Phân loại và phương pháp giải các bài tập về các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

Với vốn kiến thức về các phản ứng trên mà học sinh tiếp cận được giúp học sinh giải quyết được một số lượng lớn các bài tập liên quan tới hiện tượng hóa học, các bài liên quan tới tách,

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Người hướng dẫn khoa học

Th.S NGUYỄN THỊ THANH MAI

HÀ NỘI - 2011

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.S Nguyễn Thị

Thanh Mai người đã giúp đỡ chỉ bảo tận tình cho em trong việc triển khai

nghiên cứu để đạt hiệu quả

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Phí Văn Hải - Phó Trưởng Khoa Hóa học - Trường ĐHSP Hà Nội 2, TS Trần Công Việt - Giảng viên trường

ĐHSPHN đã giúp đỡ để em hoàn thành khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Hóa học – Trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện để em hoàn thành khóa luận này

Do thời gian nghiên cứu và năng lực còn hạn chế, khóa luận khó tránh khỏi nhưng thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy, cô và các bạn để khóa luận thêm chất lượng và hữu ích

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Sinh viên thực hiện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi khẳng định rằng: “ Đây là một công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, do chính sức lực của bản thân tôi đã nghiên cứu và hoàn thành trên

cơ sở những kiến thức đã học về môn Hóa phân tích và tham khảo những tài liệu Nó không trùng với kết quả của bất kỳ tác giả nào khác”

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc

NHỮNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN

1 ĐLBTNĐ Định luật bảo toàn nồng độ

2 ĐLTDKL Định luật tác dụng khối lượng

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 3

NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan 4

1.1 Tóm tắt lí thuyết 4

1.1.1 Độ tan của các hợp chất vô cơ trong dung môi nước 4

1.1.1.1 Dung dịch chưa bão hòa, dung dịch bão hòa và dung dịch quá bão hòa 4

1.1.1.2 Độ tan 4

1.1.2 Tích số tan 9

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan 12

1.1.3.1 Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử 12

1.1.3.2 Ảnh hưởng của pH 12

1.1.3.3 Ảnh hưởng của các chất tạo phức 13

Chương 2: Bài tập và phương pháp giải bài tập 14

2.1 Tính tích số tan từ độ tan 14

2.1.1 Phương pháp chung 14

2.1.2 Bài tập 15

Dạng 1: Tính tích số tan từ độ tan của hợp chất ít tan khi bỏ qua quá trình phụ 15

Dạng 2: Tính tích số tan từ độ tan khi có quá trình phụ của ion tạo

ra từ hợp chất ít tan 18

2.2 Tính độ tan từ tích số tan 23

2.2.1 Phương pháp chung 23

2.2.2 Bài tập 25

Dạng 3: Tính độ tan từ tích số tan khi không xét đến quá trình phụ 25

Dạng 4: Tính độ tan từ tích số tan trong đó có xét tới quá trình phụ của ion tạo ra từ hợp chất ít tan 26

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan 29

2.3.1 Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử 29

Dạng 5: Kết tủa không tan trong thuốc thử dư 31

Dạng 6: Kết tủa tan trong thuốc thử 33

2.3.2 Ảnh hưởng của pH 37

Dạng 7: Kết tủa là các hidroxit 39

Dạng 8: Kết tủa là các muối 42

2.3.3 Ảnh hưởng của các chất tạo phức 47

Dạng 9: Xác định khả năng tan khi có quá trình tạo phức 49

Dạng 10: Xác định kết tủa từ một dung dịch chứa ion phức 52

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hóa học phân tích có lý thuyết, thực hành và bài tập Phần bài tập bao gồm phần kiểm tra kiến thức để củng cố lại kiến thức cũ, bên cạnh đó hình thành kiến thức mới Phản ứng của hợp chất ít tan có vai trò rất lớn, chiếm một vị trí quan trọng trong chương trình phổ thông cũng như trong chương trình chuyên, đặc biệt là đối với chương trình hóa học phân tích trong các trường cao đẳng và đại học

Trong thực tế giảng dạy ở phổ thông, khái niệm phản ứng tạo ra hợp chất không tan được học sinh tiếp thu từ những năm cấp II, nhưng ban đầu khi học sinh được làm quen loại phản ứng của hợp chất ít tan mới chỉ đề cập tới một số phản ứng cơ bản thường gặp giữa bazơ với muối, axit với muối và muối với muối Với vốn kiến thức về các phản ứng trên mà học sinh tiếp cận được giúp học sinh giải quyết được một số lượng lớn các bài tập liên quan tới hiện tượng hóa học, các bài liên quan tới tách, loại bỏ các chất, các bài toán liên quan đến tính toán lượng kết tủa, liên quan tới nồng độ, v.v Lí thuyết về phản ứng của hợp chất ít tan cùng lí thuyết của các loại phản ứng khác được phát triển dần lên trong chương trình phổ thông 11, học kì I Với lượng kiến thức được cung cấp ở lớp 10 và lớp 11, đã giúp học sinh giải thích, minh họa hầu hết tính chất của các chất và phân loại rõ ràng các loại phản ứng khác nhau, ngoài ra còn giúp học sinh hiểu và nắm được một số phản ứng hóa học xảy ra là tổng hòa của các loại phản trao đổi ion, axit bazơ, oxi hóa khử, v.v

