Lý thuyết và bài tập dung dịch chất điện li BDHSG

Thuyết Axit - Bazơ của Arrhenius thuyết Axit - Bazơ cổ điển Theo thuyết này thì axit là những chất có khả năng phân li trong nước thành cation H+, còn bazơ là nhữngchất có khả năng phân

Trang 1

Chương 1 PHẢN ỨNG AXIT – BAZƠ

1 Thuyết axit - bazơ

Có nhiều thuyết về axit - bazơ khác nhau Trong số đó, được sử dụng nhiều là thuyết axit - bazơ của Arrhenius và thuyết axit - bazơ của Bronsted- Lowry

1.1 Thuyết Axit - Bazơ của Arrhenius (thuyết Axit - Bazơ cổ điển)

Theo thuyết này thì axit là những chất có khả năng phân li trong nước thành cation H+, còn bazơ là nhữngchất có khả năng phân li thành anion OH- Như vậy trong phân tử của axit phải chứa hiđro linh động có khả năng ion hóa còn trong phân tử bazơ phải chứa nhóm hiđroxi có khả năng ion hóa

Ví dụ: Axit HCl → H+ + Cl- Bazơ NaOH → Na+ + OH-Đây là thuyết đơn giản về axit và bazơ Nó chỉ đề cập đến dung môi là H2O Nhiều trường hợp không giảithích được tính axit-bazơ của một số dung dịch Để giải thích các trường hợp này người ta đưa ra khái niệm sự thủy phân

1.2 Thuyết proton về Axit - Bazơ của Bronsted – Lowry

Theo thuyết này axit là những chất có khả năng cho proton Bazơ là những chất có khả năng nhận proton

Sử dụng thuyết này ta có thể giải thích đầy đủ tính axit - bazơ của các dung dịch trong các dung môi: H2O, khác nước như dung môi hữu cơ… và giải thích cho một số phản ứng axit- bazơ không có dung môi

2 Một số khái niệm liên quan

[ ].[ ].[ ]

*Hằng số điện li Ka của một axit được dùng để đánh giá cường độ của axit Giá trị của Ka càng lớn cường

độ axit càng mạnh, ngược lại Ka càng nhỏ cường độ axit càng yếu

Những axit mà phân tử chứa hai hoặc hơn hai proton có thể tách ra được trong nước, những axit đó được gọi là các đa axit Trong dung dịch nước các đa axit phân li lần lượt theo các nấc và ở mỗi nấc cho một proton Ứng với mỗi nấc, có một hằng số axit (Ka) tương ứng

Ví dụ: Axit photphoric ( H3PO4 )

*Hằng số cân bằng Kb được gọi là hằng số bazơ, đặc trưng cho độ mạnh của một bazơ Kb càng lớn, bazơ

càng mạnh, ngược lại Kb càng nhỏ, bazơ càng yếu

Trang 2

Có những bazơ mà phân tử khi cho vào nước lần lượt nhận một, hai, ba proton, đó là những đa bazơ.

HPO  OH

 Kb1 = 10-1.64 HPO42 H O2

 H PO2 4 OH

 Kb2 = 10-6,79

H PO2 4 H O2 H PO3 4OH Kb3 = 10-11,88

2.2 Cặp axit – bazơ liên hợp

Theo Bronsted thì khi một axit cho proton tạo ra một bazơ liên hợp với nó Khi một bazơ nhận proton thì tạo ra axit liên hợp với nó

Ở ví dụ này có các cặp axit bazơ liên hợp: CH3COOH/CH3COO- và NH4+/ NH3

2.3 Quan hệ giữa K a và K b của một cặp axit-bazơ liên hợp (A/B)

 Tích số ion của H2O

H2O + H2O H3O+ + OH

-3

2 2

cb

H O OH K

H O



Nước nguyên chất ở 25oC: [OH-] = [H3O+] = 10-7M

Có thể suy ra: K H O2 = [H3O+].[OH-] = 10-14

Để đơn giản có thể viết: H2O H+ + OH

→ Ka.Kb = [H3O+].[OH-] = = 10-14

Với: pKa = - lgKa; pKb = - lgKb; p = - lgK H O2

9,25 4,75

1010

b a

K K

3 Tính nồng độ cân bằng trong các dung dịch axi,t bazơ

3.1 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit mạnh

HA → H+ + A

H2O H+ + OH-

[H+ ] – [OH-]– [A- ] = 0

Trang 3

Ta được phương trình bậc 2 với ẩn là [H+]:

