(SKKN HAY NHẤT) cân bằng axit bazơ trong dung dịch chất điện li môn hóa THPT

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "CÂN BẰNG AXIT-BAZƠ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI MƠN HĨA THPT" LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHẦN I: MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học sáng kiến kinh nghiệm cần nghiên cứu Cơ sở lý luận Đại phận phản ứng hóa học xem phản ứng axit – bazơ phản ứng oxi hóa – khử Phản ứng axit – bazơ quan trọng mặt nghiên cứu lí thuyết mặt ứng dụng hóa học vào thực tiễn Trong 10 hóa chất mà giới sản xuất có tới chất axit baz ơ, là: H 2SO4, CaO, NH3, NaOH, H3PO4 HNO3 Phản ứng axit – bazơ phản ứng quan trọng, thường xuyên xảy dung dịch Để hiểu suy đốn tính chất axit – bazơ dung dịch cần cần nắm thuyết Bronxtet axit – bazơ Để giải toán định lượng cần biết cách mô tả cân hệ axit – bazơ khác nhau: axit , bazơ mạnh, đơn axit, đơn bazơ yếu; đa axit, đa bazơ, chất lưỡng tính, phức hiđroxo ion kim loại Việc tính tốn thường tính theo định luật tác dụng khối lượng định luật bảo toàn proton Cơ sở thực tiễn Hóa học phân tích nói chung phản ứng axít- bazơ nói riêng có vai trị to lớn, chiếm vị trí quan trọng q trình giảng dạy mơn hố học trường trung học phổ thơng, đặc biệt trường chuyên luyện thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế Trong năm qua, đề thi học sinh giỏi Quốc gia thường hay đề cập tới phản ứng axit – bazơ nhiều góc độ khác Tuy nhiên, sách giáo khoa phổ thông , điều kiện giới hạn thời gian nên kiến thức đề cập đến cách sơ lược Qua thực tiễn giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia đă nghiên cứu, lựa chọn hệ thống kiến thức lí thuyết bản, trọng tâm; sưu tầm tập điển hình để soạn chuyên đề “Cân axit – bazơ dung dịch chất điện li” với mục đích giúp cho học sinh hiểu sâu vận dụng tốt kiến thức học vào việc giải tập, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy học tập mơn Hóa học LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục đích sáng kiến kinh nghiệm Xây dựng hệ thống lí thuyết tập “phản ứng axit – bazơ dung dịch chất điện li” dùng cho học sinh lớp chuyên Hóa học bậc THPT giúp học sinh học tốt chuẩn bị tốt cho kì thi học sinh giỏi hóa học lý thuyêt – tập – phương pháp giải, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy học tập mơn Hóa học Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Đề tài “Cân axit – bazơ dung dịch chất điện li” tập trung hệ thồng lí thuyết sưu tầm tập điển hình có liên quan đến: A- CƠ SỞ LÍ THUYẾT I Một số khái niệm Khái niệm axit - bazơ Cặp axit- bazơ liên hợp Chỉ số hoạt độ ion hiđro( pH) Hằng số phân li axit – số phân li bazơ Phân số nồng độ (α) II Một số định luật bảo toàn Định luật bảo toàn vật chất Định luật tác dụng khối lượng(ĐLTDKL) Định luật bảo toàn proton( điều kiện proton) II Nguyên tắc chung để đánh giá thành phần cân dung dịch Nguyên tắc chung tính thành phần cân dung dịch Tính gần hệ có cân chủ yếu III Dung dịch axit - bazơ Axit mạnh bazơ mạnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đơn axit yếu đơn bazơ yếu 3.Hỗn hợp đơn axit đơn bazơ Đa axit đa bazơ 