Có thể nói, phản ứng tạo thành hợp chất ít tan rất thiết thực với chương trình phổ thông, cũng là loại phản ứng có thể tiến hành thực nghiệm, dễ gây hứng thú cho học sinh khi học bộ môn hóa học Đồng thời thông qua phản

ứng của hợp chất ít tan với các loại phản ứng khác sẽ trang bị cho học sinh giải các bài toán về phản ứng ion một cách hệ thống và chính xác

Hiện nay các tài liệu hiện hành cũng chưa thống nhất lí thuyết chuẩn mực mà nặng về bài tập tính toán gây cho học sinh lối học thụ động, không có tính sáng tạo và kém tư duy về hóa học

Bên cạnh đó, bài tập về yếu tố ảnh hưởng đến độ tan chưa được chú trọng và cũng chưa được phân loại rõ ràng do số bài tập nhiều Vì vậy mà em

chọn đề tài nghiên cứu: “Phân loại và phương pháp giải các bài tập về các

yếu tố ảnh hưởng đến độ tan” nhằm phân dạng, tìm cách giải, hệ thống lại

kiến thức giúp cho học sinh giải bài tập dễ dàng hoặc làm tài liệu cho học phần phân tích

- Phân loại và phương pháp giải bài tập về tính độ tan từ tích số tan

- Phân loại và phương pháp giải bài tập về tính tích số tan từ độ tan

- Phân loại và phương pháp giải bài tập các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Trong khuôn khổ một bài khóa luận cùng với sự hạn chế

về tài liệu tham khảm nên đề tài chỉ tìm hiểu vấn đề: “Phân loại và phương

pháp giải các bài tập về các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan”

- Phạm vi nghiên cứu: Bài viết sử dụng những bài tậplà bài tập hóa học phân tích

5 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành khóa luận này, tôi đã sử dụng những phương pháp sau đây:

- Phương pháp đọc sách, tài liệu

- Phương pháp phân loại tổng hợp

- Phương pháp so sánh

- Phương pháp dùng thuật toán để giải bài tập

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Tóm tắt lý thuyết

1.1.1 Độ tan của các hợp chất vô cơ trong dung môi nước

1.1.1.1 Dung dịch chưa bão hòa, dung dịch bão hòa và dung dịch quá bão hòa

+ Dung dịch chưa bão hòa là dung dịch còn hòa tan thêm được chất tan

đó nữa ở điều kiện đã cho Ví dụ: Hòa tan 10g tinh thể NaCl vào dung dịch NaCl ( dung dịch A) ở nhiệt độ t0, thấy NaCl tan hết Vậy dung dịch A đó là dung dịch chưa bão hòa

+ Dung dịch bão hòa là dung dịch không thể hòa tan thêm được chất

tan đó nữa ở điều kiện đã cho

+ Dung dịch quá bão hòa là dung dịch chứa lượng chất tan nhiều hơn

so với lượng chất tan trong dung dịch bão hòa ở điều kiện đó

1.1.1.2 Độ tan

Khi hòa tan chất điện ly ít tan MmAn trong nước thì các ion Mn+, Am-,các phần tử cấu trúc mạng lưới tinh thể chất điện ly sẽ bị hiđrat hóa và chuyển vào dung dịch dưới dạng phức chất aqua M(H2O)xn+, A(H2O)ym- trong dung dịch tăng lên đến mức độ nào đó thì xảy ra quá trình ngược lại, có nghĩa là một số ion hiđrat hóa sẽ kết tủa lại trên bề mặt tinh thể Đến một lúc nào đó thì tốc độ quá trình thuận (quá trình hòa tan chất rắn) bằng tốc độ quá trình nghịch (quá trình các ion kết tủa), tức là có cân bằng thiết lập giữa pha rắn và dung dịch bão hòa (quá trình hòa tan chất điện li ít tan đạt tới trạng thái cân bằng)

MmAm + (mx+ny) H2O ⇄ mM(H2O)xn+ + nA(H2O)ym- (1.1)

