CHƯƠNG 3 HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC

CH ƯƠ NG 3HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐƠN GIẢN TRONG NƯỚC... NỘI DUNG CHƯƠNG 33.1 Cân bằng trao đổi điện tử 3.2 Cân bằng trao đổi tiểu phân 3.3 Ứng dụng: Xét tính định lư

Trang 1

CH ƯƠ NG 3

HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC

ĐƠN GIẢN TRONG NƯỚC

Trang 2

NỘI DUNG CHƯƠNG 3

3.1 Cân bằng trao đổi điện tử

3.2 Cân bằng trao đổi tiểu phân

3.3 Ứng dụng: Xét tính định lượng của

CBHH; Tính pH của dung dịch acid;

dung dịch base; dung dịch muối

HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA

CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐƠN GIẢN TRONG NƯỚC

Trang 3

3.1 CÂN BẰNG TRAO

ĐỔI ĐIỆN TỬ

– Bán cân bằng – Cân bằng trao đổi điện tử:

* HS cân bằng – chiều phản ứng

* Thế tương đương

Trang 4

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

)(

)

(ln

0

Kh

Ox nF

RT E

E = +

R = 8,3144 J / mol 0 K ; T = 298,16 0 K ; F = 96.493 Cb/ mol; n = số điện tử trao đổi

Ox/Kh

BCB trao đổi điện tử:

Ox + ne - ⇄ Kh Khi hiện diện trong nước với hoạt độ (Ox) và

(Kh), dung dịch có thế E (PT Nernst):

Trang 5

] [

]

[ lg

059 ,

0

Kh

Ox n

E o : thế oxy hóa chuẩn của cặp Ox/Kh, là HS

đặc trưng cho khả năng oxy hóa hay khử của

đôi oxy hóa/ khử liên hợp (ở 25 o C, 1 atm)

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

Trang 6

n 2 Ox 1 + n 1 Kh 2 n(1) 1 Ox 2 + n 2 Kh 1

(2)

1 ]

[ ]

[ )

1 (

2 1

1

Ox K

Định luật tác dụng khối lượng:

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG

Trang 7

] [

]

[ lg 059 , 0

1

1 1

0 1 1

Kh

Ox n

E

] [

lg 059 , 0

2

2 2

0 2 2

Kh

Ox n

E

=

059 0

2 1

,

) E E

( n

2 1 1

2

2 1

1 2

n n

] Ox [ ] Kh [

] Kh [ ] Ox [

059 ,

0

) ( 1 2

2 1

10 )

1 (

o

E n

1 ]

[ ] [

] [

) 1

2

2 1

1 2

K Kh

Ox

Kh Ox

n n

=

DD chứa cùng lúc 2 đôi Ox 1 /Kh 1 và Ox 2 /Kh 2 ở

TT cân bằng sẽ có E cb = E 1 = E 2 :

Nhân 2 vế với n 1 n 2 , chuyển vế và thu gọn:

Trang 8

059 , 0

) ( 1 2

2 1

10)

1(

o

o E E n n

hóa mạnh hơn Ox 2 và ngược lại

2) E 0

1−E 0

2 >> 0 ⇒ K(1) >> 1: trị số E o càng lớn, khả năng oxy hóa của dạng Ox càng mạnh, tính

khử của dạng khử càng yếu

3) Trộn 2 đôi oxy hóa khử bất kỳ với nhau: đôi

nào có E o lớn hơn thì dạng oxy hóa của đôi này

sẽ oxy hóa dạng khử của đôi còn lại

Trang 9

Ví dụ E o (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,77 V ; E o (Sn 4+ /Sn 2+ ) = 0,15 V

Tuy nhiên, dự đoán chiều phản ứng dựa vào E o

chỉ chính xác khi trong hệ phản ứng không có cấu

tử nào khác tham gia vào phản ứng

Khi có sự tham gia của cấu tử khác, dự đoán có

thể sai vì K đã thay đổi

Trộn 2 đôi với nhau, phản ứng sẽ xảy ra theo

Fe 3+ + Sn 2+ → Fe 2+ + Sn 4+

Trang 10

n 2 Ox 1 + n 1 Kh 2 Ox(1) 2 + n 2 Kh 1

(2)

