tiểu luận bài tập khó hợp chất ít tan

ĐẠI HỌC HUẾTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TIỂU LUẬN MỘT SỐ BÀI TẬP KHÓ TRONG HỢP CHẤT ÍT TAN Học phần: Hóa phân tích nâng cao Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.. Để giải quyết nhiệm vụ của phân tích đ

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

TIỂU LUẬN

MỘT SỐ BÀI TẬP KHÓ TRONG HỢP CHẤT ÍT TAN

Học phần: Hóa phân tích nâng cao Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đình Luyện Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Bích Thủy Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Hóa học

Khóa: k29

Thừa Thiên Huế, năm 2021

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 3

DẠNG 1: HIỆN TƯỢNG KHI TRỘN 3

DẠNG 2: TÍNH ĐỘ TAN, TÍCH SỐ TAN 10

DẠNG 3: TÁCH CÁC CHẤT BẰNG KẾT TỦA 24

DẠNG 4: TÍNH GIÁ TRỊ ĐỘ TAN CỰC TIỂU 35

DẠNG 5: BÀI TẬP TỔNG HỢP KHÁC 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

Để giải quyết nhiệm vụ của phân tích định tính người ta thường dùng hai phương

phương pháp phân tích hóa lý: phân tích phổ phát xạ nguyên tử, phân tích huỳnh quang,phương pháp quang kế ngọn lửa Để giải quyết nhiệm vụ của phân tích định lượng người

ta cũng dùng các phương pháp phân tích hóa học: phân tích khối lượng, phân tích thể tíchhoặc các phương pháp phân tích hóa lý: đo màu, phân tích phổ hấp thụ nguyên tử, cácphương pháp phân tích điện hóa, các phương pháp phân tích sắc ký

Hóa học phân tích rất quan trọng không những trong các ngành Hóa học nói riêng

mà còn trong các ngành Sinh học nói chung: Y học, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Dượchọc Chính vì vậy Ăngghen đã từng nói: “Không có phân tích thì không thể tổng hợp”

Vì quan trọng như vậy nên mỗi sinh viên muốn học tốt môn học này phải học tốt cácmôn: Hóa Đại cương, hóa Vô cơ, hóa Hữu cơ và Hóa lý, vì các môn này cơ sở cho mônhóa học Phân tích

Cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan là một trong những nội dung họcphần chủ đạo trong giảng dạy học phần hóa Phân tích ở các trường đại học Những phảnứng tạo những hợp chất ít tan có nhiều ứng dụng rộng rãi trong ba quá trình hoá phân tíchquan trọng:

1 Trong quá trình tách chất cần xác định dưới dạng kết tủa khỏi các chất tan cảntrở cho phép đo ở giai đoạn kết thúc

2 Trong phân tích trọng lượng dựa trên sự tạo thành kết tủa mà trọng lượng của nóđặc trưng cho lượng chất cần xác định

3 Trong phương pháp phân tích chuẩn độ dựa trên sự đo thể tích của dung dịchthuốc thử chuẩn tiêu tốn cho sự kết tủa định lượng cấu tử cần xác định

Để ứng dụng thành công phản ứng này trong mỗi trường hợp, kết tủa cần phải có

độ tan tương đối nhỏ, đủ tinh khiết và gồm những hạt có kích thước thích hợp

Với hy vọng góp phần làm phong phú hơn nguồn tư liệu phục vụ cho công tác

giảng dạy và học tập Chúng tôi đã sưu tầm và tổng hợp “Một số dạng bài tập khó về

tính toán trong dung dịch ít tan”.

2

NỘI DUNG DẠNG 1: HIỆN TƯỢNG KHI TRỘN

Bài 1: [1] Trộn 100,0 ml dung dịch Pb(NO3)2 0,02M với 100,0 ml dung dịch Na2SO40,10M thì nồng độ ion SO42- và Pb2+ trong dung dịch là bao nhiêu?