Pha rắn dung dịch bão hòa

Khi cân bằng (1.1) đạt trạng thái cân bằng, lúc đó thu được một muối dung dịch bão hòa là dung dịch có chứa một lượng chất tan nhất định, lượng

chất tan đó được gọi là độ tan (S) Độ tan S có thể biểu diễn bằng các đơn vị khác nhau: g/100g dung môi (H2O); g/l; mol/l hoặc theo một đơn vị khác

+ Nếu theo (1.1) ta hiểu khái niệm độ tan là: Độ tan là nồng độ của chất

điện li trong dung dịch bão hòa ở điều kiện đã cho

Cách phát biểu trên chỉ đề cập đến chất rắn tan trong nước và độ tan chính là lượng chất tan điện li thành các ion Đây là vấn đề cần hiểu về độ tan của các hợp chất ít tan trong cân bằng ion

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan:

- Bản chất của chất tan

Ví dụ độ tan (theo g/100g H2O) của một vài chất trong nước ở 200C Chất: CaI2 ; NaCl; H3PO3; CaCO3; AgI

Độ tan (S): 209,0 36,0 5,0 0,0013 0,00000013

- Bản chất của dung môi:

Ví dụ độ tan của KI (theo % khối lượng) trong các dung môi khác nhau

+ Chất có khả năng tan lớn hơn 1,0gam trong 100gam nước được gọi

là chất dễ tan (thường gọi là tan)

+ Chất có khả năng tan được từ 0,01gam đến 1,0gam trong 100gam

nước được gọi là chất ít tan (chất tan vừa phải)

+ Chất có khả năng tan được nhỏ hơn 0,01gam trong 100gam nước

được gọi là chất khó tan (thường gọi là không tan)

Theo qui ước mang tính chất tương đối ở trên và dựa vào các giá trị tích số tan Hãy khái quát hóa lí thuyết về tính tan của các hiđroxit và các muối trong dung môi nước

Phân tích

Đây là vấn đề mang tính chất mang tính chất cần thiết cho học sinh vì trong phổ thông chủ yếu học về lý thuyết phản ứng hóa học, do vậy học sinh muốn nhìn nhận nhanh một phản ứng có xảy ra hay không, chất tạo kết tủa đó

là gì, chất nào tạo ra trước, chất nào tạo ra sau, v.v thì phải học thuộc qui ước tính tan của các hiđroxit, muối như sau:

+ Các hiđroxit hầu như không tan trừ hiđroxit của kim loại kiềm :

NH4+, Ba2+, Sr2+, riờng Ca(OH)2 ớt tan

+ Các muối nitrat, muối amoni (trừ NH4ClO4 ít tan), muối của kim loại kiềm (trừ NaHCO3 ít tan), muối pemanganat đều tan hết

+ Hầu như muối nitrit, axetat đều tan trừ Hg2(CH3OO)2 còn

CH3COOAg và AgNO2 là ít tan

+ Hầu như các muối sunfat đều tan trừ SrSO4, BaSO4, PbSO4 còn CaSO4

+ Hầu như các muối sunfit đều tan trừ Ag2SO3, CaSO3, BaSO3

+ Hầu như các muối cacbonat, photphat, oxanat, xianua đều không tan, trừ muối amoni và các kim loại kiềm

+ Hầu như các muối suafua đều không tan trừ muối của kim loại kiềm

và Ba2+, NH4+, Ca2+

+ Một số muối không tồn tại trong nước (phản ứng hoàn toàn với nước) như muối cacbonat của kim loại hóa trị III, muối sunfua của kim loại hóa trị III và MgS, các muối tạo ra từ rượu, hầu như muối cacbua, nitrua, photphua, hidrua của kim loại kiềm, kiềm thổ, Al, Zn

Phân tích

Đây là bài toán cơ bản của học sinh phổ thông Bài toán này đòi hỏi học sinh hiểu và vận dụng thành thạo biểu thức liờn quan giữa nồng độ phần trăm với độ tan

a) Ở đây học sinh cần hiểu rõ độ tan và vận dụng nồng độ phần trăm sẽ có:

% 42 , 26

% 100 9 , 35 100

9 , 35

% 100 100

Gọi S, M, M’ lần lượt là độ tan, khối lượng mol CuSO4.5H2O, khối lượng mol CuSO4 ta cú:

% 40

% 100 100

160 250

% 100 100

M M

Từ độ tan cho biết nồng độ phần trăm của dung dịch muối bão hòa, từ

đó thiết lập biểu thức nồng độ phần trăm đã tìm được theo số gam chất tan (số gam có ban đầu và số gam cho thêm vào) và số gam dung dịch Cuối cùng tính theo hệ thức sau: (m là số gam muối NaCl cần cho vào)

