Hóa học phân tích 1

Hệ số phân bố D Trong thực tế, bên c nh quá trình chiết còn có các quá trình phụ x y ra trong nước ph n ng axit bazơ, t o ph c và trong pha hữu cơ liên hợp, do đó cần dùng đ i lượng hệ s[r]

YăBANăNHỂNăDỂNăT NHăQU NGăNGẩI

YăBANăNHỂNăDỂNăT NHăQU NGăNGẩI

L IăGI IăTHI U

Thực hiện thông báo số: 935/TB-ĚHPVĚ c a Hiệu trư ng trư ng Ě i học

Ph m Vĕn Ěồng về Kế ho ch triển khai đưa bài gi ng lên website nhằm t o điều kiện cho sinh viên có thêm tài liệu học tập, từng bước nâng cao chất lượng đào t o,

tôi đã biên so n và giới thiệu bài gi ng Hóa h căPhơnătíchă1ăậ Cơnăb ngăionătrongă dungăd chăvới th i lượng 03 tín chỉ, gi ng d y 45 tiết, dùng cho sinh viên ngành

Cao đẳng Sư ph m Hóa học, trư ng Ě i học Ph m Vĕn Ěồng

Bài gi ng cung cấp kiến th c về một số định luật cơ b n c a hóa học áp dụng cho hệ chất điện li, lí thuyết về cân bằng axit-bazơ, cân bằng t o ph c, cân bằng oxi hóa-khử, cân bằng trong dung dịch ch a hợp chất ít tan, cân bằng phân bố chất tan giữa hai pha không trộn lẫn

Sau khi học tập và nghiên c u nội dung bài gi ng, sinh viên sẽ:

1 Nắm vững cơ s lý thuyết về cân bằng ion để lí gi i các ph n ng ion x y

ra trong dung dịch nước

2 Mô t đúng các cân bằng x y ra trong dung dịch các chất điện li khác nhau Sử dụng được các phương pháp gần đúng để đánh giá bán định lượng và định lượng chiều hướng ph n ng x y ra trong dung dịch

3 Vận dụng được lý thuyết cân bằng ion để gi i thích các hiện tượng x y ra trong dung dịch chất điện li Áp dụng vào gi i thích các vấn đề hóa học giúp gi ng

d y tốt các nội dung về Hoá học Vô cơ, Hoá học Ě i cương chương trình THCS

Ěể học tốt nội dung bài gi ng này, sinh viên cần kết hợp với giáo trình tham

kh o [6], đọc kƿ các phần lí thuyết, làm cẩn thận các ví dụ đi kèm và sau mỗi phần lí thuyết vận dụng làm các bài tập tương ng đã cho cuối chương Các bài tập tự luận đều có hướng dẫn gi i hoặc đáp số để sinh viên đối chiếu kết qu

Trong quá trình biên so n không tránh khỏi sai sót, tác gi xin chân thành

c m ơn những ý kiến đóng góp quý báu c a các thầy cô giáo, các anh chị đồng nghiệp và các em sinh viên để bài gi ng được hoàn thiện hơn

CH NGă1.ăCÁCăĚ NHăLU TăC ăB NăC AăHịAăH CăÁPăD NGă

CHOăCÁCăH ăTRONGăDUNGăD CHăCH TăĚI NăLI

1.1.ăTr ngătháiăcácăch tăđi năliătrongădungăd chă

1.1.1.ăCh tăđi năliăvƠăs ăđi năli

Chất điện li là những chất khi tan vào nước phân li thành các ion

Sự điện li là quá trình phân li thành các ion khi chất điện li tan vào nước hoặc nóng ch y

1.1.2.ăĚ ăđi năliăvƠăh ngăs ăđi năli

 phụ thuộc vào K: K  

 phụ thuộc vào C: C  

1.1.3.ăPhơnălo iăcác ch tăđi năli

1.1.3.1 Các chất điện li không liên hợp (các chất điện li m nh)

Là những chất phân li gần như hoàn toàn

Các axit m nh vô cơ, các bazơ tan, các muối tan đều là các chất điện li không liên hợp