Cho biết K S,PbSO 4

CM (Na2SO4) =

0,1.0,1(0,1 0,1) = 0,05M => CM (SO42-) = 0,05M

Bài 2: [1] Cho từ từ 25,0 ml dung dịch Ba(OH)2 0,02M vào 25,0 ml dung dịch X chứaNaH2PO4 0,016M và H3PO4 0,04M Xác định thành phần kết tủa

Cho biết: Ba3(PO4)2 có pKS = 22,5; BaHPO4 có pKS = 7,40;

H3PO4 có pKa1 = 2,15; pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,32; pKw = 14

Giải

Hiệu chỉnh nồng độ của các chất:

Ba(OH)2 = 0,01M; NaH2PO4 = 0,008M; H3PO4 0,020M

Trước hết ta đánh giá khả năng xuất hiện của các kết tủa

Để kết tủa BaHPO4 xuất hiện, ta có: [HPO42-] =

4

S,BaHPO 2

K[Ba ] 

=> pH để xuất hiện kết tủa BaHPO4 là 3,38

Để kết tủa Ba3(PO4)2 xuất hiện, ta có: [PO43-] =

=> pH để xuất hiện kết tủa Ba3(PO4)2 là 6,45

xuất hiện trước

Khi đó ta có:

OH- + H3PO4 → H2PO4- + OH 0,02 0,02 0,008

- - 0,028

Thành phần giới hạn: H2PO4- 0,028M; Ba2+ 0,010M, Na+

Dung dịch chứa H2PO4- có pHgần đúng = a1 a 2

1(pK pK )

= 4,68 > 3,38Vậy kết tủa thu được là BaHPO4

Bài 3: [1] Trộn 100,0 ml HCl 0,30M với 100,0 ml Pb(NO3)2 0,01M

4

Kết luận: Kết tủa PbCl2 có khả năng xuất hiện.

Bài 4: [1] Trộn 1ml dung dịch H3PO4 0,10M với 1ml dung dịch CaCl2 0,010M thu đượchỗn hợp X

a.Nêu hiện tượng xảy ra.

b.Thêm 3ml dung dịch NaOH 0,10M vào hỗn hợp X Nêu hiện tượng xảy ra

2 4

3 -2

Không có kết tủa Ca3(PO4)2

[HPO42-] = x3 = 0,0119

6

[Ca2+].[HPO42-] = 10-7,42.0,0119 = 10-9,34< 10-6,6

Không có kết tủa CaHPO4

Bài 5: [2] Dung dịch A gồm Ba(NO3)2 0,060M và AgNO3 0,015M

a.Thêm từng giọt K2CrO4 vào dung dịch A cho đến dư Có hiện tượng gì xảy ra?

b.Thêm 50,0 ml K2CrO4 0,27M vào 100,0 ml dung dịch A

Tính nồng độ các ion trong hỗn hợp thu được

Giải

a Hiện tượng: Có kết tủa BaCrO4 và Ag2CrO4

Xét thứ tự xuất hiện các kết tủa:

Để bắt đầu có kết tủa Ag2CrO4: (2)

Để tính tích số tan KS cần tổ hợp cân bằng:

KS1

KW

Ka-1K

Có K = 10-19,50

Từ (1)

Từ (2)

< nhưng không nhiều, vì vậy sẽ có hiện tượng kết tủa vàng của BaCrO4 xuất hiện trướcmột ít, sau đó đến kết tủa vàng nâu của Ag2CrO4 (đỏ gạch) và BaCrO4(vàng) cùng xuấthiện.

b.Sau khi thêm K2CrO4:

Bài 6: [3] Trộn 100ml hỗn hợp đệm (A) gồm NH3 2,0M + NH4NO3 2,0M với

Các quá trình xảy ra:

Trong dung dịch B, Fe3+ tồn tại chủ yếu dưới dạng phức Floro (CF - >> CFe 3+)

Vậy vẫn có kết tủa Fe(OH)3

= 106,35

S = [Ca2+] = CCO = [CO] + [HCO] + [CO2]

K KS

Dựa vào giá trị Ka1, Ka2, h đã biết => S = 1,01.10-4M

Bài 2: [1] Xác định độ tan của Ba3(PO4)2 trong nước tại pH = 4,0

10

Gi ả sử

Ta có:

Cho biết: Tích số tan của Ba3(PO4)2 là KS = 10-22,5; pKw = 14

Theo PO43-, ta có: [PO43-] + [HPO42-] + [H2PO4-] + [H3PO4] = 2S

Dựa vào tích số tan ta có: KS = [Ba2+]3[PO43-]2 = 10-22,5

Trong đó:

[PO43-] =

a1 a 2 a3

3 2 a1 a1 a 2 a1 a 2 a3

K K K2S

h  K h  K K h  K K K (2)

[HPO42-] =

a1 a 2

3 2 a1 a1 a 2 a1 a 2 a3

K K h2S

h  K h  K K h  K K K

[H2PO4-] =

2 a1

3 2 a1 a1 a 2 a1 a 2 a3

K h2S

h  K h  K K h  K K K

[H3PO4] =

3

3 2 a1 a1 a 2 a1 a 2 a3

h2S

h  K h  K K h  K K K Thay

giá trị h = [H+] = 10-4M, ta vào biểu thức (2) => [PO43-] = 2S.10-9,53 (M)

=> KS =

2 3

9,53

2S (3S) 10

� � = 10-22,5 => S  0,08M

Bài 3: [2] Xác định độ tan của CaC2O4 trong dung dịch HAx 1M

Cho biết: Tích số tan của CaC2O4 là KS = 10-8,6; pKw = 14;

Hằng số axit của: HAx là pKa = 4,76; H2C2O4 có pKa1 = 1,25; pKa2 = 4,27

Giải

Các quá trình được mô tả như sau:

CaC2O4  Ca2+ + C2O42- (1) KS = 10-8,60

Do đó dạng tồn tại chủ yếu của C2O42- trong dung dịch sau phản ứng là HC2O4

[Ca ][Ax ][HC O ] S

K

[HAx] 1 S = 10-9,09 (10.3)

=> 109,09S3 + S - 1 = 0 => S gần đúng = 9,33.10-4M

Độ tan của CaC2O4 trong dung dịch HAx 1M là 9,33.10-4M << 1M => sự hòa tan

Để xác định chính xác độ tan của CaC2O4 ta coi như pHdung dịch = 2,38

=> S = [Ca2+] = [C2O42-] + [HC2O4-] + [H2C2O4]

= [C2O42-] (1 + Ka2-1h + Ka1-1.Ka2-1.h2)

KS = [Ca2+][C2O42-] =

2 a1 a 2 2

a1 a1 a 2

K KS

h  K h  K K = 10-8,6 => S = 4,6.10-4MNhận xét: Dựa vào đặc điểm của bài toán, chúng ta có thể áp dụng cho một số trường hợptương tự như sự hòa tan muối cacbonat, cromat, sunfat,… trong các dung dịch axit yếu

12

Bài 4: [2] Xác định độ tan của AgI trong dung dịch NH3 1M.

Cho biết: Tích số tan của AgI là KS = 10-16; pKb của NH3 là 4,76; pKw = 14

số tan nhỏ nên lượng hòa tan của nó trong dung dịch NH3 sẽ ít hơn tủa khác của Ag+ như:

phải xác định lại nồng độ của các cấu tử trong dung dịch

[ ] 1 – x x x

Khi đó độ tan của AgI trong dung dịch NH3 được biểu diễn như sau:

S = [I-] hay S = [Ag+] + [Ag(NH3)+] + [Ag(NH3)2 ] + [AgOH]

S = [Ag+] (1 + k1[NH3] + k1.k2[NH3]2 + *β[H+]-1) = 107,24[Ag+]Khi đó: KS = [Ag+].[I-] =

2 7,24

S

10 = 10-16,0 => S = 10-4,38M = 4,17.10-5M Nhận xét: quá trình hòa tan bởi sự tạo phức cũng có hướng xử lý tương tự như quá trìnhhòa tan chất ít tan của các axit yếu trong dung dịch axit yếu khác

Bài 5: [4] Tính tích số tan nồng độ của Fe(OH)3 ở lực ion I = 0,10

Giải

Biểu thức tích số tan: KS = (Fe3+).(OH-)3

Biểu thức tích số tan nồng độ: KcS = [Fe3+].[OH-]3 = KS 3

c s

1(0,776) (0,102) = 2,1.10-36

a Tính độ tan của FeS trong dung dịch có pH = 3.