40

% 100 9 , 35 100

9 , 35

% 100 200

7 , 11 100 200

% 100 100

% 100

m C

ddNaCl

NaCl bãohòa

Phân tích

Đây là bài toán để học sinh thấy được rằng độ tan không chỉ theo một đơn vị nhất định mà hiểu rằng cho dù độ tan tính theo đơn vị nào đều là một đại lượng được biểu diễn lượng chất tan có trong một lượng dung môi ở điều kiện đã cho sẵn

Theo bài cho S = 10-2,31M

- Độ tan của CaSO4 được tính theo g/l là: 0 , 7 ( / )

1

10

l g



- Độ tan của CaSO4 được tính theo số gam CaSO4 tan được trong 100g nước là:

) ( 10 96 , 6 100 10

142 1 1000

10

31 , 2

31 , 2

+ ( ) là chỉ hoạt độ của các ion, hoạt độ của chất rắn bằng 1 + Ks là tích số tan nhiệt động của kết tủa MmAn (là hằng số cân bằng nhiệt động) Ks phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của chất hòa tan

K f f K A

M          (1.4) Trong đó:

+ c s

K được gọi là tích số tan nồng độ + f là hệ số hoạt độ

Trong dung dịch có lực ion (I), công thức tính gần đúng theo Davit của

hệ số hoạt độ theo lực ion là:

1 5 , 0

Trong đó f i là điện tích của ion

Nếu trong dung dịch rất loãng, có nghĩa rằng các ion có rất ít trong dung dịch vì vậy lực tương tác giữa các ion rất nhỏ (I ≈ 0), theo (1.5) cho thấy

K A

M     (1.6) Đối với học sinh phổ thông nhiều bài toán thường tính toán đơn giản, chính vì vậy trong cân bằng của hợp chất ít tan (hay trong dung dịch loãng nói chung) chấp nhận hệ số hoạt độ bằng 1, tức là việc tính toán tích số tan nồng

độ là được áp dụng theo biểu thức (1.6) Tất nhiên có thể cho học sinh tính theo biểu thức (1.4) khi đó nên cho ngay hệ số hoạt độ, còn nếu cho lực ion thì học sinh biết công thức tính hệ số hoạt độ theo lực ion vì có nhiều biểu thức tính hệ số hoạt độ khác nhau và trong phổ thông không được nghiên cứu sâu về vấn đề này

Ví dụ 4:

a) Tính tích số tan của KClO 4 biết rằng ở 20 0 C, 100gam nước hòa tan được 1,8g muối, tỉ khối của dung dịch d = 1,01 g/ml (M KClO4= 138,56), hệ số hoạt độ của hai ion đều bằng 0,76

b) Tính tích số tan của AgCl trong dung dịch bão hòa AgCl biết độ tan của AgCl ở 20 0 C là 1,001.10 -5 M, hệ số hoạt độ của hai ion đều bằng 99,64.10 -2 , β AgOH = 10 -11,7

Phân tích

Đây là dạng bài tính tích số tan của một hợp chất tan khá lớn và một hợp chất ít tan Mục đích của bài này để học sinh thấy được giá trị tích số tan nồng độ với tích số tan nhiệt động khác nhau như thế nào đối với các hợp chất

có độ tan khác nhau

a) Nồng độ của muối tan là:

) ( 129 , 0 56 , 138 ) 8 , 1 100 (

011 , 1 1000 8 , 1

Có cân bằng:

KClO4 ↓ ⇄ K+ + ClO4- Ks=? (1) [ ] 0,129 0,129

Theo (1) và bài cho ta có:

S K ClO K ClO f f K

b) Dung dịch bão hòa AgCl có các cân bằng sau:

AgCl ↓ ⇄ Ag+ + Cl- Ks =? (2)

Ag+ + H2O ⇄ AgOH + H+ β= 10-11,7 (3) Theo (2), (3) có độ tan của AgCl là:

SAgCl = [Ag+] + [AgOH] = [Cl-] = 1,001.10-5 M

Vì β rất bé nên coi quá trình tạo phức hiđroxo xảy ra không đáng kể (thông thường các bài toán nếu không cho biết hằng số phức hiđroxo của ion kim loại thì ngầm hiểu quá trình tạo phức hiđroxo không xét đến)

Nhận xét: Theo 2 kết quả trên cho thấy: Đối với các hợp chất dễ tan (

là các chất có khả năng tan được một lượng lớn hơn 1,0g trong 100g nước) thì thấy rằng tích số tan nồng độ khác nhiều so với tích số tan nhiệt động, vì vậy những bài toán này nếu giải chính xác thì không được bỏ qua lực ion Còn đối với các hợp chất được gọi là không tan (là các chất có khả năng tan được một

lượng nhỏ hơn 0,01g trong 100g nước) thì thấy rằng KS ≈ c

s

K , vì vậy tích số nồng độ được coi bằng KS (có nghĩa là I ≈ 0 hay f = 1) Để tránh phức tạp do phải kể đến lực ion cần chọn các đối tượng thích hợp với độ tan không quá lớn

