HẰNG số đặc TRƯNG của các cân BẰNG hóa học đơn GIẢN TRONG nước (hóa PHÂN TÍCH SLIDE CHƯƠNG 3 bản THU gọn)

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 lượng của CBHH; Tính pH của dung dịch acid; dung dịch base; dung dịch muối HẰN

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

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

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

)(

)

(ln

0

Kh

Ox nF

RT 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):

] [

]

[ lg

059 ,

0

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

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

(2)

) 2 (

1 ]

[ ] [

] [

]

[ )

1

2

2 1

2 1

1 2

K Kh

Định luật tác dụng khối lượng:

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG

] [

]

[ 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

2 1

,

) E E

( n

2 1 1

2

2 1

1 2

n n

n n

] Ox [ ] Kh [

] Kh [ ] Ox [

059 ,

0

) ( 1 2

2 1

10 )

1 (

o

E n

1 ]

[ ] [

] [

] [

) 1

2

2 1

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 :

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG

059 , 0

) ( 1 2

2 1

10)

1(

o

o E E n n

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

sẽ oxy hóa dạng khử của đôi còn lại

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG

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+

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG

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

(2)

2

1 1

2 1

2 2

1 2

2 1

1

2 2

1 1

n

n ]

Kh [

] Ox

[ và n

n ]

Kh [

] Ox

[ ]

Ox [ n ] Kh [ n

] 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:

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DUNG DịCH

] [

] [

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

2

0 2 2 2

Kh

Ox E

n E

2 1

2 2 1

1

n n

E n E

+

+

] []

]

[ ] [

] [ lg 059 , 0

2

2 1

1 2

1 Kh

Ox Kh

Ox n

+

2 1

2 2 1

1

n n

E n E

n E

o o

⇔

⇔

Tại cân bằng

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DUNG DịCH

] 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

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DUNG DịCH

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

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

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

k p

A

] ][

2 2

1 ]

][

[

] [

D

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

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB TỔNG QUÁT

' 1

1 ]

][

[

] [

i i

i i

k p

D i - 1 + p D ⇄ i

k i ‘

β i Tổng quát, ở nấc thứ i:

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB TỔNG QUÁT

Theo từng nấc

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

2 , 1 2

2 2

, 1

1 ]

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB TỔNG QUÁT

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

Mối tương quan giữa các HSB từng nấc và HSB tổng cộng:

Tổng quát, ở nấc thứ i:

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ

A - + H + HA ⇄

(1) (2)

Theo chiều (2) : hằng số phân li acid

] [

] ][

[/

HA

A

H k

k k

] ][

[

] ][

[

2O H A

OH

HA k

k

k A− = baz = b = − −

] 25 (

10 ]

][

[

] ][

[ ]

[

] ][

[

2 2

C

k O

H A

OH

HA HA

A H

A-Acid càng mạnh thì base liên hợp càng yếu

HS phân li base

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ

n D

p A

D

] ][

[

] [

=

β

] [

T

1 =

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ

n m

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,

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

BCB TẠO TỦA

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ

[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

nồng độ cân bằng [p] và các HSB

tương ứng của từng nấc

PT bảo toàn khối lượng:

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG

=

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 )

(

0

∑

= +

=

=

⇒

β α

i n

i

i

i i i

i i

p

p A

p A

D

] [ 1

] [ ]

[ ]

[ ] [ ] [

1 , 1

, 1 0 ,

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG

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

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

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN

NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG

1 1

1 1

] ][

[

]

[

n D

p A

D

=

β

2 2

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

n 2 A 1 + n 1 D 2 n ⇄ 2 D 1 + n 1 A 2 (a)

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

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

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

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