9.10 58

4.10 58



pH = 14 – pOH = 14 + lg(2.6,897.10-4) = 11,14

Bài 7: [5] Độ tan của bạc oxalat trong nước là 2,06.10-4 M tại pH = 7 Độ tan của nó bịảnh hưởng bởi pH và các tác nhân tạo phức, chẳng hạn như amoniac tạo phức với cationbạc

a Tính độ tan của bạc oxalat trong dung dịch axit có pH = 5 Hai hằng số phân li của axit

[H ].[C O ]K

Ta có: = [Ag+]2 [ = (2S)2 .S = 4S3

* Tại pH = 7 ta có 0,9841

16

Khi tính μ chúng ta giả thiết rằng, các ion Ba2+ và IO3 từ kết tủa không thể hiệnảnh hưởng đáng kể đến lực ion của dung dịch Sự đơn giản đó là có cơ sở bởi vì bari iođat

có độ tan nhỏ Trong những trường hợp, khi giả thiết đó là không thỏa mãn cần tính gầnđúng nồng độ của cả hai ion bằng cách thông thường với giả thiết là hoạt độ và nồng độphù hợp với nhau Cần tính những nồng độ đó khi thu được những giá trị μ xác định hơn

Ở lực ion 0,1 thì f Ba2+ = 0,38 ; f IO− = 0,78

[Ba2+] [ IO3 ] 2 = 6,8.10–9

Độ tan S = [Ba2+] [IO3– ] ≈ 0,066 ; S (0,066)2 = 6,8.10–9 ; S = 1,56.10–6 M

Bài 9: [5] Tính độ tan của bạc sunfua trong nước tinh khiết

Giả thiết đó đúng ở điều kiện là trong phương trình:

[Ag+ ] << [H3O+ ] và (2[S2–] + [HS– ]) << [OH– ]

18

Chúng ta thay [OH– ] trong các phương trình bằng 1,0.10-7

Như vậy có thể coi nồng độ [Ca2+] chủ yếu do (5) tạo ra

Cũng vậy, từ (2) và (3)

[H+] << [HCO3-] do đó có thể coi nồng độ lớn HCO3- sinh ra do (5) là chủ yếu Vậy có thể

7,3.10-3, trong khi đó độ tan CaCO3 trong nước là 7.10-5 M

Bài 11: [3] Tính TMg(OH)2ở 200C, biết trong 100ml dung dịch bão hòa ở nhiệt độ này có

Theo công thức tính độ tan ta có:

Độ tan của PbSO4 trong dung dịch Na2SO4 10-2M

trong dung dịch Na2SO4 là 1,6.10-6 và thấy rằng độ tan của nó nhỏ hơn trong H2O rấtnhiều, cụ thể tới lần

Bài 13: [3] Tích số tan của CaC2O4 ở 200C bằng 2.10-9 Hãy so sánh độ tan của nó trong

Gọi độ tan của CaC2O4 trong dung dịch (NH4)2 C2O4 0,1M là S thì:

Vậy độ tan của nó so với trong nước nguyên chất nhỏ hơn:

Bài 14:[3] Tính độ tan của CaF2 trong dung dịch HCl 10-2M cho KHF = 6.10-4 và TCaF2

= (1,1.10-12)/(1,265.10-6) = 8,7.10-7 (M)

Và SAgBr = [Br-] = [Ag+] –[SCN-]

= 1,265.10-6 – 8,7.10-7= 3,95.10-7 (M)

DẠNG 3: TÁCH CÁC CHẤT BẰNG KẾT TỦA

Bài 1: [1] Người ta cho khí CO2 lội qua dung dịch gồm Ba(OH)2 0,1M và Sr(OH)2 0,1M

a Hỏi chất nào kết tủa trước.