Kết luận: Trong chương trình phổ thông việc tính toán chỉ mang tính

chất lí thuyết, thường để dự đoán hiện tượng và minh họa một kết luận lí thuyết nào đó về các hiện tượng hóa học xảy ra trong dung dịch , vì vậy các bài toán cân bằng trong dung dịch nói chung, trong hợp chất ít tan nói riêng, việc tính toán liên quan tới hằng số cân bằng đều tính gần đúng theo nồng độ Vậy các bài toán cân bằng của các hợp chất ít tan trong đề tài này đều tính tích số nồng độ ion theo biểu thức (1.6)

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

1.1.3.1 Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử

Yếu tố quan trọng nhất quyết định đến việc làm kết tủa hoàn toàn hay không là lượng dư thuốc thử Lượng dư thuốc thử có thể gây ra hiệu ứng sau:

+ Hiệu ứng làm giảm độ tan do có mặt ion cùng loại với ion kết tủa + Hiệu ứng lực ion có khuynh hướng làm tăng độ tan Khi thêm dư thuốc thử thì lực ion tăng → đa số fi giảm → c

s

K sẽ tăng → độ tan tăng

+ Hiệu ứng pha loãng: Khi thêm thuốc thử thì đồng thời thể tích dung dịch tăng do đó lượng ion nằm cân bằng với tướng rắn trong dung dịch bão hòa cũng tăng lên

+ Trong nhiều trường hợp thuốc thử dư phản ứng hóa học với kết tủa,

do sự tạo phức của ion kim loại với thuốc thử dư, do sự tạo thành các hidroxit lưỡng tính của ion kim loại tan được trong thuốc thử dư v v

1.1.3.2 Ảnh hưởng của pH

Khi nghiên cứu phản ứng của hợp chất ít tan, thấy rằng pH đóng vai trò quan trọng khi đánh giá độ tan Ảnh hưởng của pH thể hiện như sau:

− pH ảnh hưởng đến độ tan do sự tạo phức hidroxo của các ion kim loại

− pH ảnh hưởng đến độ tan do sự proton hóa của kết tủa là bazơ yếu

− pH ảnh hưởng đến quá trình tạo phức giữa ion kim loại với phối tử tạo phức phụ L, do đó ảnh hưởng đến độ tan của kết tủa

1.1.3.3 Ảnh hưởng của các chất tạo phức

Trong phần này ta chỉ xét các chất tạo phức có mặt trong dung dịch có thể làm hạn chế hoặc nhăn cản quá trình kết tủa do sự tạo phức với ion kim loại Tính chất này được dùng để che các ion cản trở Trong một số phản ứng tạo ra hợp chất ít tan làm ngăn cản sự tiếp xúc các chất, nếu không có sự tạo phức làm hợp chất ít tan đó tan ra thì phản ứng coi như không xảy ra

Chương 2: BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

 Cân bằng tạo phức hiđroxo

 Các cân bằng tạo phức, oxh - khử, v v

+ Từ độ tan biết, theo cân bằng (1) biết được nồng độ đầu của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan

 Nếu ion nào không tham gia quá trình phụ khác thì nồng độ ion được tính từ độ tan chính là nồng độ cân bằng của hợp chất ít tan đó

 Còn các ion nào tham gia quá trình phụ thì dựa vào cân bằng

đó, áp dụng ĐLTDKL, ĐLBTNĐ,….để tính ra nồng độ cân bằng của ion tạo ra từ hợp chất ít tan

+ Khi tính được nồng độ cân bằng của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan, dựa vào cân bằng của hợp chất ít tan tính ra hằng số tích số tan KS

+ Trong các bài toán ở bậc phổ thông thường tính toán ở dạng đơn giản

là chấp nhận lực ion I = 0 (hệ số hoạt độ f = 1) Còn nếu cho biết lực ion (hoặc công thức tính lực ion) và công thức tính hệ số hoạt độ thì các biểu thức của các hằng số được tính theo hoạt độ

ra gốc axit không tham gia quá trình proton hóa dù ở bất kỳ giá trị pH nào, còn ion kim loại có tham gia quá trình tạo phức hidroxo nhưng có hằng số tạo phức rất nhỏ nên không xét đến

Bài giải

Từ mô tả cân bằng tan, tạo phức hiđroxo và giá trị S, *β ta thấy sự tạo phức hiđroxo của ion Ag+ là không đáng kể Mặt khác do ion I- tương ứng với

HI là axit rất mạnh nên ion I- không có quá trình proton hóa, ngoài ra ion Ag+

và I- rất ít nên không có quá trình tạo phức của ion Ag+ với ion I

- AgX (X: Cl, Br, I, SCN)