*Quy ước:

Các chất điện li không liên hợp được biểu diễn bằng một mǜi tên""

hướng từ trái (ghi công th c phân tử chất điện li) sang ph i (ghi công th c các ion tương ng)

Ví dụ: NaClNa Cl

HClHCl1.1.3.2 Các chất điện li liên hợp (các chất điện li yếu)

1 2.ăD ăđoánăđ nhătínhăchi uăh ngăph nă ngătrongădungăd chăcácăch tăđi năliă 1.2.1.ăNguyênăt căchung

- B n chất ph n ng giữa các chất điện li là ph n ng giữa các ion

- Ph n ng sẽ x y ra nếu tr ng thái sau ph n ng khác với tr ng thái ban đầu Khi các s n phẩm có thể t o thành là chất điện li m nh thì ph n ng không

x y ra vì các s n phẩm kết hợp ion sẽ phân li hoàn toàn tr l i các ion ban đầu

1.2.2.ăCácătr ngăh păcó kh ănĕngăx yăraăph nă ng

1.2.2.1 Ph n ng t o thành s n phẩm ít phân li

– Phản ng tạo thành H 2 O ít phân li

Ví dụ: NaOH HCl NaCl H O 2

Phương trình ph n ng ion: HOH H O2

– Phản ng tạo thành các axit yếu, bazơ yếu ít phân li

Ví dụ: CH COONa HCl3  NaCl CH COOH 3

Phương trình ph n ng ion: CH COO3  H CH COOH3

Ví dụ: AgNO3KIAgI  KNO3

Phương trình ph n ng ion: Ag  I AgI

Phương trình ph n ng ion: 2Fe3Sn2 2Fe2Sn4

1.3.ăCácăđ nhălu tăc ăb năc aăhóaăh căápăd ngăchoăcácăh ătrongădungăd chăch tă

đi năli

1.3.1.ăĚ nhălu tăh păth că(t ăl ng)

1.3.1.1 Tọa độ ph n ng

Tọa độ ph n ng () là tỉ số giữa độ biến đổi mol ni hay độ biến đổi nồng

độ Ci với hệ số hợp th c i c a cấu tử tương ng là giống nhau đối với mọi chất

b

 = nC

Tọa độ cực đ i c a ph n ng là giá trị bé nhất trong số các giá trị cực đ i tính đối với từng chất ph n ng

0 i max

i

nmin 

1.3.2.ăĚ nhălu tăb oătoƠnăv tăch t

1.3.2.1 Ěịnh luật b o toàn nồng độ ban đầu

Nồng độ ban đầu c a một cấu tử bằng tổng nồng độ cân bằng c a các dạng tồn tại c a cấu tử đó khi hệ đạt tới cân bằng

Ví dụ: Dung dịch Na3PO4 có nồng độ C Các cân bằng x y ra trong dung dịch:

- Nồng độ gốc (C0): nồng độ c a chất tan trong dung dịch trước khi trộn

- Nồng độ đầu (C0): nồng độ c a chất tan trong dung dịch sau khi trộn nhưng

ph n ng chưa x y ra (nồng độ đầu khác nồng độ gốc do hiệu ng pha loãng)

- Nồng độ ban đầu (C): nồng độ c a các chất sau khi ph n ng x y ra hoàn toàn nhưng hệ chưa đ t cân bằng

- Nồng độ cân bằng ([ ]): nồng độ c a cấu tử trong dung dịch khi ph n ng

đã đ t tr ng thái cân bằng

1.3.2.2 Ěịnh luật b o toàn điện tích

Các dung dịch có tính trung hòa về điện: tổng điện tích âm c a các anion

bằng tổng điện tích dương c a các cation

Trong đó: q N i V.z A   i (1.8)

q: tổng điện tích mỗi lo i ion

zi: số điện tích c a mỗi lo i ion [i]: nồng độ c a ion

1.3.2.3 Ěịnh luật b o toàn proton

Là một d ng c a định luật b o toàn điện tích, nó áp dụng cho dung dịch axit – bazơ