b Khi muối thứ hai bắt đầu kết tủa thì tỉ lệ muối thứ nhất còn lại trong dung dịch là bao

nhiêu? Biết tích số tan: = 8,1.10-9; = 9,4.10-10

Giải

a Khi cho CO2 lội qua dung dịch gồm Ba(OH)2, Sr(OH)2 sẽ tạo thành kết tủa

Gọi M(OH)2 là kí hiệu chung cho Ba(OH)2, Sr(OH)2



= 9,4.10-9 mol/lKết tủa BaCO3 sẽ được tạo thành khi [Ba2+].[CO32-] > 8,1.10-9

Hay [CO32-] >

9

8,1.100,1



= 8,1.10-8 mol/lNhư vậy SrCO3 kết tủa trước

b Khi BaCO3 bắt đầu kết tủa thì nồng độ [CO32-] > 8,1.10-9 mol/l Nồng độ mol/l Sr2+ lúcbấy giờ còn lại trong dung dịch là:

[Sr2+] =

10 8

9, 4.108,1.10

đoạn để tách các ion Sr2+ và Ba2+ ra khỏi dung dịch

24

Bài 2: [2] Cho từ từ dung dịch AgNO3 vào dung dịch chứa đồng thời các ion Cl- 0,01M và

I- 0,01M Xác định thứ tự các kết tủa xuất hiện và cho biết khi kết tủa thứ hai xuất hiện thìnồng độ anion trong kết tủa thứ nhất còn lại trong dung dịch là bao nhiêu?

Cho biết: K S,AgCl 1.1010

1010



 = 10-14 mol/ltrong khi đó để kết tủa AgCl cần: [Ag+] =

10 2

1010



 = 10-8 mol/l

=> AgI kết tủa trước AgCl

Khi kết tủa AgCl xuất hiện thì: [Ag+].[Cl-] = 10-10 => [Ag+] = 10-8M

Vậy khi đó [I-] =

16 8

1010

Xét dung dịch H2S bão hòa => [H2S] = 0,10M

Tính pH dựa vào cân bằng sau:

Ka1 =

2 7,02

x100,1

Để xuất hiện kết tủa CdS thì: 2

K

26

100,010

K

17,2

100,010



= 10-15,2MLượng S2- cần thiết để xuất hiện kết tủa CdS nhỏ hơn lượng S2- cần để xuất hiện kết tủaFeS, do đó nếu CdS sẽ kết tủa trước Khi đó, phản ứng tạo kết tủa CdS xảy ra như sau:

K K0,1

Khi đó ta có: C’Fe2+.C’S2- = 0,01.10-17,52 = 10-19,52 << KS2 => không có kết tủa FeS.Cần lưu ý để học sinh không mắc sai lầm khi lí luận rằng, lượng S2- cần thiết để kếttủa CdS và kết tủa FeS đều nhỏ hơn lượng S2- sinh ra từ dung dịch bão hòa H2S:

C  10 M

Bài 4: [2] Sục khí H2S vào dung dịch chứa Cd2+ 0,010 M và Zn2+ 0010M đến bão hòa Hãyxác định giới hạn pH phải thiết lập trong dung dịch sao cho chỉ còn lại không quá 0,1%

Cd2+ trong dung dịch mà Zn2+ vẫn chưa kết tủa

Cho biết: nồng độ H2S trong dung dịch bão hòa là 0,10M

CdS có pKS = 26; ZnS có pKS = 21,6; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90

Giải

- Điều kiện để xuất hiện kết tủa CdS là: 2

/ S

C = 2

S,CdS / Cd

- Điều kiện để xuất hiện kết tủa ZnS thì: 2

/ S

C = 2

S, ZnS / Zn

C =

S,CdS 2

K[Cd ] =

26 5

1010

C ≤ 10-21,0Mhay: 10-21 < => 0,04 < pH < 0,66

Bài 5: [5] Hãy đánh giá khả năng tách hoàn toàn ion Ag+ ra khỏi ion Pb2+ bằng thuốc thửHCl từ dung dịch chứa Ag+ 10-3M và Pb2+ 0,100M

Cho biết: AgCl có pKS = 10,0; PbCl2 có pKS = 4,8

Giải

Điều kiện kết tủa AgCl: (CCl)1 > = 10-7,0

Điều kiện kết tủa PbCl2: (CCl)2 > = 10-1,9

Bởi (CCl)1 << (CCl)2 nên kết tủa AgCl xuất hiện trước

Khi kết tủa PbCl2 bắt đầu xuất hiện ta có cân bằng:

Khi [Pb2+] = C Pb = 0,100 M thì [Ag+] = = 10-8,1 << 10-6M

Nghĩa là Ag+ đã bị kết tủa hoàn toàn dưới dạng AgCl khi kết tủa PbCl2 bắt đầu xuấthiện Nói cách khác, có khả năng tách hoàn toàn Pb2+ ra khỏi Ag+ bằng HCl

Bài 6: [5].Thiết lập nồng độ HCl để tách CdS và CuS.