- M2(SO4)n (M: Ag, Ca, Sr, Ba)

- M(IO3)n (M: Ag, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd)

Các muối trên đều thuộc muối tạo ra từ các ion không tham gia quá trình proton hóa hoặc có nhưng không đáng kể Đôi khi vận dụng nội dung bài tập này cho muối khác ví dụ: CaCO3, Ca3(PO4)2, MnS, v.v thì kết quả sẽ sai

K = 10 -0,78

Phương pháp

Theo bài này cần mô tả đầy đủ các cân bằng (vì bài cho các hằng số cân bằng), phân tích việc bỏ qua cân bằng phụ để tìm cân bằng chính và tính theo cân bằng đó

- Mô tả cân bằng trong hệ:

Ba(IO3)2 ↓ ⇄ Ba2+ + 2 IO3- KS = ? (1)

Ba2+ + H2O ⇄ Ba(OH)+ + H+ *β = 10-13,36 (2)

IO3- + H2O ⇄ HIO3 + OH- Kb = 10-13,22 (3)

- Phân tích để lựa chọn cân bằng chủ yếu:

Vì độ tan của Ba(IO3)2 là nhỏ và *β, Kb rất bé nên khẳng định là cân bằng (2), (3) tạo ra không đáng kể nên được bỏ qua, lúc đó chỉ tính theo cân bằng (1)

- Tính theo cân bằng chủ yếu (1), áp dụng ĐLTDKL có chú ý đến nồng độ ban đầu đã cho của ion IO3- Có kết quả: KS = 1,55.10-9 = 10-8,81

Qua ví dụ trên, bài toán được mở rộng cho tất cả các muối ở ví dụ 6, được xét đối với dung dịch bão hòa của muối trong nước hoặc có pH đã cho

và có ion đồng dạng với hợp chất ít tan, nhưng không có quá trình phụ Ví dụ: AgCl trong dung dịch nước chứa NaCl, BaSO4 trong dung dịch nước chứa NaSO4, Ca(IO3)2 trong dung dịch nước chứa Ca(NO3)2, v v Nhưng nếu cho PbCl2 trong dung dịch chứa HCl mà chỉ xét đơn giản như trên thì sai, vì còn

có quá trình tạo phức của ion chì với ion clo

Dạng 2: Tính tích số tan từ độ tan khi có quá trình phụ của ion tạo ra

từ hợp chất ít tan

Đây là dạng bài trong tính toán có xét đến quá trình phụ Đòi hỏi học sinh ngoài kiến thức cân bằng của hợp chất ít tan còn phải có kiến thức về cân bằng axit bazơ, cân bằng tạo phức, v v và học sinh phải có tư duy logic về mối quan hệ của các loại phản ứng khác nhau: Có thể chỉ có quá trình phụ của ion kim loại tạo phức hiđroxo hoặc tạo phức với phối tử khác, hoặc chỉ có quá trình proton hóa của gốc axit, hoặc có các quá trình trên Khi xét có các quá trình đó hay không, phải dựa vào các giá trị hằng số, nồng độ, pH… để loại

bỏ hoặc giữ lại một quá trình phụ nào đó

Khi tính toán nồng độ cân bằng của ion tham gia quá trình phụ thì có thể tạo tình huống để tính toán quá trình phụ dựa vào độ tan trong cân bằng của hợp chất ít tan Các bài toán dạng này có nâng cao hơn, đòi hỏi học sinh có tư duy sáng tạo, hiểu nhiều loại cân bằng khác có liên quan tới cân bằng hợp chất ít tan và phải linh hoạt vận dụng trong biện luận hiện tượng và tính toán

K = 10 -2 M

Phương pháp

Trong bài này cần phải xác định các loại cân bằng và lựa chọn cân bằng tính ra các nồng độ của ion cần xác định, nội dung của bài toán có phức tạo hơn ở ví dụ 5 Đối với các bài toán khi xét độ tan của một muối ít tan trong dung dịch axit mạnh (với nồng độ không quá bé) thì phải thấy được là không

có quá trình tạo phức hiđroxo của ion kim loại

Dung dịch bão hòa trong HCl 0,2M có các cân bằng sau:

BaSO4 ↓ ⇄ Ba2+ + SO42- KS = ? (1)

C0 S S (Với S = 3.10-5 M)

Vì trong môi trường axit mạnh nên không có quá trình tạo phức hiđroxo của ion Ba2+

Lưu ý: Trong tất cả các muối ở môi trường axit mạnh, nồng độ không quá bé thì có lẽ không cần tính toán để chứng minh có quá trình tạo phức hiđroxo của ion kim loại hay không, mà chỉ cần khẳng định không có là được

Theo bài toán này phải xét đến quá trình phụ sau:

H+ + SO42- ⇄ HSO4- Ka-1 = 102 (2)

