CHUYÊN đề 3 hợp CHẤT ít TAN cân BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA

Nguyên tắc tính độ tan từ tích số tan - Mô tả các cân bằng xảy ra trong dung dịch, trong đó có cân bằng của hợp chất ít tan, các cân bằng phụ.. Nhận xét: Trong trường hợp tổng quát việc

1 Khái niệm về độ tan và tích số tan

- Trong dung dịch bão hòa trong nước của hợp chất ít tan MmAn có cân bằng:

 n  m m-nS

Nếu không kể ảnh hưởng của lực ion thì có thể chấp nhận gần đúng:

2 Nguyên tắc tính độ tan từ tích số tan

- Mô tả các cân bằng xảy ra trong dung dịch, trong đó có cân bằng của hợp chất ít tan, các cân bằng phụ

- Đánh giá mức độ xảy ra của các cân bằng phụ (căn cứ vào các hằng số cân bằng)

- Thiết lập biểu thức tính tích số tan

- Thiết lập biểu thức tính các nồng độ phân tử khác sinh ra do quá trình phụ trong trường hợp cần thiếtphải đánh giá gần dùng pH hoặc nồng độ các chất tạo phức

- Tổ hợp các biểu thức rút ra với biểu thức tính tích số tan để đánh giá độ tan

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

- Thuốc thử dự không phản ứng với kết tủa thường làm giảm độ tan của kết tủa

- Thuốc thử dư phản ứng với kết tủa làm độ tan tăng

- pH ảnh hưởng đến quá trình tạo phức hiđroxo của ion kim loại và cũng ảnh hưởng đến sự proton hóacủa anion là bazơ yếu

- Chất tạo phức thường làm tăng độ tan của kết tủa, hoặc làm giảm quá trình kết tủa của ion kim loại

- Lực ion (1) thường làm tăng độ tan vì khi tăng lực ion I, hệ số hoạt độ giảm

Ví dụ 1:

a) Tính độ tan của BaSO4 trong dung dịch bão hoà BaSO4

Cho KS Baso 4 10 9,96;BaOH 10 13,4; KIISO4 10 2

Nhận xét: Trong trường hợp tổng quát việc tính toán cân bằng của muối ít tan thường phức tạp vì ngoài

quá trình hoà tan ra luôn có các quá trình phụ liên quan Về nguyên tắc, trước khi tính toán phải mô tả đầy

đủ các cân bằng có thể xảy ra trong hệ, và thiết lập một số phương trình liên hệ có liên quan với các ấn sốcần tìm và tổ hợp lại thành phương trình tổng quát

Tuy vậy, việc tổ hợp như thế thường dẫn đến phương trình bậc cao rất phức tạp Vì vậy, tuỳ từng trườnghợp cụ thể mà chọn cách giải gần đúng thích hợp Ta hãy xét trường hợp tổng quát đơn giản khi cần tính

độ tan của muối MA Trong dung dịch có các quá trình sau đây:

S M

Trong trường hợp khi hai quá trình proton hoá của A- và tạo phức hiđroxo của M+ xảy ra với mức độngang nhau thì có thể tiến hành tính toán gần đúng theo cách sau Gọi độ tan của muối là S Ta có:

MA H O MOH HA K

2

1 2

Cho KS(Ag S)2 109,2;AgOH 10 ; K11,7 a1(H S)2 10 ; K7 a2(H S)2 1012,92.

Giải

2 2

1 AgOH

2SAg

6 S

II SỰ HÒA TAN KẾT TỦA KHÓ TAN TRONG NƯỚC

Đối với muối MmXn

Muốn vậy phải làm giảm nồng độ của các ion trong dung dịch bão hoà bằng các biện pháp sau đây:

- Chuyển các anion của muối là bazơ yếu thành axit liên hợp ít phân li, bằng tác dụng của axit mạnh hơn

- Chuyển các ion kim loại thành phức bên dưới tác dụng của một số chất tạo phức thích hợp

- Chuyển ion trong dung dịch thành dạng oxi hoá - khử bằng một thuốc thử oxi

hoá - khử thích hợp

1 Hoà tan kết tủa khó tan trong axit

Đối với trường hợp muối khó tan mà anion của nó là bazơ yếu thì có thể dùng axit mạnh hơn làm dungmôi hoà tan Đối với trường hợp tổng quát và đơn giản khi hoà tan muối MX trong axit mạnh HA ta cócác quá trình sau:

SMX(r) M X K

Giải phương trình trên ta sẽ tìm được S

Nếu tích số tan của muối bé và khi Ka(HX) 1

lớn thì có thể coi sản phẩm chủ yếu của sự hoà tan là HX và cóthể đánh giá gần đúng bằng cách tổ hợp (1) và (2)

3

0,1Ag

w s

SH

Thay S' vào phương trình trên ta tìm được [H+]= 10-1,29M

Xuất phát từ phương trình trung hoà điện:

- Trường hợp sản phẩm của sự hoà tan là chất khí thì cần chú ý răng nồng độ cực đại của khí trong nướcbằng độ tan của nó Nếu nồng độ của khí vượt quá độ tan thì sẽ bay ra và chỉ giữ lại một phần tương ứngbằng độ tan của nó Trong trường hợp này khi tính toán phải thay nồng độ cân bằng của khí bằng độ tan.

 (Độ tan của CO2 ở 20°C)

Như vậy, độ tan của BaCO3 trong dung dịch CH3COOH 0,1M là S = 0,025M

2 Hoà tan các kết tủa khó tan trong dung môi tạo phức

Các chất có khả năng tạo phức với một trong các ion của kết tủa thường được dùng để hoà tan kết tủa đó.Việc tính toán độ tan ở đây tương đối phức tạp Bởi vì trong trường hợp tổng quát phải kể đến 5 loại cânbằng:

- Cân bằng giữa tướng rắn và dung dịch bảo hoà

- Cân bằng tạo phức hiđroxo của kim loại

- Cân bằng proton hoá của anion của kết tủa là bazơ yếu

- Cân bằng proton hoá của chất tạo phức phụ, thường là bazơ yếu

- Cân bằng giữa ion kim loại và chất tạo phức

Việc mô tả đầy đủ các loại cân bằng và thiết lập phương trình liên hệ dựa trên việc tổ hợp các định luậttác dụng khối lượng và các định luật bảo toàn nồng độ, bảo toàn điện tích Việc tính toán gần đúngthường được dựa trên việc loại bỏ các loại cân bằng nói trên trong điều kiện cụ thể của bài toán Khi độtan của muối bỏ và khi phức tạo thành khá bền thì có thể không cần kể đến các cân bằng tạo phức hiđroxocủa kim loại Khi nồng độ chất tạo phức rất dự thi có thể cọi sản phẩm chủ yếu của quá trình hoà tan phức

là phức có số phối trí cao nhất; khi nồng độ chất tạo phức tương đối bẻ thì ngược lại có thể coi sản phẩmchủ yếu của quá trình hoà tan phúc là phức có số phối trí thấp nhất, Tất nhiên, trong môi trường hợp đềuphải kiểm tra lại giả thiết gần đúng đã nêu

b) Tính độ tan của AgBr trong dung dịch Na2S2O3 0,1M.

2 3 2 3

  

Mặt khác 12 và vì KS bé nên có thể coi Ag NH 3 Ag NH 3 2

bằng chủ yếu trong dung dịch là cân bằng (1) và (3) Tổ hợp (1) và (3) ta được:

S

(0,1 2S)   

3 Hoà tan các kết tủa khó tan trong các chất oxi hoá - khử

Nếu một trong các ion của kết tủa có tính oxi hoá hay khử thì người ta thường dùng các dung môi có tínhkhử hay tính oxi hoá để hoà tan kết tủa đó Trong trường hợp này có thể các cân bằng hoà tan dưới dạng:

-pE 0,059 2

K 10

Trong trường hợp độ tan của kết tủa tương đối bé và khi nồng độ củaAp  tương đối lớn thì có thể tínhtoán độ tan của kết tủa bằng cách tổ hợp 3 cân bằng trên sau khi đã nhân chúng với hệ số tỉ lượng tươngứng





2.0,54

1 0,059 1

4 Sự kết tủa các chất ít tan từ dung dịch quá bão hoà Kết tủa từng phần, kết tủa hoàn toàn

Điều kiện để có kết tủa xuất hiện là phải tạo được dung dịch quá bão hoà, nghĩa là tích số ion vượt quảtích số tan

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự kết tủa hoàn toàn như lượng thuốc thử, độ pH và chất tạo phức phụ

