Một số bài tập tổng hợp về tính toán cân bằng

Một số bài tập tổng hợp về tính toán cân bằng

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Niên khoá 2014 - 2016

A MỞ ĐẦU

Hoá học phân tích là một nghành khoa học về các phương pháp xác định thành phần định tính, thành phần định lượng, cấu trúc của các chất trong đối tượng nghiên cứu

Trong đó, phân tích định tính giúp tính toán nồng độ cân bằng các cấu tử trong dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng nhằm mục đích đánh giá khả năng phản ứng giữa các chất, các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng đó Từ đó, tìm cách điều khiển phản ứng xảy ra theo ý muốn.

Để tìm hiểu về phương pháp giải một số bài tập tính toán cân bằng, chúng tôi tìm hiểu đề tài “MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG”

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG

I Cân bằng trong dung dịch

Axit yếu, đơn chức:

Bazơ yếu, đơn chức:

(1.3)

(1.4)

Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton) Giải theo phương pháp gần đúng liên tục

Ở 250C, ln = 2,303lg và áp dụng cho dung dịch rất loãng:

II Cân bằng trong phản ứng oxi hoá-khử

a 0

oxh/kh b

a 0

- Để biết mức độ mạnh-yếu của phản ứng:



Trong đó: fi là hệ số hoạt độ của ion i

III Cân bằng trong phản ứng tạo kết tủa

(1.10) (1.11)

- Trong dung dịch loãng, lực tương tác giữa các ion

Khi có các quá trình phụ → Tích số tan điều kiện

- Cân bằng: KS

S mS nS

Khi đó:

Suy ra:

- Nếu xét đến các quá trình phụ, thì độ tan (S’) của AmBn

được tính theo tích số tan điều kiện ( ):

K

(1.16)

(1.17)

Các giá trị k cho biết độ bền của từng phức và cho

phép so sánh khả năng tạo thành phức của từng nấc

IV Cân bằng trong dung dịch phức chất

M nL + ‡ ˆˆ ˆ ˆ† ML bXét quá trình tạo phức chính

.

* Bài tập có nhiều cân bằng :

- Cân bằng axit – bazơ:

- Cân bằng oxi hóa – khử:

- Cân bằng tạo kết tủa:

S f

K

K = 10 K

K = β

Cân bằng chung: K = Ka.Kcb.KS.Kf

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG

Câu 1: (trích [1]) Viết nửa phản ứng của hai cặp NO3- /HNO2

và HNO2/NO trong môi trường axit Chứng minh rằng HNO2

bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6.

Cho biết, ở 25oC:

Câu 1: (trích [1]) Viết nửa phản ứng của hai cặp NO3- /HNO2

và HNO2/NO trong môi trường axit Chứng minh rằng HNO2

bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6.

E = E - 0, 059.pH

-3 2 2

→ HNO2 vẫn không bền, bị phân hủy như phương trình (*).

Vậy: - pH có ảnh hưởng đến thế của cặp OXH-K

- từ pH = 0 đến pH = 6, HNO2 bị phân hủy theo phương trình (*)

3HNO  NO +2NO+H +H O (*)

Câu 2: (trích [NTD dài]) Hãy đánh giá khả năng phản

Các chất được xét ở điều kiện chuẩn: [Cr O ] [Cr ] 1M2 27 3

Câu 3: (trích [ NVT]) Đánh giá khả năng phản ứng của MnO4

-với Cl - trong môi trường H + trong hai trường hợp sau:

a) pH=0

b) Dung dịch NaHCO3 pH=8,33

Cho biết:

Câu 3: (trích [ NVT]) Đánh giá khả năng phản ứng của MnO4

-với Cl - trong môi trường H + trong hai trường hợp sau:

a) Dựa vào 2 giá trị E0 cân bằng xảy ra theo chiều thuận

E    E  MnO4- không oxi hóa được

Cl- , cân bằng xảy ra theo chiều nghịch

Bài tập tự giải

Câu 4: Đánh giá tính oxi hóa-khử của cặp trong môi

trường natri hiđro cacbonat - nghĩa là ở pH = 8; biết

3 3

3 As/O /AsO

Câu 5: (trích [ ]) Xét ảnh hưởng của pH tới tính oxi hóa

*b = - FeOH+ 10 5,92

*b =

-3

3,75 S(Fe(OH)

2

15,1 S(Fe(OH)

Hướng dẫn

Vì nên khi pH tăng nồng độ ion Fe3+ giảm nhiều hơn nồng độ Fe2+, kéo theo thế oxi hóa của cặp Fe3+ /Fe2+

* pH tiếp tục tăng, kết tủa xuất hiện, ta có cặp oxi hóa khử mới:

0 3

E E 0,0592lg[OH]

-

-ƒ

3 2

37,5 S(Fe(OH) )

=-Với

0 3

pH 14,E E = = =- 0,56V

* Ở

E giảm mạnh, Fe(OH)2 có tính khử mạnh

Câu 1: Tính cân bằng trong dung dịch Pb2+ 0,01M và

Pb 1

[PbCH COO ] [Pb ] [CH COO ] [PbCH COO ] [PbCH COO ] [Pb ] [Pb ].(1 h ) [Pb ].

[CH COO ] [CH COO ].(1 K h) [CH COO ].

0,574 (0, 01 x).(1 x)

7,8 2 4,76 2

Pb CH COO

10

0,574 (1 10 10 ).(1 10 10 )  



Câu 2: Thiết lập biểu thức và tính hằng số bền điều kiện của phức Co(CN)64- ở pH =10,00 được duy trì bởi hệ đệm NH3 +

NH4+ , có [NH3]=1,0M Coi trong dung dịch chỉ hình thành phức Co(CN)64- duy nhất Biết: 4

6 CO(CN)

Câu 1: Hãy mô tả các quá trình xảy ra khi thêm HCl vào

dung dịch Cd(ClO4)2 cho đến dư Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng cho các cân bằng xảy ra.

Câu 1: Hãy mô tả các quá trình xảy ra khi thêm HCl vào

dung dịch Cd(ClO4)2 cho đến dư Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng cho các cân bằng xảy ra.

- Khi cho HCl đến dư, quá trình tạo phức hiđroxo của ion Cd2+ không đáng kể do nồng độ ion H+ lớn

n

2

[CdCl ] [Cd].[Cl ] [CdOH ].[H ]

Câu 2: Tính % Zn2+ 0,01M chưa tham gia tạo phức với EDTA 0,010M trong dung dịch đệm có pH=10,00 được thiết lập bởi hệ đệm NH3 - NH4Cl có Biết:

C NH 3  CNH4  0,1174M

Hướng dẫn:

- Viết tất cả các cân bằng có thể xảy ra trong dung dịch,

lưu ý, ion Zn2+ tạo phức với EDTA và NH3





Câu 3: Tính pH của hệ gồm Ni(NO 3 ) 2 0,050M và NH 4 NO 3 0,37M.

Câu 3: Tính pH của hệ gồm Ni(NO 3 ) 2 0,050M và NH 4 NO 3 0,37M.

Trả lời: pH

=4,78

Các cân bằng:

III Bài tập tổng hợp chương axit – bazơ

và kết tủa

Câu 1: Dung dịch bão hoà H2S có nồng độ 0,1M Hằng số axit của H2S: K1 = 1,0.10 -7 và K2 = 1,3.10 -13 Một dung dịch A chứa các cation Mn 2+ , Co 2+ và Ag + với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng 0,01M Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh

pH = 2 thì ion nào tạo kết tủa?