(Nếu dung dịch axit rất loãng thì cân bằng (2) có thể không xét đến)

Bài giải

Để đơn giản có thể giải gần đúng

S = [SO42-] + [HSO4-] = [Ba2+] Theo (2): 4

2 4

HSO SO



 = Ka-.[H+] ≈ 102.0,2 = 20 (Sự proton xảy ra không quá lớn nên coi [H+] = CH+)

→ [HSO4-] ≈ 20[SO42-] → S = 21[SO42-] = 3.105 → [SO42-]=1,43.10-6 M Kiểm tra điều kiện gần đúng:

[HSO4-] ≈ 20[SO42-] = 2,86.10-5 << 0,2 ( CH+) ,vì vậy coi [H+] = CH+ là hoàn toàn hợp lý

Từ (1) ta có:

KS = [Ba2+].[SO42-] = 3.10-5.1,43.10-6 = 4,29.10-11 = 10-10,37

Vậy tích số tan của BaSO4 là 10-10,37

- Nếu giải theo hệ thống thì buộc phải xét đến một phương trình bậc 2: Theo (2), áp dụng ĐLTDKL, với S = 3.10-5 đưa ra phương trình bậc 2 như sau:

x2 – 0,21003x + 6.10-6 = 0, tính ra được: x= 2,587.10-5

→ [SO42-] = 3.10-5 – 2,857.10-5 = 1,43.10-6 (M), kết quả tương tự như cách giải đơn giản Như vậy tùy điều kiện bài toán mà có thể chọn cách giải gần đúng hợp lí, có kiểm tra

Ví dụ 9

Độ tan của BaSO 3 trong nước bằng 0,016g/100ml

a) Hãy tính nồng độ của ion Ba 2+ trong dung dịch bão hòa

b) Hãy tính nồng độ của ion SO 3

trong dung dịch bão hòa

c) Hãy tính tích số tan của BaSO 3

Cho: H 2 SO 3 (K a1 = 10 -1,92 M, K a2 = 10 -7,18 )

Phương pháp

Đây là trường hợp một hợp chất ít tan tạo ra từ bazơ mạnh với axit yếu nên quá trình tạo phức hiđroxo của ion kim loại được bỏ qua Để tính một cách chính xác thì phải xết đến quá trình proton hóa của gốc axit, điều này chính là nội dung nâng cao của bài toán Trong bài này học sinh phải mô tả đầy đủ các cân bằng trong hệ và dựa vào độ tan tính ra nồng độ mỗi ion ở trạng thái cân bằng

Bài giải

Trong dung dịch BaSO3 bão hòa có cân bằng sau:

BaSO3 ↓ ⇄ Ba2+ + SO32- KS = ? (1) a) Vì ion Ba2+ (ion kim loại) có hằng số *β rất nhỏ nên quá trình tạo phức hidroxo của ion Ba2+ là không đáng kể, do vậy ta thấy được nồng độ cân bằng của ion Ba2+ chính là độ tan của BaSO3

) ( 10 37 , 7 1 , 0 217

016 , 0 ]

HSO-3 + H2O ⇄ H2SO3 + OH- Kb2 = (Ka1)-1.Kw = 10-12,08 (3)

Do Kb1>> Kb2 nên cân bằng phụ được xét đến chủ yếu là cân bằng (2)

Từ (2), áp dụng ĐLTDKL với C SO= S = 7,37.10-4 , học sinh đưa ra phương trình tính được: [HSO3-] = [OH-] = 1,05.10-5 M

Vậy [SO32-] = 7,37.10-4 – 1,05.10-5 = 7,265.10-4 (M)

c) Theo kết quả ở hai phần trên ta có :

KS = [Ba2+].[SO32-] = 7,37.10-4.7,265.10-4 ≈ 5,35.10-7 (M2) Nếu bỏ qua cân bằng (2), có nghĩa là chấp nhận S=[SO32-]=7,37.10-4 thì kết quả phạm sai số là:

Sai số nồng độ: 100 % 1 , 42 %

10 37 , 7

10 265 , 7 10 37 , 7

4

4 4

10 35 , 5 10 43 , 5

7

7 7

Các bài toán tương tự có thể lấy các trường hợp muối ít tan của bazơ mạnh với axit yếu hoặc bazơ yếu với axit mạnh (có nghĩa rằng chỉ có một ion của hợp chất ít tan tham gia quá trình proton hóa) hoặc bài toán năng cao hơn

là cho các muối này trong dung dịch nước chứa ion đồng dạng với hợp chất ít tan

Phương pháp

Đây là bài toán tính tích số tan từ độ tan của hợp chất ít tan được xét trong môi trường axit mạnh (có nồng độ không quá bé), trong đó chỉ có một quá trình proton hóa Ở môi trường axit như bài này không có quá trình tạo phức hidroxo của ion kim loại nhưng sẽ có quá trình thâu proton của gốc axit Theo bài này từ độ tan bài cho, biết được nồng độ cân bằng của ion kim loại không tham gia quá trình phụ và dựa vào cân bằng thâu proton của ion IO3-,