5.Các chất lưỡng tính Dung dịch đệm B CÁC DẠNG BÀI TOÁN MINH HỌA PHẢN ỨNG AXIT- BAZƠ TRONG DUNG DỊCH I Cân dung dịch axit mạnh bazơ mạnh II.Cân dung dịch đơn axit yếu đơn bazơ yếu III Cân dung dịch chứa hỗn hợp axit mạnh đơn axit yếu bazơ mạnh đơn bazơ yếu IV Hỗn hợp đơn axit yếu hỗn hợp đơn bazơ yếu V Cân dung dịch đa axit đa bazơ VI Cân dung dịch chất lưỡng tính Đối tượng nghiên cứu khóa học sinh đội tuyển dự thi học sinh giỏi quốc gia từ năm 2011 đến năm 2013 Kế hoạch nghiên cứu Sáng kiến kinh nghiệm nghiên cứu giảng dạy bồi dưỡng học sinh đội tuyển dự thi học sinh giỏi quốc gia, trường THPT chuyên Hưng Yên từ năm học 20112013 Phương pháp nghiên cứu a) Nghiên cứu tài liệu b) Thực nghiệm (giảng dạy), phương pháp Thời gian hồn thành LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com năm Cấu trúc sáng kiến kinh nghiệm Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, sáng kiến kinh nghiệm bao gồm phần sau đây: A CƠ SỞ LÍ THUYẾT B CÁC DẠNG BÀI TẬP MINH HỌA PHẢN ỨNG AXIT – BAZƠ TRONG DUNG DỊCH PHẦN II: NỘI DUNG A- CƠ SỞ LÍ THUYẾT I Một số khái niệm Khái niệm axit - bazơ Tài liệu giáo khoa chuyên hoá học đưa định nghĩa axit- bazơ sau: *Theo Areniut( Arrhenius): - Axit chất có khả phân li dung dịch thành cation hiđro(H +), bazơ chất có khả phân li dung dịch thành anion hiđroxit( OH-) *Theo Bronstet Lauri: - Axit chất có khả nhường proton(H+), cịn bazơ chất có khả nhận proton(H+) Các chất lưỡng tính vừa có tính axit( cho proton), vừa có tính bazơ( nhận proton) *Theo Liuyt: - Axit chất có khả nhận cặp electron khơng phân chia, cịn bazơ chất có khả cho cặp electron khơng phân chia Cặp axit- bazơ liên hợp Một axit cho proton biến thành bazơ tương ứng bazơ nhận proton biến thành axit tương ứng, nghĩa biến đổi thuận nghịch: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com HA( axit) A- bazơ) + H+ Trong trình thuận nghịch HA A - hợp thành cặp axit- bazơ liên hợp Đối với cặp axit- bazơ liên hợp ta ln có: Ka.Kb = Kw Chỉ số hoạt độ ion hiđro( pH) pH đặc trưng cho tính axit- bazơ dung dịch Biểu thức: pH= -lg(H+) pH= -lg[H+] (đối với dung dịch lỗng) Nếu dung dịch có [H+] = 10-a → pH = a Trong dung dịch axit: [H+] > 1,00.10-7M; pH < 7,00; pOH > 7,00 Trong dung dịch bazơ : [H+] < 1,00.10-7M; pH >7,00; pOH < 7,00 Trong mơi trường trung tính: [H+] = [OH-] = 1,00.10-7M; pH= 7,00 Trong mơi trường nước ln ln có biểu thức: Kw = [H+].[OH-] = 10-14 Hằng số phân li axit – số phân li bazơ Để đánh giá độ mạnh yếu axit- bazơ phải dựa vào số axit số bazơ: Hằng số axit Ka tính theo cơng thức: HA + H2O H3O+ + A- Đối với đa axit nấc phân li có số đặc trưng cho q trình đó: H2A HA- H+ + HAH+ + A2- Còn số bazơ bazơ yếu tính dựa theo cân bazơ, ví dụ: NH3 + H2O NH4+ + OH- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phân số nồng độ (α) 5.1 Phân số nồng độ đơn axit, đơn bazơ Trong dung dịch axit, bazơ phân số nồng độ αi tỉ số nồng độ cân cấu tử i với tổng nồng độ dạng có mặt i dung dịch H+ + A- Đối với cân bằng: HA Ka Ta có: (5) Hay (6) Tương tự: Ở : (7) Dĩ nhiên: (8) ; (9) 5.2 Phân số nồng độ đa axit – đa bazơ - Đối với axit H2A: (IV.1) (IV.2) (IV.3) - Đối