Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ôn thi HSG ThS Nguyễn Cao Chung 1 0973904885 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ ION TRONG DUNG DỊCH[.]
Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ ION TRONG DUNG DỊCH NƯỚC Nồng độ gốc, nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng, định luật bảo toàn nồng độ ban đầu 1.1 Nồng độ gốc 1.2 Nồng độ ban đầu 1.3 Nồng độ cân 1.4 Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu 1.5 Định luật bảo tồn điện tích (ĐLBTĐT) 1.6 Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) 1.7 Định luật bảo toàn proton (điều kiện proton) Độ điện ly 2.1 Khái niệm 2.2 Hằng số điện ly (phân ly) K 2.3 Quan hệ K Tích số ion nước Mối quan hệ Ka Kb Phân số nồng độ ( ) 10 5.1 Phân số nồng độ đơn axit, đa axit 10 5.1.1 Đơn axit 10 5.1.2 Đa axit 10 5.2 Phân số nồng độ đơn bazơ, đa bazơ 11 5.2.1 Đơn bazơ 11 5.2.2 Đa bazơ 11 Các bước tiến hành giải toán cân ion 13 6.1 Giải xác 13 6.2 Giải gần 13 CHƯƠNG : CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ 14 Tính cân dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh 14 1.1 Tính cân dung dịch axit mạnh 14 1.1.1 Phương pháp giải 14 1.1.2 Bài tập vận dụng 14 1.2 Tính cân dung dịch bazơ mạnh 16 1.2.1 Phương pháp giải 16 1.2.2 Bài tập vận dụng 16 Tính cân dung dịch axit yếu, bazơ yếu đơn chức 18 2.1 Dung dịch đơn Axit yếu đơn chức 18 2.1.1 Phương pháp giải 18 2.1.2 Bài tập vận dụng 19 ThS: Nguyễn Cao Chung 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG 2.2 Dung dịch đơn Bazơ yếu 22 2.2.1 Phương pháp giải 22 2.2.2 Bài tập vận dụng 23 Dung dịch hỗn hợp gồm đơn Axit mạnh đơn Axit yếu 25 3.1 Phương pháp giải 25 3.2 Bài tập vận dụng 26 Dung dịch hỗn hợp gồm đơn Bazơ mạnh đơn Bazơ yếu 28 4.1 Phương pháp giải 28 4.2 Bài tập áp dụng 29 Dung dịch chứa hỗn hợp nhiều đơn Axit yếu 30 5.1 Phương pháp giải 30 5.2 Bài tập vận dụng 32 Dung dịch chứa hỗn hợp nhiều đơn Bazơ yếu 39 6.1 Phương pháp giải 39 6.2 Bài tập vận dụng 40 Dung dịch đa Axit 44 7.1 Phương pháp giải 44 7.2 Bài tập vận dụng 47 Dung dịch đa Bazơ 55 8.1 Phương pháp giải 55 8.2 Bài tập vận dụng 57 Dung dịch muối Axit 64 9.1 Phương pháp giải 64 9.1.1 Giải xác 64 9.1.2 Giải gần 65 9.2 Bài tập vận dụng 71 10 Dung dịch muối Axit yếu Bazơ yếu 74 10.1 Phương pháp giải 74 10.1.1 Giải xác 74 10.1.2 Giải gần 75 11 Tính pH dung dịch đệm 80 11.1 Phương pháp giải 80 11.2 Bài tập vận dụng 81 CHƯƠNG 3: PHẢN ỨNG PHỨC CHẤT 84 Các số đặc trưng cho phức chất 84 1.1 Hằng số không bền nấc 84 1.2 Hằng số bền nấc 84 1.3 Hằng số bền tổng hợp 84 1.4 Hằng số bền điều kiện 84 1.4.1 Khái niệm 84 ThS: Nguyễn Cao Chung 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ôn thi HSG 1.4.2 Biểu thức 84 Tính tốn cân tạo phức dung dịch 85 2.1 Nồng độ ion trung tâm lớn nhiều so với nồng độ phối tử, số tạo phức nấc đầu lớn số tạo phức nấc sau 85 2.2 Nồng độ phối tử lớn nhiều so với nồng độ ion trung tâm 86 2.3 Tính theo số bền điều kiện 88 CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG OXI HÓA - KHỬ 91 Sự phụ thuộc theo nồng độ 91 Hằng số cân