“Nồng độ proton trong dung dịch tại thời điểm cân bằng bằng tổng nồng độ proton c a các chất ở trạng thái so sánh (được quy ước gọi là “m c không”) đã

nhường ra trừ đi tổng nồng độ proton c a các chất ở trạng thái so sánh nhận vào

để đạt tới trạng thái cân bằng”

Ví dụ 2: Dung dịch NaOH C1 mol/l và Na2S C2 mol/l

Các quá trình x y ra trong dung dịch:

Phương trình b o toàn proton: H   OH   HS2 H S 2 C 1

1.3.3.ăĚ nhălu tătácăd ngăkh iăl ng

A B

Trong các dung dịch loãng, khi f  1: (i) = [i]; KC = K

1.3.3.1 Biểu diễn định luật tác dụng khối lượng đối với một số cân bằng thư ng gặp

K 10 ( 25oC) b) Hằng số phân li axit Ka

2

H AK

Ví dụ: AgCl€ AgCl

T Ag Cl    : Tích số tan c a AgCl (Ks) 1.3.3.2 Tổ hợp cân bằng

a) Biểu diễn cân bằng theo chiều nghịch

MA AMA

Hằng số cân bằng tổ hợp được khi cộng các cân bằng với nhau bằng tích các hằng số c a các cân bằng riêng lẻ

c) Nhân cân bằng với một thừa số n (tương đương với việc cộng n lần c a cân bằng đó)

 

a

n a

1.4.ăĚánhăgiáăgầnăđúngăthƠnhăphầnăcơnăb ngătrongădungăd chă

1.4.1.ăNguyênăt căchungăv ătínhăcơnăb ng

B că1: Mô t đầy đ các quá trình x y ra trong dung dịch

B că2: Sử dụng các định luật cơ s để thiết lập các phương trình liên hệ

giữa các cấu tử có mặt

B că3: Biến đổi phương trình thiết lập được đưa về phương trình bậc cao

ch a 1 ẩn số

Về nguyên tắc gi i phương trình bậc cao này ta tìm được nghiệm (là nồng độ

c a 1 cấu tử nào đó) và từ đó suy ra thành phần cân bằng c a dung dịch

1.4.2.ăTínhăgầnăđúngăkhiăh ăch ăcóăm tăcơnăb ngăch ăyếu

để tính nồng độ ban đầu c a các cẩu tử và có thể tính cân bằng theo ĚLTDKL áp dụng cho cân bằng đó

Ví dụ trong dung dịch MX chỉ có cân bằng

ĚLTDKL: K x2

C x



Nếu x << C (khi K rất bé) thì K x2 x KC

Thực tế coi như ph n ng (1) x y ra hoàn toàn

A.ăBÀIăT PăTR CăNGHI M

A Sự điện li là quá trình hoà tan một chất vào nước t o thành dung dịch

B Sự điện li là quá trình phân li một chất dưới tác dụng c a dòng điện

C Sự điện li là quá trình phân li một chất thành ion dương và ion âm

D Sự điện li thực chất là quá trình oxi hoá khử

A Chất điện li là những chất dẫn được điện

B Những chất tan trong nước phân li ra ion được gọi là những chất điện li

C Tất c các chất hóa học đều là chất điện li

D Chỉ có axit, bazơ là chất điện li

A Chất điện li m nh là chất khi tan trong nước các phân tử hòa tan đều phân li ra ion

B Chất điện li yếu là những chất khi tan trong nước chỉ có một phần số phân tử hòa tan phân li ra ion

C Sự phân li c a chất điện li m nh và yếu là quá trình thuận nghịch

D Cân bằng điện li là cân bằng động

c a ion trong dung dịch BaCl21M (bỏ qua sự phân li c a nước)

Nhóm các chất điện li yếu là

A B n chất c a chất điện li

B B n chất c a dung môi

C Nhiệt độ môi trư ng và nồng độ c a chất tan

D A, B, C đúng

H+ Nếu pha loãng bằng nước thì độ điện li  c a CH3COOH sẽ thay đổi như thế nào?