với axit HnA: (IV.4) (IV.5) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tổng quát: với Ka0 = (IV.5) II Một số định luật bảo toàn Định luật bảo toàn vật chất 1.1 Quy ước biểu diễn nồng độ * Nồng độ gốc: nồng độ chất trước đưa vào hỗn hợp phản ứng(C0 mol/l) * Nồng độ ban đầu: nồng độ chất hỗn hợp trước xảy phản ứng (C0 mol/l) * Nồng độ cân bằng: nồng độ chất sau hệ đạt tới trạng thái cân bằng([i]) * Nồng độ mol: biểu diễn số mol chất lít dung dịch số mmol 1ml dung dịch(C mol/l) * Nồng độ %: biểu diễn số gam chất tan 100 gam dung dịch 1.2 Định luật bảo toàn nồng độ(ĐLBTNĐ) ban đầu Nồng độ ban đầu cấu tử tổng nồng độ cân dạng tồn cấu tử cân bằng: Ci=∑[i] 1.3 Định luật bảo tồn điện tích(ĐLBTĐT) ∑[i]Zi=0 Zi điện tích (âm dương) cấu tử i có nồng độ cân [i] Định luật tác dụng khối lượng(ĐLTDKL) * Đối với cân bằng: aA +bB cC + dD LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (i): hoạt độ chất i ; K(a) số cân nhiệt động; với (i)=[i].fi ; fi hệ số hoạt độ i *Đối với phép tính gần đúng, coi giá trị hệ số hoạt độ số cân nhiệt động K(a) coi số cân Kc: *Có thể đánh giá số cân trình phức tạp cách tổ hợp cân đơn giản biết: A+B C+D C+D A + B K=K1-1 A+B C + D K1 C+D E + G K2 A+B E + G K=K1K2 nA + nB K1 nC + nD K’ = (K1)n Định luật bảo toàn proton( điều kiện proton) Định luật bảo tồn proton (hay cịn gọi điều kiện proton (ĐKP)), nội dung định luật sau: Nếu ta chọn trạng thái dung dịch chuẩn (thường gọi trạng thái quy chiếu mức khơng ) tổng nồng độ proton mà cấu tử mức khơng giải phóng tổng nồng độ proton mà cấu tử thu vào để đạt đến trạng thái cân Nói cách khác, nồng độ cân proton có dung dịch hiệu tổng nồng độ proton giải phóng tổng nồng độ proton thu vào từ mức không: tổng nồng độ proton giải phóng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tổng nồng độ proton thu vào từ cấu tử mức không i,j cấu tử có khả cho nhận proton Trạng thái quy chiếu (mức khơng) trạng thái ban đầu, trạng thái giới hạn hay trạng thái tuỳ chọn Thông thường để tiện cho việc tính gần đúng, người ta thường chọn trạng thái nồng độ cấu tử chiếm ưu làm mức không II Nguyên tắc chung để đánh giá thành phần cân dung dịch Nguyên tắc chung tính thành phần cân dung dịch - Bước 1: Mô tả đầy đủ cân xảy - Bước 2: Đánh giá, so sánh cân + Nếu hệ có cân định thành phần cân hệ: Ta áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho cân từ xác định thành phần cân hệ + Nếu hệ có nhiều cân tương đương định thành phần cân hệ : Ta áp dụng định luật khác (ĐLTDKL, ĐLBTNĐ, ĐLBTĐT, ĐKP ) để thành lập hệ phương trình phương trình bậc cao - Bước 3: Giải hệ phương trình phương trình bậc cao - Bước 4: Kiểm tra giả thiết - Bước 5: Đánh giá thành phần khác hệ Tính gần hệ có cân chủ yếu - Trong trường hợp đơn giản thường gặp hệ có cân tổ hợp ĐLBTNĐ với ĐLTDKL để tính nồng độ cân cấu tử Chẳng hạn, dung dịch MX C mol/l có cân MX  Mn+ + Xn- K Theo ĐLBTNĐ MX ta có : CMX = [Mn+] + [MX] = C Hay [MX] = C - [Mn+] (1) (2) (3) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ta có [H+]=10-10,54 Kb=109,24 >> Kw nên cân dạng axit chiếm ưu áp dụng cơng thức tính gần ta có: Vậy ta có [H+]=10-4,76