áp dụng ĐLTDKL sẽ tính được nồng độ cân bằng của gốc axit Qua đó ta tính được tích số tan KS = 10-8,82

+ Các bài toán tương tự cho các muối ít tan của các axit H2SO4, HIO3, HSCN được xét trong axit mạnh có nồng độ không quá bé

có trong hệ và phân tích được với giá trị pH bài cho thì có quá trình phụ xảy

ra Từ các cân bằng xác định được, dựa trên giá trị pH, các hằng số đã biết, độ tan, tính ra các nồng độ cân bằng của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan Ví dụ này phải kể đến sự tạo phức hiđroxo của ion kim loại

Bài giải

Có các cân bằng sau:

PbI2 ↓ ⇄ Pb2+ + 2I- KS (1)

Biết pH dựa vào (2) có thể đánh giá [Pb2+] từ đó tính KS

Bài toán có kể đến cân bằng (2) nhưng đã biết pH do đoa bài toán trở nên đơn giản trong tính toán Có kết quả là ( )

2

PbI S

K = 10-7,86+ Các bài toán tương tự cho hợp chất ít tan của các muối, ở pH cao, thích hợp, để sự tạo phức hiđroxo của ion kim loại ảnh hưởng đến cân bằng của hợp chất ít tan Ví dụ các muối đó là:

- MXn (M: Ag, Cu(I), Hg(I), Pb; X: Cl, Br, I, SCN)

- M2(SO4)n (M: Pb, Ag, Ca)

- M(IO3)n (M: Ag, Cu, Zn, Cd, Hg(I), Pb)

+ Cũng có thể cho các ví dụ tương tự khác nhưng trong đó chỉ tính đến một quá trình phụ xảy ra không phải là quá trình proton hóa của ion kim loại

mà là quá trình proton hóa của gốc axit trong một dung dịch đã biết độ tan và

chế khi có thể bỏ qua quá trình phụ hoặc khi đã biết pH, nồng độ chất tạo phức v.v

Cũng như trường hợp tích số tan, khi tính độ tan cần phải:

+ Mô tả các cân bằng xảy ra trong dung dịch:

+ Cách giải quyết các dạng bài toán này như sau:

- Thiết lập biểu thức tính tích số tan

- Thiết lập biểu thức tính nồng độ cân bằng của ion tham gia quá trình phụ theo độ tan, hằng số cân bằng, pH, v.v… Nếu ion nào không tham gia quá trình phụ thì nồng độ cân bằng của ion đó chính là nồng độ tạo ra của hợp chất ít tan

- Trong một số trường hợp không cho biết pH, nồng độ tạo phức, lúc

đó phải đánh giá gần đúng pH hoặc nồng độ chất tạo phức

- Tổ hợp các biểu thức tính được với biểu thức tích số tan để đánh giá

độ tan

2.2.2 Bài tập

Dạng 3: Tính độ tan từ tích số tan khi không xét đến quá trình phụ:

Đây là dạng bài tập cơ bản và tính toán đơn giản Dạng bài toán này chỉ gặp các hợp chất ít tan tạo ra các ion không tham gia quá trình phụ hoặc có quá trình phụ xảy ra nhưng không đáng kể Các hợp chất ít tan trong dạng bài toán này được xét trong dung môi nước hoặc trong một dung dịch nước có chứa ion đồng dạng với hợp chất ít tan hoặc trong một môi trường axit, nếu có

sự proton hóa cũng là không đáng kể

Bài giải

+ Các cân bằng của AgBr trong dung dịch bão hòa:

AgBr ↓ ⇄ Ag+ + Br- KS = 10-12,3 (1)

Ag+ + H2O ⇄ AgOH + H+ *β = 10-11,7 (2) Cách tính bài toán này giống như ví dụ 5, chỉ khác tính S từ KS

Kết quả: S = 10-6,15

BaSO4 ↓⇄ Ba2+ + SO42- KS = 10-9,96 [ ] S S

Các quá trình phụ của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan có thể chỉ tính đến quá trình tạo phức của ion kim loại hoặc chỉ tính đến quá trình proton hóa của gốc axit, hoặc có nhiều quá trình đều được tính đến Trong tính toán dựa vào cân bằng được xét đến và trên cơ sở nồng độ đầu của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan với các hằng số cân bằng, pH, v.v đã biết, từ đó tính ra nồng độ cân bằng của các ion tạo ra hợp chất ít tan