Nếu nhỏ thêm vài giọt dung dịch H2SO4 (loãng) thì độ điện li  c a HCOOH sẽ thay đổi như thế nào?

(mol) HCO3 –, y (mol) NO3 –, z (mol) Cl– Biểu th c liên hệ giữa a, b, c, x, y, z là

SO4 2– (d mol) Khi cô c n dung dịch X thu được 85,9 gam chất rắn khan Vậy c, d

có giá trị

NO2 – Tính độ điện li HNO2trong dung dịch đó?

dịch đó có ch a

Câu 15 Xét phương trình điện li có cân bằng MA(dd) € M+(dd)+ A–(dd) Biểu th c nào sau đây chỉ hằng số điện li K

Biết trong dung dịch CH3COOH có nồng độ 1M và tr ng thái cân bằng [H+] = 4,17.10–3M Hằng số cân bằng Kac a axit là

A Na2CO3 + BaCl2  BaCO3 + 2NaCl

B BaCO3 + 2HCl  BaCl2 + H2O + CO2

D Fe + HCl  FeCl2 + H2

Câu 22 Cho sơ đồ sau: BaCO3 + X1  Ba(NO3)2 + Hãy cho biết X1 có thể là chất nào trong các chất sau?

BaCl2 và NaHSO4; (4) Ba(OH)2 và H2SO4; (5) AlCl3 và K2CO3; (6) Pb(NO3)2 và

Na2S; (7) NaHSO4 và NaHCO3.Những cặp nào x y ra ph n ng khi trộn các dung dịch trong từng cặp với nhau?

A 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 B 1, 2, 4, 5, 6 C 1, 2, 4, 6, 7 D 1, 2, 4, 5

Na2CO3 và HCl; (4) NaOH và MgCl2; (5) BaCl2 và NaOH; (6) BaCl2 và NaHCO3

Những cặp nào không x y ra ph n ng khi trộn các dung dịch trong các cặp đó với

nhau?

nào?

dịch HCl 2M Sau khi dung dịch HCl hết cho dung dịch nước vôi trong dư vào thu được bao nhiêu gam kết t a?

chất nào trong các chất sau?

A KOH B KCl C K2S D HNO3

dịch (2) ch a: K+, Fe2+, Cl– và SO42–; dung dịch (3) ch a: NH4+ , Ba2+, Cl– và SO42–; dung dịch (4) ch a: Mg2+

, Fe3+, NO32–, CO32–.Dung dịch nào trong số các dung dịch trên có thể tồn t i được?

với phương trình ph n ng d ng phân tử nào sau đây?

A Ba(OH)2 + Ba(HCO3)2  2BaCO3 + 2H2O

B Ba(HCO3)2 + 2NaOH  BaCO3 + Na2CO3 + 2H2O

C Ba(OH)2 + 2NaHCO3  BaCO3 + Na2CO3 + 2H2O

D Ba(OH)2 + Ca(HCO3)2  BaCO3 + CaCO3 + 2H2O

dung dịch

B.ăBÀIăT PăT ăLU N

Câu 1.

a) Viết phương trình điện li c a các chất sau trong nước: axit m nh HNO3; bazơ m nh KOH; các axit yếu HNO2, H2S; bazơ yếu NH3; các chất điện li ít tan: BaSO4, PbI2, Fe(OH)3, Ca3(PO4)2

b) Viết phương trình hằng số cân bằng đối với từng chất điện li yếu và tích số tan đối với từng chất điện li ít tan kể trên

Hướng dẫn:

HNO3  H+ + NO3 –

KOH  K+ + OH–

HNO2 € H+ + NO2 – Ka

NOHNO

- Các bazơ liên hợp tương ng là: NH3, NO3-, ClO4-, HCOO-

- Các axit liên hợp tương ng là: NH4+, H2O, HCN, HCl

a) 0,01 mol HCl trong 10 cm3dung dịch

b) HNO3 6,3.10–8 M

c) 8 g NaOH trong 1 lít dung dịch

d) 4.10–7g NaOH trong 1lít dung dịch

Hướng dẫn:

a) Trong 10 cm3 dung dịch ch a 0,01 mol HCl Vậy nồng độ c a HCl là 1M

Vì HCl điện li hoàn toàn nên: [H+] = 1M  pH = 0

b) Nồng độ HNO3 là 6,3.10–8M Nồng độ Ca < 3,16 10–7M nên ph i tính c [H+] do H2O điện li ra Trong dung dịch có các ph n ng sau:

10.