Cho: TMnS = 2,5.10 -10 , TCoS = 4,0.10 -21 , TAg2S = 6,3.10 -50

Câu 1: Dung dịch bão hoà H2S có nồng độ 0,1M Hằng số axit của H2S: K1 = 1,0.10 -7 và K2 = 1,3.10 -13 Một dung dịch A chứa các cation Mn 2+ , Co 2+ và Ag + với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng 0,01M Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh

pH = 2 thì ion nào tạo kết tủa?

Cho: TMnS = 2,5.10 -10 , TCoS = 4,0.10 -21 , TAg2S = 6,3.10 -50

Điều kiện xuất hiện kết tủa: M n+m A m-n > K S

Câu 2: Bạc oxalat có tích số tan trong nước là 10-10,46 tại pH =

7 Tính độ tan của bạc oxalat trong dung dịch axit có pH = 5 Hai hằng số phân li của axit oxalic lần lượt là: Ka1 = 5,6.10 -2

và Ka2 = 6,2.10 -6

Câu 2: Bạc oxalat có tích số tan trong nước là 10 -10,46 tại pH =

7 Tính độ tan của bạc oxalat trong dung dịch axit có pH = 5 Hai hằng số phân li của axit oxalic lần lượt là: Ka1 = 5,6.10 -2

và Ka2 = 6,2.10 -6

2 1

[H ]

K K [H ] [H ]

α = 1+ + (*)

K α K

Câu 3: Hỏi phải thêm bao nhiêu ml dung dịch H2SO4 1M vào 100ml dung dịch BaCl2 0,1M để bắt đầu xuất hiện kết tủa BaSO4? Tính pH tại thời điểm đó? Cho biết tích số tan của BaSO4 là TBaSO4=1,26.10 -10 và coi H2SO4 phân li hoàn toàn.

Câu 3: Hỏi phải thêm bao nhiêu ml dung dịch H2SO4 1M vào 100ml dung dịch BaCl2 0,1M để bắt đầu xuất hiện kết tủa BaSO4? Tính pH tại thời điểm đó? Cho biết tích số tan của BaSO4 là TBaSO4=1,26.10 -10 và coi H2SO4 phân li hoàn toàn.

4

10 BaSO

[Ba ] 10

V[SO ] 1 1,26.10 V=1,26.10 ml H SO 1M

Câu 4: (trích) Độ tan của AgCl trong nước cất ở một nhiệt

độ nhất định là 1,81 mg/dm3 (dung dịch) Thêm HCl để chuyển pH về 2,35, giả thuyết thể tích dung dịch sau khi axit hóa vẫn giữ nguyên và bằng 1,00 dm3 Hãy tính xem

độ tan của AgCl đã giảm đi mấy lần sau khi axit hóa dung dịch ban đầu đến khi có pH = 2,35

độ nhất định là 1,81 mg/dm3 (dung dịch) Thêm HCl để chuyển pH về 2,35, giả thuyết thể tích dung dịch sau khi axit hóa vẫn giữ nguyên và bằng 1,00 dm3 Hãy tính xem

độ tan của AgCl đã giảm đi mấy lần sau khi axit hóa dung dịch ban đầu đến khi có pH = 2,35

-pH 2 -pH

K =S'.(S'+10 )  S'  10 S' K   0

Thay các giá trị KS và pH ta thu được S’ = 3,56.10-8 mol/l

Vậy độ tan của AgCl đã giảm đi số lần sau khi axit hóa dung dịch ban đầu đến khi có pH = 2,35 là:

-5 -8

S 1,26.10

Câu 5: Đánh giá khả năng hòa tan CuS trong HCl 1,0 M.