Cho biết: CuS có pKS = 35,2; CdS có pKS = 26,1;

H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKw = 14,0

Giải

Phản ứng hòa tan CdS trong HCl:

CdS↓ + 2H+ + 2Cl-  CdCl2 + H2S

Như vậy, để tách CdS ra khỏi CuS chỉ cần thiết lập nồng độ axit HCl cỡ 1–2M.

Bài 7: [1] Đánh giá khả năng tách hoàn toàn ion Ag+ ra khỏi ion Pb2+ bằng thuốc thử HCl.Cho CAg = 1,0.10-3, CPb = 0,10 M

Điều kiện kết tủa AgCl: (CCl)1 > = 10-7,0

Điều kiện kết tủa PbCl2: (CCl)2 > = 10-1,9

Bởi (CCl)1 << (CCl)2 nên kết tủa AgCl xuất hiện trước

Khi kết tủa PbCl2 bắt đầu xuất hiện ta có cân bằng:

Bài 8: [2]

Cho H2S lội qua dung dịch chứa Cd2+ 0,01M và Zn2+ 0,01M đến bão hòa, nồng độ

H2S trong dung dịch bão hòa là 0,1M

a Xác định giới hạn pH phải thiết lập trong dung dịch sao cho xuất hiện kết tủa CdS mà

không xuất hiện kết tủa ZnS

b Thiết lập khu vực pH tại đó chỉ còn 0,1% Cd2+ trong dung dịch mà Zn2+ vẫn không bịkết tủa

Biết: H2S có Ka1 = 10-7,02, Ka2 = 10-12,9, KS,ZnS = 10-21,6, KS, CdS = 10-26

CdS có KS1 = 10-26, ZnS có KS2 = 10-21,6

Hằng số tạo phức hiđroxo CdOH+ là lg = 10-10,2;

Hằng số tạo phức hiđroxo ZnOH+ là lg = 10-8,96

Ta có: = mà KS,CdS < KS,ZnS, do đó kết tủa CdS xuất hiện trước

Điều kiện để có kết tủa CdS:

với được tính từ cân bằng tạo phức hiđroxo của Cd2+:

Điều kiện để có kết tủa ZnS:

với được tính từ cân bằng tạo phức hiđroxo của Zn2+:

Điều kiện để kết tủa 99,9% Cd2+ là: > = 10-21

Vậy khu vực pH tại đó chỉ còn 0,1% Cd2+ trong dung dịch mà Zn2+ vẫn chưa kết tủa là:

đó có thể tính được nồng độ ion sunfua cần thiết:

Như vậy, muốn phân chia cần giữ nồng độ S2– giữa 7.10–22 và 1.10–20 mol/l Chúng

ta cần tính nồng độ H3O+ mà ở đó nồng độ S2– sẽ nằm trong giới hạn đã nói trên Thay vào

Khi giữ nồng độ [H3O+ ] giữa 0,03 và 0,01 mol/l có thể kết tủa được PbS trước khi

axit đủ chính xác để phân chia được

Bài 10: [5] Có khả năng về mặt lý thuyết để phân chia định lượng Fe3+ và Mg2+ bằng kết

là có khả năng thì giới hạn nồng độ OH– cho phép là bao nhiêu?

thứ nhất và bài toán thứ hai

Để xác định giá trị thứ nhất, chúng ta cần bắt đầu bằng việc xác lập tiêu chuẩn tách

tất cả các ion sắt (III) nên chúng ta cần phải xác định giới hạn, mà dưới giới hạn đó, sự có