So sánh  c a HCOOH hai dung dịch Gi i thích

Hướng dẫn:

a) Ka .Ca = 1,7 10–4 > 10–12 và Ca/Ka > 100 nên có thể bỏ qua [H+] do H2O điện li ra và chỉ xét cân bằng sau:

HCOOH € HCOO- + [H+] C: 1 0 0



b) Ka.Ca =1,7 10–4 10–2 > 10–12 và 0,1 < 100

10.7,1

104

Trư ng hợp này giống trư ng hợp trên chỗ [H+] do H2O điện li ra không đáng kể, nhưng không thể coi 1 –   1 được:

dịch đến nồng độ 0,120M Cho biết: nồng độ CO2 trong dung dịch bão hoà là 3.10–2

M; thể tính c a dung dịch không thay đổi khi cho CO2và NaOH vào; các hằng số: pKa

Khi thêm NaOH x y ra các ph n ng:

BaCO3 € Ba2+ + CO32– Ks2 = 10–8,30 (3)

CO3 2– + H2O € HCO3 – + OH– Kb1 =

14 10,33

10 10



 = 10–3,67 (4)

So sánh cho thấy cân bằng (4) là cân bằng quyết định pH c a dung dịch (Vì

OH– do H2O điện ly và do Fe(OH)3 tan ra là rất bé), nồng độ CO3 2– do BaCO3 tan ra không đáng kể (Vì có dư CO32–từ dung dịch)

a) Cần ph i thêm bao nhiêu mol CH3COOH vào 1 lít dung dịch đó để  c a axit gi m đi một nửa (coi thể tích không biến đổi khi thêm) Tính pH c a dung dịch mới này

b) Nếu thêm vào 1 lít dung dịch CH3COOH 0,1M một lượng HCl là 0,05 mol (thể tích dung dịch không biến đổi) thì pH c a dung dịch là bao nhiêu? Nếu chỉ thêm 10–3 mol HCl thì pH bằng bao nhiêu?

Ěáp số: a) Cần phải thêm 0,3 mol CH 3 COOH vào 1 lit dung dịch để ' =

2 Cho 10 ml dung dịch CH3COOH (pH = 3) tác dụng với 10 ml dung dịch

NaOH (pH = 11) Tính pH c a dung dịch thu được?

Ěáp số: 3,3M

dịch thu được? Cho pK(NH4+ = 9,24)

hoà Tính pH c a dung dịch thu được Biết S(CO2) trong dung dịch boã hoà = 3.10–2

Ěáp số: 6,12

2 Hoà tan 1,6 gam Fe2O3 trong 100 ml dung dịch HCl 0,1M Tính pH c a

dung dịch thu được?

a) Trong dung dịch NH3có mấy cặp axit – bazơ? So sánh cư ng độ các cặp

NH3 + H2O  NH4+ + OH– K1 = 10–4,76 b) Tính độ điện li  c a NH3

CH NGă2.ăCỂNăB NGăAXITăậ BAZ

2.1.ăCácăaxităvƠăbaz

2.1.1.ăĚ nhănghƿa

2.1.1.1 Theo thuyết điện li Areniut (Arrhenius)

Axit là những chất có kh nĕng phân li trong dung dịch thành cation hiđro (H+), còn bazơ là những chất có kh nĕng phân li thành anion hiđroxit (OH–)