1 2

2 1

2 2

1

và

n ]

Ox [ ]

Kh [ n ] Ox [

Thế tương đương E tđ: thế của dd (cân bằng) tại

điểm tương đương (thời điểm các tác chất tác dụng

vừa đủ với nhau theo số đương lượng bằng nhau)

Dung dịch chỉ chứa 2 đơi Ox 1 / Kh 1 và Ox 2 / Kh 2

Tại điểm tương đương, số đương lượng các tác chất bằng nhau và số đương lượng các sản phẩm cũng

bằng nhau:

THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DUNG DịCH

Trang 11

] [

lg 059 , 0

1

1 1

0 1

Kh

Ox n

E

E td = +

] [

lg 059 ,

0

1

1 0

1 1 1

Kh

Ox E

n E

] [

lg 059 , 0

2

2 2

0 2

Kh

Ox n

E

E td = +

] [

lg 059 ,

0

2

0 2 2 2

Kh

Ox E

n E

2 1

2 2 1

1

n n

E n E

n o o

+

] []

]

[ ] [

] [ lg 059 , 0

2

2 1

1 2

Ox Kh

Ox n

+

2 1

2 2 1

1

n n

E n E

n E

o o

⇒Etđ = +

⇔

Tại cân bằng

Trang 12

] H

lg[

n n

, ++ 2

1

059 0

p

Kh H

n n

1

]

[ ] lg[

059 , 0

2 2 1

1

n n

E n E

n E

o o

2 2 1

1

n n

E n E

n E

o o

td

+

=

Nếu có H + tham gia vào bán cân bằng của Ox 1 / Kh 1

Nếu có H + tham gia vào bán cân bằng của Ox 1 / p Kh 1

Trang 13

3.2 CÂN BẰNG TRAO ĐỔI

TIỂU PHÂN

– Bán cân bằng:

*HS đặc trưng của BCB tổng quát

* HS đặc trưng của BCB cụ thể

* Nồng độ cấu tử ở thời điểm CB

– Cân bằng trao đổi tiểu phân:

*HS cân bằng

*Cách biểu diễn và tính toán CB trao đổi tiểu

phân trong thực tế

Trang 14

A + p ⇄(1) D

(2)

] ][

[

]

[ )

1

(

p A

D

K = β =

] [

] ][

[ )

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB TỔNG QUÁT

Trang 15

k p

A

] ][

2 2

1 ]

][

[

] [

D

β

⇒ [D 1 ] = β 1 [ A ] [ p ] [D 2 ] = β 2 [ D 1 ] [ p ] = β 1 β 2 [ A ] [ p ] 2

Quá trình cho – nhận tiểu phân p có thể xảy ra

theo n nấc: theo từng nấc hoặc một lúc nhiều

nấc

Theo từng nấc HS bền từng nấc β và HS phân li từng nấc k

Trang 16

' 1

1 ]

][

[

] [

i i

k p

Theo từng nấc

Trang 17

2 , 1 2

2 2

, 1

1 ]

Theo một lúc nhiều nấc

Trang 18

2 , 1 2

2 1

2

1 2

1

]][

[

]

[]

][

[

]

[]

D p

D

D p

A D

' 1

2 1 ,

1

.

1

.

i n

n

i i

k k

=

= β β β β

Trang 19

A + p D β ⇄

A – + H + HA ⇄

(1) (2)

BCB TẠO PHỨC

BCB ACID – BASE

HA là acid , A – là base ; Đôi HA / A - : đôi acid – base liên hợp

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ

Trang 20

A - + H + HA ⇄

(1) (2)

Theo chiều (1) : β HA Theo chiều (2) : hằng số phân li acid

] [

] ][

k k

Trang 21

] ][

[

] ][

[

2O H A

OH

HA k

10 ]

][

[

] ][

[ ]

[

] ][

[

2 2

C

k O

H A

OH

HA HA

A H

Liên hệ giữa k HA và k

A-Acid càng mạnh thì base liên hợp càng yếu

HS phân li base

Trang 22

n D

p A

D

] ][

[

] [

=

β

] [

QT tạo tủa biểu diễn đầy đủ phải bao gồm 2 bán

cân bằng liên tiếp (tạo phức rồi mới tạo tủa) với

các hằng số bền β D và β D↓ :

Trang 23

n m

AmBn

n m

T

S = +

.