- Nếu Ca >> 10-7M, bỏ qua cân bằng điện li của H2O

[H+] = Ca

Ví dụ: Ca = 10 -4M → [H+] = 10-4M

- Nếu Ca ≈ 10-7M, từ (1) → [H+]2 - Ca[H+] - = 0

→ [H+ ]2 - 10-7 [H+] - 10-14 = 0 → [H+ ] = 10-6,79 → pH = 6,79

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch bazơ mạnh

- Nếu Cb >> 10-7M, bỏ qua cân bằng điện ly của nước

3.2 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit yếu, bazơ yếu

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit yếu đơn chức

→ [H+ ] = K H O2 K C a a

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch bazơ yếu đơn chức

B + H2O BH+ + OH- KbH2O H+ + OH-

Áp dụng đinh luật bảo toàn điện tích:

Trang 4

Gỉa sử [OH-] << Cb → [OH-] = K C → [H b b + ] = 2

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit yếu đa chức

H3A H+ + H2A- Ka1 (1)

C K H

Áp dụng tương tự đối với một bazơ yếu đa chức, ta cũng tiến hành chọn các cân bằng quyết định và xét điều kiện để bỏ qua sự điện ly của H2O

4 Tính pH của dung dịch đệm

Khái niệm: Là những dung dịch có khả năng chống lại sự thay đổi pH của môi trường khi ta thêm vào

dung dịch đó một lượng axit mạnh, bazơ mạnh không lớn lắm Khi pha loãng thì pH của dung dịch thay đổi không đáng kể

Thành phần hệ đệm có thể là:

- Một axit yếu và một bazơ yếu liên hợp với nó

- Muối axit của axit yếu

Công thức tính pH gần đúng của dung dịch đệm:

Khi [H+] , [OH-] << Ca, Cb thì [H+] = Ka Ca/Cb

5 Tính pH của dung dịch muối axit

Muối axit là những muối mà ở gốc axit còn nguyên tử H có khả năng phân li cho ion H+

Trong trường hợp tổng quát:

Chọn mức không HA- và H2O

Ta có: [H+] + [H2A] = [A2-] + [OH-]

Biến đổi ta có [H+] = 2 2

1 1

Trang 5

Xem [HA-] C

→ [H+] = 2 2

1 1

a a

→ [H+] = K K → pH = (pK a1 a2 a1 + pKa2)/2

6 Một số ví dụ áp dụng

Bài 1: Dung dịch CH3COOH có pH = 4 Phải thêm vào 1 lít dung dịch này bao nhiêu gam CH3COOH để

được dung dịch có pH=3,5 Cho Ka= 1,8.10-5

Giải:

Gọi x là số gam CH3COOH cần thêm vào

CH3COOH CH3COO- + H+ Ban đầu: C

Phản ứng αC αCC αC αCC αC αCC

Cân bằng C(1-αC αC) αC αCC αC αCC

Ka =

Thay αC αCC = 10-4, Ka = 1,8.10-5 vào, giải được C = 6,56.10-4

Khi thêm x(g) vào ta có:

Ka = = 1,8.10-5

Giải phương trình ta được αC αC = 0,057, → x = 0,3g

Bài 2 : Lấy 2,5 mL dung dịch CH3COOH 4M rồi pha loãng với nước thành 1L dung dịch A Cho biết

trong 1mL A có 6,28.1028 ion và phân tử axit không phân li (cho Ka = 1,8.10-5) Tính độ điện li của axit CH3COOH

Giải: 1mol có 6,02.1023 phân tử nên 0,01 mol có chứa 6,02.1021 phân tử

Bài 3: Lấy 60mL NaOH 0,025M cho phản ứng với 25mL dung dịch H3AsO4 0,02M ( cho H3AsO4 có

pKa1= 2,13; pKa2 = 6,94 ; pKa3 = 11,50) Tính pH của dung dịch thu được

AsO43- + H2O HAsO42- + OH- Kb1 = 10-2,5

HAsO42- + H2O H2AsO4- + OH- Kb2 = 10-7,06

H2AsO4- + H2O H3AsO4 + OH- Kb3 = 10-11,81

H2O H+ + OH-

Vì Kb1 >> Kb2 >> Kb3 , Cb >> nên trong dung dịch phản ứng sau là chủ yếu:

Trang 6

AsO43- + H2O HAsO42- + OH- Kb1 = 10-2,5

Bài 4: Tính số gam Na2HPO4 12H2O phải hòa tan trong 100mL dung dịch H3PO4 0,05M sao cho pH của

dung dịch thu được bằng 4,68 Cho H3PO4 có pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36

Giải:

Gọi a là khối lượng Na2HPO4 12H2O phải đem hòa tan

H3PO4 có pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36

Bài 5: Tính khối lượng HCl cần thêm vào 1 lít dung dịch đệm CH3COONH4 0,3M để pH của hệ bằng

6,22 cho CH3COOH có pKa = 4,76, cho NH3 có pKb = 4,76

CH3COO- + H2O OH- + CH3COOH Kb = 10-9,24 (2)

Bỏ qua cân bằng của H2O So sánh (1) và (2) thấy Ka = Kb

Vậy dung dịch có môi trường trung tính hay pH = 7

Gọi m là khối lượng HCl thêm vào Ta có phương trình:

CH3COO- + H+ CH3COOH 0,3 m/36,5

Bài 8: Tính pH của dung dịch Na2SO4 0,010M

Bài 9: Tính số gam NH4Cl cần lấy để khi hòa tan vào 250mL nước thì pH của dung dịch thu được bằng

5,0 (Coi thể tích không thay đổi trong quá trình hòa tan)

Bài 10:

a) Tính độ điện li của dung dịch axit HA (dung dịch A) có pH= 3,00 biết pKa = 5,00

b) Nếu pha loãng dung dịch A gấp 5 lần thì độ điện li của HA sẽ bằng bao nhiêu? Tính pH của dung dịch thu được

Bài 11: Tính độ điện li của CH3COOH trong dung dịch CH3COOH 0,100M khi có mặt NaOH 0,005M Bài 12: Thêm 0,03mL dung dịch KOH 0,084M vào 100mL dung dịch HCOOH 2,45.10-5M Tính pH của dung dịch thu được( coi thể tích thay đổi không đáng kể khi thêm KOH)

Bài 13: Tính pH và nồng độ cân bằng các cấu tử trong dung dịch thu được khi trộn 50,00mL NH3

2,00.10-3M với 50,00mL dung dịch H2SO4 2,00.10-3M

Bài 14: Tính pH và cân bằng trong hệ gồm HCl 0,010M và H2S 0,10M

Bài 15:

a, Tính pH của dung dịch gồm H3AsO4 0,10M và CH3COOH 0,050M

Trang 7

b, Tính độ điện li của axit axetic trong hỗn hợp đó.

Bài 16: Tính pH trong hỗn hợp gồm H3PO4 0,010 và NaHSO4 0,010M.

Bài 17: Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit tactric H2C4H4O6(H2A) 0,03M

Bài 18: Tính pH của hỗn hợp thu được khi trộn 40,00mL NH3 0,25M với 60,00mL Na2CO3 0,15M.

Bài 19: a, Tính thể tích NaOH 0,025M cần để trung hòa hoàn toàn 25,mL dung dịch H3AsO4 0,02M Tính

pH tại thời điểm đó

b, Tính thể tích NaOH 0,025M để trung hòa 25mL dung dịch H3AsO4 trên đến pH1 = 6,94 và đến pH2 = 9,22

Bài 20: Tính số gam Na2HPO4.12H2O phải hòa tan trong 100mL dung dịch H3PO4 0,05M sao cho pH

của dung dịch thu được bằng 4,68 (bỏ qua sự thay đổi thể tích)

Bài 21: Tính số mL dung dịch (NH4)2SO4 0,1M cần phải thêm vào 100mL dung dịch Na2S 0,1M để pH

của hệ giảm 0,76 đơn vị

Bài 22:

a, Trộn 50mL dung dịch HCl 0,3M với 100mL dung dịch NH3 0,3M thu được dung dịch A Tính pH của dung dịch A

b, Thêm 0,15mmol HCl vào dung dịch A thì pH của dung dịch thu được sẽ bằng bao nhiêu?

c, Thêm 0,15mmol NaOH vào dung dịch A Tính pH của hỗn hợp thu được

Bài 23:

a, Tính đệm năng của dung dịch axit axetic 0,2M và natri axetat 0,5M

b, Từ giá trị đệm năng đó hãy tính pH của hệ sau khi thêm vào một lít dung dịch đệm trên:

1 0,01mol HCl; 2 0,01mol NaOH

Bài 24: Hãy điều chế dung dịch đệm có pH = 5,00 đi từ dung dịch CH3COOH 0,2M và muối