Hướng dẫn:

Trong môi trường axit, [H+ ] =1M, khá lớn nên bỏ qua quá trình điện li của nước, nên không kể đến quá trình tạo phức hiđroxo của ion Cu2+

Viết tất cả các cân bằng có thể xảy ra trong dung dịch

Câu 6: Tính nồng độ HCl phải thiết lập trong dung dịch

ZnCl2 0,10M sao cho khi bão hòa dung dịch này bằng H2S (CH2S =0,1M) thì không có kết tủa ZnS tách ra Biết: Ks

=10-21,6, axit H2S có Ka1 =10-12,9 ; Ka2 =10-7,02

ZnCl2 0,10M sao cho khi bão hòa dung dịch này bằng H2S (CH2S =0,1M) thì không có kết tủa ZnS tách ra Biết: Ks

K [H ] 0,692M

IV Bài tập tổng hợp chương kết tủa và

Phản ứng (1) xảy ra theo chiều thuận

0 AgCl/Ag

Ag+ +1e ƒ Ag K =10 +

0 0

Kết luận: Cu khử được Ag + khi không có Cl

-Khi có mặt Cl - dư thì phản ứng giữa Cu và Ag + không xảy ra.

b) Có Cl

-Câu 3: Giá trị tích số tan (Ks) của PbC2O4 ở 25 0 C là 8,5.10

-10 và thế khử chuẩn của cặp Pb 2+ /Pb là E 0’ =-0,126V Tính thế điện cực PbC2O4/Pb bằng 2 cách.

-10 2.(-0,126)/0,059 -13,34

s 1 n.E /0,059 2.E /0.0

Câu 1: (trích) Cho các thế chuẩn sau đây:

Trên cơ sở đó hãy tính tích số tan của AgBr ở 25oC

0 2

Câu 2: Đánh giá khả năng oxi hoá – khử của cặp Ag+/Ag khi có mặt ion X- (X=Cl, Br, I, SCN).

Câu 1: [99] (trích) Bạc oxalat có độ tan trong nước là 2,06.10 -4

tại pH = 7 Độ tan của nó bị ảnh hưởng khi có tác nhân tạo phức Tính độ tan của bạc oxalat trong dung dịch chứa 0,02M

NH3 và có pH = 10,8 Biết với sự có mặt của amoniac thì ion bạc tạo thành hai dạng phức Ag(NH3) + và Ag(NH3)2+ Các hằng

Câu 2: Trộn 1,00 ml hỗn hợp đệm (A) gồm NH3 2,0 M và

NH4NO3 2 M với 1,00 ml dung dịch B gồm FeCl3 2,0.10 -3 M

và NaF 0,20 M Có kết tủa Fe(OH)3 hay không?

-37 S(Fe(OH) )

Bài tập tự giải

Câu 1: Bạc clorua dễ dàng hoà tan trong dung dịch

amoniac vì tạo ion phức:

Một lít dung dịch amoniac 1M hoà tan được bao nhiêu gam AgCl Biết: KS(AgCl)=1,8.10 -10 ,

-

-[Ag(NH ) ]

[Ag ].[NH ] [Ag ] [Cl ];[Ag(NH ) ] =[Cl ];[NH ]=1-2[Cl ]

K [Ag ]=

[Cl ] [Cl ]=0,0305M





Câu 2: [99] Cadimi tạo thành hyđroxit hơi khó tan là Cd(OH)2

a.Hãy tính độ tan của Cd(OH)2 trong nước nguyên chất.

b.Tính độ tan của Cd(OH)2 trong nước có chứa 10 -3 M ion CN

-Biết:

Các hằng số tạo phức từng nấc lần lượt là:

2

-15 3 S(Cd(OH) )

K =5,9.10 M

Hướng dẫn: a Trong nước nguyên chất K =S.(2S) S 2

b Trong nước có chứa ion CN-:

Câu 3: [99] Tính độ tan của AgBr trong dung dịch NH3

0,02M Biết KS(AgBr) = 10-12,3; các hằng số bền của phức [Ag(NH3)i]+ tương ứng là: lg1 = 3,32 (i = 1) và lg2 = 7,23 (i = 2)

Hướng dẫn: K' =K α S S Ag+ αBr

-+ 3

VI Bài tập tổng hợp chương oxi hóa-khử và

phức chất

với dung dịch CuCl2 0,01M trong hỗn hợp NH3 + NH4NO3

Hỗn hợp đệm NH3 + NH4NO3

a a

b

Ch=K

Ch=K  C =C

-2.E /0,059 2+

Cd +4NH Cd(NH ) β Cd+Cu(NH ) Cu+Cd(N

x x

Câu 2: [99] Có thể hoà tan hoàn toàn 100mg bạc kim loại trong 100ml dung dịch amoniac nồng độ 0,1M khi tiếp xúc với không khí được không?