A m B n ⇄ mA n+ + nB m−

Độ tan S: tổng nồng độ của D chuyển vào DD:

S = [ D ] + [ A ] ≈ [A] ( nếu [D] không đáng kể)

Trong trường hợp D không tồn tại dạng phức,

có thể tính trực tiếp độ tan S từ tích số tan T ST

T AmBn = [A n+ ] m [B m−] n = (ms) m (ns) n =m m n n S m+n

BCB TẠO TỦA

Trang 24

[A] 0 = [A] + [D 1 ]+[D 2 ] + … + [D n ]

Thay [D i ] = β 1, i [A] [p] i vào PT trên:

[A] 0 = [A]+ β 1,1 [A] [p] 1 + β 1,2 [A][p] 2 + …+ β 1,n [A][p] n

[A] 0 = [A] {1 + β 1,1 [p] 1 + β 1,2 [p] 2 + … + β 1,n [p] n }

A + p D ⇄ 1 + p D ⇄ 2 + p … D ⇄ n Biết nồng độ ban đầu của A (kí hiệu C A hay [A] 0 ),

nồng độ cân bằng [p] và các HSB

tương ứng của từng nấc

Nồng độ A còn lại ([A]) và các sản phẩm [D i ] sinh ra)?

PT bảo toàn khối lượng:

NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG

Trang 25

=

n

i 1

[A] 0 = [A] { 1 + β 1,i [ p ] i } = [A] α A[p]

α A{p] : hệ số điều kiện của A khi có p

i n

i

i p

A A

A

] [ 1

] [ ]

[ ] [

1 , 1

0 )

i n

i

i i i

i i

p

p A

D

] [ 1

] [ ]

[ ]

[ ] [ ] [

1 , 1

, 1 0 ,

Trang 26

Các cân bằng cho – nhận tiểu phân H + của Y 4- như sau:

Ví dụ: Thiết lập biểu thức xác định hệ số điều kiện α Y(H+) theo [H + ] , biết H 4 Y (acid Etylen Diamin Tetra Acetic) có

k 1 = 10 – 1,99 ; k 2 = 10 – 2,67 ; k 3 =10 – 6,27 ; k 4 =10 – 10,95

Trang 27

Muốn tính giá trị α Y(H+) theo pH, thay nồng độ H +

tương ứng giá trị pH từ 0 đến 14 vào biểu thức α Y(H+)

Trang 28

1 1

] ][

[

]

[

n D

p A

D

=

β

2 2

] ][

[

] [

n D

p A

D

=

β

1 2

2 1 2

1

2 1

1 2

2 1

1 2

2 1

) (

)

( ]

[

]

[ ]

[ ] [

] [ ] [ ) 1

D

n D n

n

n n n

n

n n

p

p x D

A

A D

CB trao đổi tiểu phân là quá trình cho–nhận tiểu

phân p giữa hai đôi cho-nhận tiểu phân

Xét hai đôi cho-nhận tiểu phân

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HẰNG SỐ CÂN BẰNG

Trang 29

Ví dụ: Với phản ứng giữa FeCl 3 và H 4 Y, xem cân bằng chính

là cân bằng xảy ra giữa Fe 3+ và Y 4 – :

Fe 3+ + Y 4 – FeY ⇄ – (HS bền β FeY theo chiều 1)

Cl - , H + sẽ được xem là các cấu tử gây nhiễu lên cân bằng chính

CÁCH BIỂU DIỄN VÀ TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI CÁC CB TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN TRONG THỰC TẾ

Để đơn giản hóa, CB trao đổi tiểu phân thường được

đưa về bán cân bằng (BCB) với các HSĐT tương ứng; Các cấu tử còn lại ngoài BCB nói trên được xem là

cấu tử gây nhiễu – (chương 4)