Dung dịch AlCl3, NH4Cl có tính axit

Dung dịch CH3COONa, Na2CO3có tính bazơ

 Chỉ áp dụng đối với dung môi là nước

2.1.1.2 Theo thuyết proton c a Bronxtet – Lauri (Bronsted – Lawry)

Axit là những chất có kh nĕng cho proton H+

Bazơ là những chất có kh nĕng nhận proton H+

K1: Hằng số cân bằng đặc trưng cho kh nĕng như ng H+ c a axit A1

K2: Hằng số cân bằng đặc trưng cho kh nĕng như ng H+c a axit A2

Do đó 1

2

K đặc trưng cho kh nĕng nhận H+ c a bazơ B2 Thông thư ng 1 trong 2 cấu tử A1 hoặc B2 có nồng độ chiếm ưu thế và đóng vai trò dung môi

Từ (2.3) ta thấy cư ng độ c a một axit không những phụ thuộc vào b n chất

c a axit mà còn phụ thuộc vào b n chất c a dung môi

Ví dụ: HCl là một axit m nh trong nước nhưng trong axit axetic thì nó l i là

một axit yếu

Nếu axit càng m nh thì d ng bazơ liên hợp với nó càng khó nhận proton, nghƿa là có tính bazơ càng yếu và ngược l i

*Nhận xỨt: Lý thuyết axit – bazơ c a Bronxtet–Lauri có tính khái quát hơn,

cho phép gi i thích được tính axit – bazơ trong các dung môi khác nhau

Nước là dung môi có kh nĕng cho và nhận proton H+

2.1.2.ăPh nă ngăaxităậ baz ătrongăn c

Nước là chất điện li yếu, lưỡng tính, vừa thể hiện tính axit, vừa thể hiện tính bazơ

Hoặc viết đơn gi n: HCl H Cl 

Nồng độ ion H  lớn hơn nồng độ ion OH  làm cho dung dịch có ph n ng axit

- Khi cho 1 bazơ vào nước thì nó sẽ nhận proton c a nước t o ra một lượng

 H C (2.8) a

Trong dung dịch có các cân bằng sau:

- Cation: NH 4

- Anion: HSO 4

Dung dịch axit yếu HA nồng độ Ca

Trong dung dịch có các cân bằng sau:

C K

xK

-Trong dung dịch có các cân bằng sau:



2 b

b

xK

2.4.ăH năh păc aăcácăđ năaxităvƠăđ năbaz

2.4.1.ăH năh păc aăcácăaxităm nhăvƠăaxităyếu

Trong dung dịch axit m nh HA C1 mol/l và axit yếu HB C2 mol/l có các quá trình sau:

2.4.2.ăH năh păc aăcácăbaz ăm nhăvƠăbaz ăyếu

Trong dung dịch có bazơ m nh XOH C1 mol/l và bazơ yếu A

C2 mol/l có các quá trình sau:

2.4.3.ăPhơnăs ăn ngăđ

Phân số nồng độ ilà tỉ số giữa nồng độ cân bằng c a cấu tử i với tổng nồng

K[H ]

2.4.4.ăH năh păc aăcácăđ năaxităyếu

Dung dịch ch a hai axit yếu HA1nồng độ C1 và HA2 nồng độ C2

Trong dung dịch có các cân bằng sau:

Ví dụ: Tính pH c a dung dịch thu được khi trộn 3 ml dung dịch HCOOH

0,03M với 6 ml dung dịch CH3COOH 0,15M Biết KHCOOH = 10–3,75;

Áp dụng định luật b o toàn nồng độ ban đầu:

2.4.5.ăH năh păc aăcácăđ năbaz ăyếu

Tương tự như hỗn hợp các đơn axit yếu

2.4.6.ăH năh păcácăaxităyếuăvƠăbaz ăliênăh p

Xét dung dịch đơn axit HA (Ca) và bazơ liên hợp (Cb)

Trong dung dịch có các cân bằng:

2.4.7.ăDungăd chămu iăaxităyếu

Ví dụ: Dung dịch NaHA có nồng độ C và axit H2A có hằng số axit K1, K2 Trong dung dịch có các cân bằng sau:

2 22

Kx



2

W 1

Kx

Ví dụ: Tính pH c a dung dịch NH4HCO3 0,1M Biết H2CO3 có K1 = 10-6,35;