Sự kết tủa từng phần: Nếu cho thuốc thử X vào dung dịch chứa hai ion kim loại A, B tạo được kết tủa AX

và BX thì thứ tự xuất hiện kết tủa phụ thuộc vào mối quan hệ giữa nồng độ của các thuốc thử và tích sốtan của các kết tủa Đặt:

hay không? Biết Ks(FeS) = 3,7.10-19; H2S có K1 = 10-7; K2 = 10-14 Trong dung dịch bão hoà nồng độ của H2S

là 0,1M

Giải

2 2

HS S  H



2

H S 2H S 



 

2 2

21 2

Vậy ở pH = 9,5 thì bắt đầu có 2 kết tủa

Trong nước chỉ cần pH > 3,67 là có kết tủa Fe(OH)3 còn Fe(OH)2 cần pH > 9,5

Vậy ion Fe3+ sẽ kết tủa trước

, cho đến bão hoà (C = 0,1M)

a) Có kết tủa CdS và ZnS tách ra không Nếu có thì kết tủa nào xuất hiện trước?

b) Khi kết tủa thứ 2 xuất hiện thi nồng độ ion kim loại thứ nhất còn lại bao nhiêu?

Cho KS(CdS) 1026,1;KS(ZnS) 1023,8;Ka1(H S)2 10 ; K7 a 2 H S 2  1012,90

Giải

2- + 2

Vậy kết tủa CdS tách ra trước

b) Khi kết tủa ZnS bắt đầu xuất hiện thì

 

S CdS S(ZnS)

KK

a) Kết tủa nào tạo ra trước Vì sao?

b) Tìm trị số pH thích hợp để tách một trong hai ion Mg2+ và Fe3+ ra khỏi dung dịch A

10Fe

Mg(OH)

10Mg

Vậy 3,67 <pH < 10 thì ta có thể tách được hết Fe(OH)3 ra khỏi dung dịch A

a) Tính nồng độ ion sunfua trong dung dịch H2S 0,1M khi điều chỉnh pH = 2

b) Một dung dịch A có chứa các cation Mn ,Co , Ag2  2  với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng0,01M Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh pH = 2 thì ion nào tạo kết tủa?

H S 1 2 2

hỗn hợp BaCl2 0,01M; SrCl2 0,1M bằng dung dịch K2Cr2O7 1M Biết KS BaCrO 4 109,93;KS SrCrO 4 104,65

2 2

2 2

 Có kết tủa Fe(OH)3 xuất hiện

Nhận xét: Các chất tạo phức phụ có mặt trong dung dịch làm hạn chế hoặc ngăn cản của quá trình kết tủa

do sự tạo phức với ion kim loại

8, 43.10 x

1,75.10 x 2,62.10 M0,01 x



Vậy NH4   2, 62.10 M3 thì sẽ không có kết tủa Mg(OH)2 xuất hiện

a) Trộn 100ml dung dịch A với 100ml dung dịch NaHSO4 0,1M thu được dung dịch B Tính pH của dungdịch B và độ điện li của CH3COOH trong dung dịch B

b) Trộn 100ml dung dịch A với 200ml dung dịch NaOH có pH = 11 thu được dung dịch C Tính pH củadung dịch C

c) Cho tích sổ tan của Ca(OH)2 làKS(Ca (OH) )2 105,43

 Tính pH của dung dịch bão hòa Ca(OH)2 trong dungdịch A Cho  - 3

hoàn toàn ở giá trị pH nào? BiếtKS Mg(OH) 2 5.10 12

để tách hoàn toàn Ba2+ ra khỏi dung dịch Cho      2 

Biết rằng KS(CuCl) 107

 và thế khử chuẩn ở 25oC của Cu / Cu và Cu / Cu2    lần lượt là 0,15V và 0,52V.Tính hằng số cân bằng của phản ứng trên và nồng độ của các ion Cu2+ và Cl- khi cân bằng

8 Hãy trình bày các bước tiến hành thí nghiệm: Sự tạo thành kết tủa AgCl (từ dung dịch AgNO, 2M và

dung dịch HCl 2M) Sự hòa tan kết tủa AgCl bằng dung dịch NH3 đặc Phân tích kết quả thí nghiệm

9 Cho H2S lội qua dung dịch chứa Cd 2+ 0,01M và Zn2+ 0,01M đến bão hòa CH 2 S 0,1M 

a) Hãy xác định giới hạn pH phải thiết lập trong dung dịch sao cho xuất hiện kết tủa CdS mà không có kếttủa ZnS

b) Thiết lập khu vực pH tại đó chỉ còn 0,1% Cd2+ trong dung dịch Zn2+ vẫn không bị kết tủa Cho biết:

Mg(NO3)2 0,01M Cho biết hiện tượng (bỏ qua sự thay đổi thể tích) Cho:

giảm nồng độ Cd2+ xuống còn 1.10-6M Bỏ qua sự tạo phức cloro của Cd2+ Cho:

12 Dung dịch bão hòa H2S có nồng độ 0,1M

a) Tính nồng độ ion sunfua trong dung dịch H2S 0,1M khi điều chỉnh pH = 3

b) Một dung dịch A chứa các cation Mn2+ và Ag+ với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng 0,01M Hòatan H2S vào A và điều chỉnh pH = 3 thì ion nào tạo kết tủa Cho:

nước nguyên chất và trong HCl 0,1M

c) Tính nồng độ H+ ít nhất cần phải có trong dung dịch CaCl2 0,01M và K2C2O4 0,01M để CaC2O4 khôngkết tủa

d) Dung dịch gồm CaCl2 0,01M, HCl 0,01M và K2C2O4 0,01M thì CaC2O4 có kết tủa được không?

thu được Cho:

cầu muối tiếp xúc hai dung dịch) với một điện cực Ag nhúng vào dung dịch X gồm AgNO3 0,01M và KCl0,03M Bỏ qua sự tạo phức hiđroxo của ion Ag

a) Viết Sơ đồ pin

b) Tính suất điện động Epin tại 25°C khi pin bắt đầu hoạt động

c) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động và tính hằng số cân bằng của phản ứng đó ở25°C Cho:

2 4

2 4

2 1,49

1,25

H C O 1,49

Hệ: CaC O ; H 0,055M; NH 0,05M.2 4 4

2

2 Ca

 

32.103

2.10 TPGH: CH COOH6.10 M;CH COONa M



 x

2 2

10OH

Vậy cách giải gần đúng trên là chấp nhận được

b) Gọi V là số ml HCl cần phải thêm vào dung dịch A để thu được dung dịch có pH = 9,24 Ta có:

Cu / Cu Cu /C u

Cu0,059

0, 2Cl

7 1

• Các bước tiến hành thí nghiệm:

a) Lấy khoảng 10ml dung dịch AgNO3 2M vào ống nghiệm, nhỏ từ từ dung dịch HCl 2M vào ống nghiệm

đó Quan sát hiện tượng xảy ra

b) Pha loãng hỗn hợp bằng nước rồi li tâm hoặc lọc lấy kết tủa

c) Thêm tiếp từ từ dung dịch NH3 vào kết tủa Quan sát hiện tượng xảy ra

• Phân tích kết quả thí nghiệm:

a) Khi nhỏ từ từ dung dịch HCl đến dư vào dung dịch AgNO3 lúc đầu có kết tủa, sau đó tan ra:

Ion Cl- tác dụng được với ion Ag+ tạo thành kết tủa trắng AgCl tan ít trong HCl tạo thành phức AgCl2 

b) Khi pha loãng hỗn hợp lại thấy xuất hiện kết tủa:

Khi pha loãng dung dịch bằng nước thì nồng độ ion Cl- giảm nên lại xuất hiện kết tủa AgCl (dục)

c) Sau khi lọc lấy kết tủa và thêm dung dịch NH3 dư vào kết tủa, kết tủa tan ra: Kết tủa AgCl tan trongdung dịch NH3 do tạo thành phức amin Ag NH 3 2 Cl

Khi axit hóa dung dịch bằng HNO3 thì có kết tủa AgCl xuất hiện trở lại

9 Các cân bằng xảy ra:

a) Do CZn2  CCd2  và KS1KS2 nên CdS kết tủa trước.

• Điều kiện để có kết tủa Cds:

10

100,01

10

1010

b a

 Không có kết tủa Mg(OH)2, chỉ có kết tủa Fe(OH)3 màu nâu đỏ

11 Gọi V ml là thể tích của dung dịch H2S Ta có:

2 2

HS H S



2

+

H 1 -

 

  

 

 b) Ở pH = 3,0 có thể bỏ qua sự tạo phức hiđroxo của các cation:

   K K K KS al1 a 21 1015,1

Do K rất bé nên thực tế CuS không tan trong dung dịch HCl

K 10 102

Anot (-): Xảy ra sự oxi hoá

S(AgCl)

K

KHoặc :

0 pin S(AgBr)