phản ứng oxi hoá - khử 91 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân oxi hoá - khử 95 3.1 Ảnh hưởng pH 95 3.2 Ảnh hưởng chất tạo phức 97 3.3 Ảnh hưởng tạo thành hợp chất tan 99 3.4 Thế oxi hoá - khử dung dịch chứa chất oxi hoá chất khử liên hợp 101 3.5 Tính cân dung dịch chứa chất oxi hoá chất khử 101 Đánh giá cân phản ứng oxi hóa khử dựa vào số cân điều kiện 102 CHƯƠNG 5: PHẢN ỨNG TẠO HỢP CHẤT ÍT TAN 106 Các khái niệm 106 1.1 Độ tan 106 1.2 Tích số tan 106 1.3 Quan hệ độ tan tích số tan 106 1.4 Các khái niệm dung dịch bão hòa, dung dịch chưa bão hòa dung dịch bão hòa 106 1.5 Tích số tan điều kiện 107 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan (S) 108 2.1 Sự có mặt ion đồng dạng 108 2.2 Ảnh hưởng pH chất tạo phức 108 2.2.1 Ảnh hưởng pH 108 2.2.2 Ảnh hưởng chất tạo phức 111 Kết tủa yếu tố ảnh hưởng đến trình làm kết tủa 112 3.1 Điều kiện để xuất kết tủa 112 3.2 Sự kết tủa hoàn toàn 114 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình làm kết tủa 114 3.3.1 Ảnh hưởng lượng dư thuốc thử 114 3.3.2 Ảnh hưởng pH 116 3.3.3 Ảnh hưởng chất tạo phức 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 ThS: Nguyễn Cao Chung 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ ION TRONG DUNG DỊCH NƯỚC Nồng độ gốc, nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng, định luật bảo toàn nồng độ ban đầu 1.1 Nồng độ gốc Là nồng độ chất trước đưa vào hỗn hợp phản ứng Ký hiệu C0 1.2 Nồng độ ban đầu Là nồng độ chất hỗn hợp, trước phản ứng xảy Ký hiệu C C V C i 0i i Vj + Vi thể tích dung dịch chứa cấu tử i, đưa vào hỗ hợp phản ứng + V tổng thể tích hỗn hợp j Nồng độ ban đầu khác với nồng độ gốc có thay đổi thể tích trộn chất với 1.3 Nồng độ cân Là nồng độ cấu tử sau phản ứng xảy hệ đạt tới trạng thái cân Ký hiệu [ ] 1.4 Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu “ Nồng độ ban đầu cấu tử tổng nồng độ cân dạng tồn cấu tử dung dịch thời điểm cân bằng’’ C i [i] Ví dụ 1: Biểu diễn định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ion PO43- dung dịch Na3PO4 0,1M Các trình xảy hệ PO43- Na3PO4 3Na+ + H2 O H+ + + H+ HPO42 HPO42- + H+ H2PO4- H+ + PO43OH- H2PO4H3PO4 Theo định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ta có : C PO 3 C Na3PO4 = 0,1M = [PO43-] + [HPO42-] + [H2PO4-] + [H3PO4] Lưu ý: Trong trường hợp cấu tử ban đầu tồn dạng đơn nhân, trạng thái cân lại có dạng liên hợp (đa nhân) biểu thức ĐLBTNĐ ban đầu, nồng độ dạng liên hợp phải nhân với hệ số tương ứng Ví dụ 2: Biểu diễn định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ion K+ CrO42- dung dịch K2CrO4 0,1M có mặt axit mạnh, biết dung dịch crom tồn dạng CrO42-, HCrO4- , Cr2O72- CCrO2 CK CrO 0,1 [CrO24 ] + [HCrO4 ] + 2.