Cho biết nguyên tử khối của Ag = 107,88; hằng số điện li bazơ của amoniac là Kb = 1,74.10-5; các hằng số bền của phức [Ag(NH3)i]+ tương ứng là: lg1 = 3,32(i = 1) và lg2 = 6,23(i = 2)

Các thế khử (thế oxy hóa-khử) chuẩn ở 25oC:

Eo(Ag+/Ag) = 0,799V; Eo(O2/OH-) = 0,401V Áp suất riêng phần của oxy trong không khí là 0,2095atm Phản ứng được thực hiện ở 25oC

-4 Ag

100.10

107,88

Số mol cực đại của NH3 cần để tạo phức là:

9,27.10-4 2 = 1,854.10-3(mol) << số mol NH3 (10-2mol) Vậy NH3 rất dư để hoà tan lượng Ag nếu xảy ra phản ứng

E =E +0,059.log Ag

P 0,059

Nồng độ tổng cộng của Ag+ trong dung dịch:

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

= [Ag+].(1 + 1[NH3] + 2[NH3]2) = 1,58M Giá trị này lớn hơn nhiều so với lượng Ag dùng cho phản ứng

Kết luận: Có thể hoà tan hoàn toàn 100mg bạc kim loại trong 100ml dung dịch amoniac nồng độ 0,1M khi tiếp xúc với không khí được không

Câu 1: Co2+ có tính khử rất yếu, rất khó oxi hoá thành

Co3+ trong môi trường axit, nhưng khi có mặt NH3 dư thì Co2+ dễ dàng bị oxi hoá bởi H2O2 Giải thích

Câu 2: [99] Đánh giá khả năng hoà tan của Ag trong NH3

1M (khi không có không khí)

Cho biết: Kb = 1,74.10-5; Eo(Ag+/Ag) = 0,799V; hằng số Henri  = 103,12; các hằng số bền của phức [Ag(NH3)i]+

tương ứng là: lg1 = 3,32(i = 1) và lg2 = 6,23(i = 2)

Câu 3: [99] Tính hằng số cân bằng đối với phản ứng sau:

Ag /Ag

0

2 /

2.E /0,059 +

1

S

-2.E /0,059 2+

1 2+ -

C KẾT LUẬN

Trong phạm vi đề tài, nhóm em tập trung lựa chọn và trình bày các nội dung liên quan đến bài tập tổng hợp về tính toán cân bằng Cụ thể như sau:

- Hệ thống hoá công thức tổng quát liên quan đến cân bằng axit – bazơ, oxi hoá – khử, kết tủa, tạo phức

- Sưu tầm, phân loại và giải được 12 bài tập tổng hợp liên quan đến mỗi phần

- Sưu tầm, phân loại 19 bài tập tự giải liên quan đến mỗi phần Các bài tập tự giải đều có phần hướng dẫn và đáp án.

D TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Nguyễn Tinh Dung (2009), Hoá học phân tích cân

bằng ion trong dung dịch, NXB Đại học sư phạm

- Ngô Văn Tứ (2010), Hoá học phân tích định tính,

Trường đại học sư phạm Huế

- Đáp án phần Hoá hc Đại Cương và Vô Cơ, Bảng A

-Olympic Hóa học các Trường Đại học Việt Nam lần thứ ba, 2005

- Đề thi Olympic hoá học sinh viên toàn quốc lần thứ V (2008) – bảng B