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

Trang 30

3.3 ỨNG DỤNG

– Xét tính định lượng của CB hóa học

– Tính pH của dung dịch:

*PT tính pH của dung dịch acid

* PT tính pH của dung dịch base

*PT PT tính pH của dung dịch acid và base liên

hợp

*Một số công thức tính pH được đơn giản hóa

Trang 31

XÉT TÍNH ĐỊNH LƯỢNG CỦA MỘT

CÂN BẰNG HÓA HỌC

Chọn thuốc thử C để định lượng cấu tử X, cân bằng

xảy ra giữa C và X có tính định lượng (hoàn toàn) khi:

1) K ≥ 10 7 – 10 8 (K có thể là HSCB K, β ….)

2) [X] CL ≤ 10 – 6 M

Trang 32

TÍNH pH CỦA DUNG DỊCH

[H + ] có được bằng cách giải PT tổng quát (nhận

được từ sự tổ hợp các PT liên quan như PT trung

hòa điện, PT tích số ion của nước, các PT bảo toàn

vật chất, các PT hằng số phân li acid (base)…

thành một PT duy nhất)

pH = – lg[H + ]

Trang 33

PT TÍNH pH CỦA DD ACID

pH của dung dịch đơn acid HA

Xét đơn acid HA có nồng độ ban đầu C HA , HS phân

li k HA Trong dung dịch nước:

HA⇄ H + + A –

H 2 O⇄ H + + OH –

Trong DD có 4 ẩn số : [H + ],[OH – ], [A - ] và [HA]

Để tính pH, chúng ta giải PT chứa [H + ] nhận được từ

sự tổ hợp các phương trình liên quan (PT hằng số

phân li acid, PT bảo toàn điện tích, PT bảo toàn khối

lượng, PT tích số ion của nước)

Trang 34

] [

] ][

[

HA

A H

(d)

] [

]

[ ]

[

]

[ ]

[

] [ ]

OH H

C k A

A C

k A

HA k

HA

HA HA HA

Từ (a), (b) và (c) suy ra:

(e) [H + ][OH - ] = k H2O

PT HS phân li acid :

PT bảo toàn khối lượng

PT trung hòa điện

PT tích số ion của nước

Trang 35

] [

rút ra từ PT (d) vào (e) và biến đổi, ta được PT tính

pH của đơn acid HA :

Trang 36

Tương tự, thành lập được PT dùng để tính pH của

dung dịch đa acid H n A (nồng độ ban đau C 0 , các hằng

số phân li k 1 , k 2 , k 3 …) như sau:

Trang 37

pH của dung dịch chứa 2 đơn acid HA 1 , HA 2

PT tính pH của DD chứa hỗn hợp 2 đơn acid

HA 1 (k 1 , C 1 ) và HA 2 (k 2, , C 2 ):

[H + ] 4 + (k 1 + k 2 ) [H + ] 3

+ (k 1 k 2 – k 1 C 1 – k 2 C 2 – 10 –14 ) [H + ] 2 – ((k 1 + k 2 )10 – 4 + C 1 k 1 k 2 + C 2 k 1 k 2 ) [H + ] – k 1 k 2 10 –14 = 0

Trang 38

Tất cả PT tính pH của DD acid áp dụng được để

tính pOH cho DD base, chỉ cần thay [H+] bằng

[OH–], thay kacid bằng kbaz …vào PT tương ứng

PT TÍNH pH CỦA DD BASE

Trang 39

PT TÍNH pH CỦA DUNG DỊCH CHỨA

ACID VÀ BASE LIÊN HỢP Dung dịch chứa acid yếu và muối của nó

DD chứa acid yếu HA (nồng độ C A ) và base liên hợp

A – (nồng độ C B ) trong dạng muối NaA, ví dụ

(CH 3 COOH + CH 3 COONa):

[H + ] 3 +(C B + k HA )[H + ] 2 – (C A k HA + k H2O ) [H + ]