[Cr2O72 ] 4 ThS: Nguyễn Cao Chung 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG Ví dụ 3: Biểu diễn định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ion Hg2+ ion Cl- dung dịch gồm Hg(NO3)2 0,1M + HCl 0,3M Các trình xảy hệ Hg(NO3)2 Hg2+ + 2NO3Cl- HCl H+ Cl- HgCl+ Hg2+ + HgCl+ + Cl- HgCl2 + Cl- + HgCl2 HgCl3- HgCl3- + ClHgCl42Theo định luật bảo toàn nồng độ ban đầu ta có : CHg2 CHg NO3 = 0,1M = [Hg2+] + [HgCl+] + [HgCl2] + [HgCl3-] + [HgCl42-] - CCl = CHCl = 0,3M = [Cl-] + [HgCl+] + 2[HgCl2] + 3[HgCl3-] + 4[HgCl42-] 1.5 Định luật bảo tồn điện tích (ĐLBTĐT) ∑[i]Zi=0 Zi điện tích (âm dương) cấu tử i có nồng độ cân [i] 1.6 Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) cC + dD KC * Đối với cân bằng: aA + bB C D a b A B c KC d *Có thể đánh giá số cân trình phức tạp cách tổ hợp cân đơn giản biết: C+D A + B K1 A + B C + D K = K1-1 A B C D K1 E G K C D A B E G K K1K nC + nD nA + nB K’ = (K1)n 1.7 Định luật bảo toàn proton (điều kiện proton) Nếu ta chọn trạng thái dung dịch chuẩn (thường gọi trạng thái quy chiếu mức khơng ) tổng nồng độ proton mà cấu tử mức không 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: [H ] ( H i )cho ( H j )nhËn i j ( H i )cho tổng nồng độ proton giải phóng i ThS: Nguyễn Cao Chung 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG ( H j )nhËn tổng nồng độ proton thu vào từ cấu tử mức khơng j 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 Tương tự ĐLBT proton mở rộng: [OH ] ( OH )cho ( OH )nhËn i j i j ( OH i )cho tổng nồng độ OH- giải phóng i ( OH j )nhËn tổng nồng độ OH- thu vào từ cấu tử mức khơng j Ví dụ 1: Viết biểu thức điều kiện proton dung dịch gồm NaA C1M HA C2M (với HA đơn axit yếu) Lưu ý: Đối với hệ đệm chọn mức không ta chọn hai thành phần hệ đệm vào mức không HA , H2O Có cách chọn mức khơng: hc A , H2O Cách 1: Chọn mức không: HA , H2O Các trình xảy hệ NaA Na+ + A- (1) HA H+ + A- (2) H+ H2O + OH(3) + Điều kiện proton : [H ] = [OH ] + CAdo HA phân ly [H+] = [OH-] + [A-] - CA- NaA [H+] = [OH-] + [A-] - C1 Với [A-] = CA- (do HA phân ly) + CA- (trong NaA) = CA- (1) + [A-](2) = C1 + [A-](2) [A-] nồng độ A- thời điểm cân Cách : Chọn mức khơng: A- , H2O Các q trình xảy hệ NaA H2 O Na+ + A- (1) H+ + OH- (2) HA H+ + A- (3) Điều kiện proton : [H+] = [OH-] - CHA A- tạo (3) [H+] = [OH-] - ([HA] - CHA ban đầu) [H+] = [OH-] - ([HA] - C2 ) [H+] = [OH-] - [HA] + C2 Với [HA] = CHA + [HA](3) = C2 + [HA](3) [HA] nồng độ HA thời điểm cân Ví dụ : Viết biểu thức điều kiện proton dung dịch HCl + H3PO4 Chọn mức không : HCl, H3PO4, H2O ThS: Nguyễn Cao Chung 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG Các q trình xảy hệ HCl H+ + Cl- H2 O H+ + OH- H3PO4 H+ + H2PO4- H2PO4- HPO42- H+ + H3PO4 H3PO4 HPO42- 2H+ + HPO42- H+ + PO43- 3H+ + PO43Điều kiện proton : [H+] = [Cl-] + [OH-] + [H2PO4-] + 2[HPO42-] + 3[PO43-] Ví dụ : Viết biểu thức điều kiện proton dung dịch NaOH C1M Na3PO4 C2M Chọn mức không : NaOH , PO43- , H2O Các trình xảy hệ NaOH C1 Na+ + Na3PO4 3Na+ + OHC1 (a) PO43- (b) PO43- + H+ H+ + HPO42 HPO42- + H+ H2PO4- H2 O OH- (c) H2PO4PO43- + 2H+ H3PO4 PO43- + 3H+ H3PO4 H2PO4+ H+ Điều kiện proton : [H+] = [OH-] - [HPO42-] - 2[H2PO4-] - 3[H3PO4] - C1 Theo định luật bảo tồn nồng độ ban đầu ta có : C PO 3 C Na3PO4 = C2 = [PO43-] + [HPO42-] + [H2PO4-] + [H3PO4] (1) (2) Theo định luật bảo tồn điện tích ta có : [H+] + [Na+] = [OH-] + [H2PO4-] + 2[HPO42-] + 3[PO43-] (3) + Ta có : [Na ] = C1 + 3C2 (4) Thay (2) vào (4) ta : [Na+] = C1 + 3[PO43-] + 3[HPO42-] + 3[H2PO4-] + 3[H3PO4] thay vào (3) ta : [H+] = [OH-] - [HPO42-] - 2[H2PO4-] - 3[H3PO4] - C1 (1) Như : Biểu thức điều kiện proton dung dịch tổ hợp từ phương trình định luật bảo tồn điện tích với phương trình định luật bảo toàn nồng độ ban đầu Lưu ý: [OH-] = C1 + [OH-](c) Nồng độ OH- thời điểm cân [ ] nồng độ OHdo NaOH phân ly cộng với nồng độ OH- H2O phân ly H OH H O B® P [] C1 (M) x x x C1 x [OH ]c©n b»ng C1 x [OH ]do NaOH ph©n ly + [OH ]do H2O ph©n ly C1 ThS: Nguyễn Cao Chung x 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ôn thi HSG Độ điện ly 2.1 Khái niệm Để mức độ phân li ion chất điện li, người ta dùng khái niệm độ điện li Độ điện li a (anpha) chất điện li tỉ số số phân tử phân li ion (n) tổng số số phân tử hoà tan (no) n no đại lượng đặc trưng cho mức độ điện ly chất điện ly 01 = chất không điện ly = chất điện ly mạnh < + Kí hiệu tích số ion nước : K H2 O hay W hay K W Mối quan hệ Ka Kb Xét cặp Axit - Bazơ liên hợp HA ACác trình xảy H+ + HA A - Ka A- + HA H2O + (1) OH- Kb (2) Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho cân (1) (2) ta được: Từ (1) Từ (2) Vậy Kb = Ka = Kb = H A HA HA OH A = HA A H [H+] [OH-] = W Ka W hay pKa pK b 14 Ka Tổng quát: K a1 W W , K a2 ; K bn K bn1 K b1 W W , K b2 K an K a n1 Nhận xét : Đối với cặp Axit-Bazơ liên hợp Nếu Ka lớn (Axit mạnh) Kb bé (dạng Bazơ liên hợp yếu) ThS: Nguyễn Cao Chung 0973904885 Trường THPT Nguyễn Chí Thanh – Lệ Thủy – Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG Phân số nồng độ ( ) 5.1 Phân số nồng độ đơn axit, đa axit 5.1.1 Đơn axit - Trong dung dịch axit, bazơ phân số nồng độ i tỉ số nồng độ cân cấu tử i với tổng nồng độ dạng tồn i dung dịch Ví dụ, cân bằng: HA H A [HA] [A ] Ka [H ].[A ] [HA] [H ].[A ] [H ].[A ].K a1 Ka K a [HA] [H ] Ta có: HA [HA] [HA] [HA] [A ] CHA Hay: [HA] HA CHA ; [A ] A CHA Bảo toàn nồng độ ban đầu: C HA K a [HA] C HA [H ] [HA] [A ] [A ] [HA] [HA] [H ] [H ] + K a C HA [HA] [A ] HA C K [H ].[A ] [A ] [A ] HA a Ka [H ] + K a CHA [H ] [HA] [H ] + K a [H ] h CHA CHA Ka h K a [H ] A CHA K a Ka Ka [A ] [H ] + K a với h = [H ] CHA CHA K a [H ] K a h Dĩ nhiên : HA A 5.1.2 Đa axit - Đối với axit H2A: H2 A HA- + H+ HA- hay H2A A2- + H+ h.[HA ] K a1 [H A] h.[A2 ] K a2 [HA ] (1) (2) h [A 2 ] 2+ K K A + 2H a1 a2 [H A] Theo định luật bảo tồn nồng độ ban đầu ta có: + C H A = Ca = [H2A] + [HA-] + [A2-] n Ca = [H2A] + [H2A]K1h-1 + [H2A]K1K2h-2 = [H2A] (1 + Ka1h-1 + Ka1Ka2h-2) ThS: Nguyễn Cao Chung 10 0973904885 ... Quảng Bình Tài liệu ơn thi HSG CHƯƠNG : CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ Tính cân dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh 1.1 Tính cân dung dịch axit mạnh 1.1.1 Ph? ?ơng ph? ?p giải Thành ph? ??n dung dịch : (HA , Ca ; H2O)... Ph? ?ơng ph? ?p giải 39 6.2 Bài tập vận dụng 40 Dung dịch đa Axit 44 7.1 Ph? ?ơng ph? ?p giải 44 7.2 Bài tập vận dụng 47 Dung dịch đa... 75 11 Tính pH dung dịch đệm 80 11.1 Ph? ?ơng ph? ?p giải 80 11.2 Bài tập vận dụng 81 CHƯƠNG 3: PH? ??N ỨNG PH? ??C CHẤT 84 Các số đặc trưng cho ph? ??c chất