CH3COONa rắn

Bài 25: Thêm rất chậm 20,00mL HCl 0,075M vào 30mL dung dịch Na2CO3 0,05M Hãy chứng tỏ rằng

dung dịch thu được có thể làm dung dịch đệm

Chương 2 PHẢN ỨNG TẠO HỢP CHẤT ÍT TAN

1 Các khái niệm

3.3 Độ tan của chất ít tan

Khi hòa tan hợp chất ít tan MmAn vào nước, dưới tác dụng của các phân tử nước phân cực thì các ion Mn+,

Am- sẽ bị hidrat hóa và chuyển vào dung dịch dưới dạng phức chất aquơ [M(H2O)x]n+, [A(H2O)y]m- Đến một lúc nào đó thì tốc độ của hai quá trình thuận và nghịch bằng nhau và có cân bằng thiết lập giữa pha rắn và dung dịch bão hòa:

MmAn ↓ + (mx+ny) H2O m M(H2O)xn+ + n A(H2O)y

Pha rắn dung dịch bão hòa

Nồng độ của chất điện li trong dung dịch bão hòa được gọi là độ tan, kí hiệu là S Độ tan có thể được biểudiễn bằng các đơn vị khác nhau: mol/L; g/L; g/100g dung dịch nhưng thường được biểu diễn bằng mol/L

Độ tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất của chất tan và dung môi, nhiệt độ, áp suất, trạng thái vật lí của pha rắn…

Trang 8

Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho cân bằng :

KS = (Mn+)m (Am-)n

Trong đó (i) là hoạt độ của ion i

KS được gọi là tích số tan

Tích số tan càng lớn thì kết tủa có khả năng tan càng nhiều và ngược lại

3.5 Tích số tan điều kiện

Để thuận tiện cho việc đánh giá gần đúng độ tan trong các trường hợp phức tạp có xảy ra các quá trình phụ, người ta sử dụng tích số tan điều kiện Cũng như hằng số tạo thành điều kiện, tích số tan điều kiện chỉ áp dụng cho một số điều kiện thực nghiệm xác định (lực ion, pH, chất tạo phức phụ…) Tích số tan nồng độ chính là tích số tan điều kiện ở lực ion và điều kiện đã cho Trong biểu thức tích số tan điều kiện,hoạt độ của các ion được thay bằng nồng độ các dạng tồn tại trong dung dịch của mỗi ion

Đối với trường hợp tổng quát, đơn giản cân bằng trong dung dịch chứa kết tủa MA:

MA↓ M + A Ks Các quá trình phụ:

M + H2O MOH + H+ MOH*

Ở đây: αC αCM = ( 1+ β*

MOH+ [H+]-1 + β.[X]) ; αC αCA = ( 1+ Ka-1.[H+]) Nếu cho pH và nồng độ chất tạo phức X ta có thể tính được Ks’ và từ đó tính độ tan của kết tủa theo ĐLTDKL áp dụng cho Ks’ thay thế cho Ks

2 Các yếu tố ảnh hưởng

4.1 Sự có mặt của ion chung

Sự có mặt của ion đồng dạng làm giảm độ tan các chất, làm cân bằng hòa tan chuyển dịch theo chiều nghịch

H2A- + H+ H3A Ka1-1

CA3- = [A3- ] + [HA2- ] + [H2A- ] + [H3A]

= [A3- ] + [H+] [A3- ] Ka3-1 + [H+]2 [A3- ] Ka2-1 Ka3-1 + [H+].3[A3- ] Ka3-1 Ka2-1 Ka1-1

CA3- = [A3- ] (1+ [H+] Ka3-1 + [H+]2 Ka2-1 Ka3-1 + [H+].3 Ka3-1 Ka2-1 Ka1-1) = [A3- ].A3 

Với A3  = 1+ [H+] Ka3-1 + [H+]2 Ka2-1 Ka3-1 + [H+].3 Ka3-1 Ka2-1 Ka1-1

Trang 9

4.3 Ảnh hưởng của sự tạo phức

3 Một số bài tập áp dụng

Bài 1: Tính độ tan của Ca3(PO4)2 trong nước ở 200C biết rằng ở nhiệt độ đó K S Ca PO( 3( 4 2) ) = 10-32,5

Giải

Ca3(PO4)2 tan ít trong nước và khi tan phân li theo phương trình:

Ca3(PO4)2 3Ca2+ + 2PO43-

= [Ca2+]3[PO43-]2

Gọi độ tan của Ca3(PO4)2 là S thì ta có:

[Ca2+] = 3S; [PO43-] = 2S Vậy: = [Ca2+]3[PO43-]2 = (3S)3(2S)2 = 33.22.S5

Vậy độ tan của PbSO4 trong dung dịch Na2SO4 nhỏ hơn độ tan của nó trong nước nguyên chất rất nhiều

Bài 3: Tích số tan của CaC2O4 ở 200C bằng 2.10-9 Hãy so sánh độ tan của nó trong nước và trong dung dịch (NH4)2C2O4 0,1M

[Ca2+] = S ; [C2O42-] = S + 0,1Giả sử S << 0,1 thì [C2O42-] = 0,1

= [Ca2+] [C2O42-] = S 0,1 = 2.10-9

S = 2.10-8 (M)

Vậy: Độ tan của CaC2O4 trong (NH4)2C2O4 0,1M nhỏ hơn độ tan của nó trong nước rất nhiều

Bài 4: Tính độ tan của PbCl2 trong NaClO4 0,10 M Phép tính có kể đến hiệu ứng lực ion.

Trang 10

Bài 5: Tính : a, Tích số tan điều kiện của NiCO3 ở pH = 8,0.

b, Độ tan của NiCO3 ở pH = 8

a, Tính tích số tan điều kiện: Ks’

S

K = 10-2,24 = 5,75.10-3M

Bài 6: Cho pH của dung dịch bão hòa CaF2 trong HNO3 0,02M là 1,78 Tính tích số tan Ks và độ tan S

của CaF2 (bỏ qua sự tạo phức proton)

Bài 7: Tính độ tan của AgBr trong dung dịch NH3 0,02M

Bài 8: Lắc 2g Ag2CO3 trong 100mL dung dịch có pH = 5,00 cho đến cân bằng Tính nồng độ cân bằng

trong dung dịch

Bài 9: Tính độ tan của CaF2 trong HCl 10-2 M

Cho: KHF = 6.10-4 và KS(CaF2) = 4.10-11

Bài 10: Tính độ tan của MgNH4PO4 trong dung dịch đệm có pH = 10 chứa tổng nồng độ ion NH4+ 0,2 M

và photphat có tổng nồng độ 10-2M Cho: pKNH3 = 4,75 ; H3PO4 có pKa1 = 2,12; pKa2 = 7,2; pKa3 = 12,36; βMgOH+ = 102,58; Ks = 10-12,6

Bài 11: Một học sinh điều chế dung dịch bão hoà magie hyđroxit trong nước tinh khiết tại 250C Trị số

pH của dung dịch bão hoà đó được tính bằng 10,5

a Dùng kết qủa này để tính độ tan của magie hyđroxit trong nước Phải tính độ tan theo mol/ l cũng như g/100mL

b Hãy tính tích số tan của magie hyđroxit

c Hãy tính độ tan của magie hyđroxit trong dung dịch NaOH 0,010M tại 250C

Khuấy trộn một hỗn hợp gồm 10g Mg(OH)2 và 100mL dung dịch HCl 0,100M bằng máy khuấy từ tính trong một thời gian tại 25oC

Trang 11

d Hãy tính pH của pha lỏng khi hệ thống đạt cân bằng

Bài 12: Kali đicromat là một trong những tác nhân tạo kết tủa được sử dụng rộng rãi nhất Những cân

bằng sau được thiết lập trong dung dịch nước của Cr(VI)

HCrO4- + H2O CrO42- + H3O+ pK1 = 6,50

2H+ + 2CrO42- Cr2O72-+ H2O pK2 = -14,36

1 Tích số ion của nước K H O2 = 1,0.10-14 Tính hằng số cân bằng của các phản ứng sau:

a CrO42- + H2O HCrO4- + OH

-b Cr2O72-+ 2OH- 2CrO42- + H2O

2 Tích số tan của BaCrO4 là T = 1,2.10-10 BaCr2O7 tan dễ dàng trong nước Cân bằng của phản ứng (1b)

sẽ chuyển dịch theo chiều nào khi thêm các tác nhân sau vào dung dịch tương đối đậm đặc của kali đicromat?

a KOH

b HCl

c BaCl2

d H2O (xét tất cả các cân bằng trên)

3 Hằng số phân ly của axit axetic là Ka = 1,8.10-5 Hãy tính trị số pH của các dung dịch sau:

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	3,6 MB