH của dung dịch thu được ?

58 MaMH - Chuong V

SỰ ĐIỆN LI CỦA CHẤT ĐIỆN LI KHÓ TAN :

Cân bằng dị thể của chất điện li khó tan và tích số tan :

Các hyđroxyt và muối khó tan trong nước rất ít → dung dịch

thu được có nồng độ rất loãng và có thể xem chúng điện li hoàn toàn trong dung dịch

Ví dụ : cân bằng điện li của muối khó tan AgCl

AgCl (r) ⇔ Ag + (d) + Cl− (d) AgCl = Ag + + Cl−

] AgCl [

] Cl ][

Ag [

K = + − → K [AgCl] = [Ag + ][Cl−] = const = T

T được gọi là tích số tan của AgCl MaMH - Chuong V 59

Tích số tan và độ tan của chất điện li khó tan :

Tích số tan của chất điện li khó tan là tích số nồng độ các ion tự

do với số mũ tương ứng của chất điện li khó tan trong dung dịch bão hòa của nó và là đại lượng không đổi tại nhiệt độ nhất định

A m B n = mA n+ + nB m−

T = [A n+ ] m [B m−] n

Tích số tan đặc trưng cho tính tan của chất điện li khó tan

T càng nhỏ chất điện li càng khó tan

VD : Độ tan các chất điện li khó tan sau đây giảm dần theo thứ tự AgCl (T=1,8.10−10 ) → AgBr (T= 5,3.10MaMH - Chuong V −13 ) → AgI (T= 1.10−16 ) 60