– k HA k H2O = 0

Trang 40

DD chứa base yếu A - (nồng độ C B ) và acid liên hợp

HA (nồng độ C A ), ví dụ (NH 4 OH + NH 4 Cl):

OH – ] 3 + (C A + k A )[OH – ] 2 – (C B k A + k H2O ) [OH – ]

– k A k H2O = 0

PT TÍNH pH CỦA DUNG DỊCH CHỨA

ACID VÀ BASE LIÊN HỢP Dung dịch chứa base yếu và acid liên hợp với nó

Trang 41

MỘT SỐ CT TÍNH pH CỦA DD ĐƯỢC ĐƠN GIẢN HÓA

-HA là acid yếu -HA là acid rất yếu

Trang 42

Công thức đơn giản Phạm vi áp dụng

Điều kiện của k Điều kiện của nồng độ (M) Acid mạnh

Trang 43

Điều kiện của

k Điều kiện của nồng độ (M) acid yếu

Trang 44

Điều kiện của k Điều kiện của nồng độ (M) Acid trung bình

Trang 45

Công thức đơn giản

Phạm vi áp dụng Điều kiện của

k Điều kiện của nồng độ (M) acid rất yếu

Trang 46

Base mạnh pOH = –lg C A - hay pH = 14 + lg C A

Base trung bình [OH – ] 2 +k A [OH – ]–k A C A = 0

Base yếu : pOH = ½ pk A - – ½lg C A

hay pH = 7 + ½ pk HA + ½ lg C A -

( HA : acid liên hợp với base A – )

pH của dung dịch đơn base A –

Trang 47

3 2

1 ≥10

k

và 10 – 3 M ≤ C ≤ 10 – 1 M

pH của đa acid H n A /đa base A n–

Điều kiện chung để xem đa acid (base) tương đương

đơn acid hoặc đơn base:

(chỉ áp dụng cho các trường hợp tương tự với các

trường hơp được nêu trong các ví dụ dưới đây)

Trang 48

Trang 49

Giải PT trên, được [OH – ]= 10 –2,84 tức pH = 11,16

hay pH = 7 + ½ pk HA + ½ lg C A -

= 7 + ½ 10,32 + ½ lg 0,01= 11,16

Ví dụ 3: Na 2 CO 3 ( k b1 =10 –3,68 ; k b2 =10 – 7,65 ) 0,01M :

tương đương đơn base có k baz = k b1 =10 –3,68 (base

trung bình): [OH – ] 2 +10 –3,68 [OH – ]–10 –3,68 10 –2 = 0

Thử xem Na 2 CO 3 là base yếu (k baz = k b1 =10 –3,68 ):

pOH = ½ 3,68 – ½lg 0,01

Trang 50

pH của DD chứa nhiều acid yếu HA 1 , HA 2 …HA n

pH của DD chứa nhiều base yếu A 1 - , A 2 - ,…,A n

-MỘT SỐ CT TÍNH pH CỦA DD ĐƯỢC ĐƠN GIẢN HÓA

Trang 51

B HA

C

C pk

pH của dung dịch đệm tạo bởi acid yếu và base

liên hơp hoặc pH của dung dịch đệm tạo bởi

base yếu và acid liên hợp

(*) k HA – hằng số phân li của acid yếu

C B – nồng độ dạng base

C A – nong độ dạng acid

Nếu C A ,C B lớn hơn nhiều so với [H + ] và [OH - ]:

Dung dịch đệm còn được tạo thành bởi 2 chất lưỡng

tính acid – baz, ví dụ NaH 2 PO 4 (đóng vai trò acid yếu

k HA =k a2 = 10 – 7,21 , nồng độ C A ) và Na 2 HPO 4 (đóng vai

trò base yếu nồng độ C B )

Trang 52

Tạo bởi một acid yếu và một

base mạnh (NaCH 3 COO, KCN)

tương đương base yếu:

pH =7+½ pk HA +½ lgC

Trang 53

ion Trung tính Acid Baz

chuyển tiếp khác

[Al(H 2 O) 5 (OH)] 2 +

Tính chất acid, base của một số ion trong nước

được nêu trong bảng

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	784 KB