Bộ bài tập hóa học phân tích 1 - Cân bằng ion trong dung dịch
CHƯƠNG I. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HOÁ HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI I. TRẠNG THÁI CÁC CHẤT ĐIỆN LI TRONG DUNG DỊCH Bài tập có lời giải hướng dẫn I.1.1. Mô tả trạng thái ban đầu của các chất sau đây có trong dung dịch nước: CH 3 COONa; NH 4 HSO 4 ; FeCl 3 [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl. Hướng dẫn: - CH 3 COO - .Na + ; H 2 O - NH 4 + , HSO 4 - , H 2 O - Fe 3 + , Cl - , H 2 O - Ag(NH 3 ) 2 + , Cl - , H 2 O I.1.2. Mô tả trạng thái ban đầu và trạng thái cân bằng trong dung dịch nước của BaCl 2 và Na 2 SO 4 cùng nồng độ. Hướng dẫn Trạng thái ban đầu: Ba 2+ , Cl - , Na + , SO 4 2- , H 2 O Ba 2+ + SO 4 2- BaSO 4 Trạng thái cân bằng BaSO 4 Ba 2+ + SO 4 2- H 2 O H + + OH - I.1.3. Sự có mặt của các chất sau đây ảnh hưởng như thế nào đến độ điện li của HCOOH (nồng độ C 1 M): a, HCl; b, NH 4 Cl(K al [NH 4 ] << K a2 [HCOOH]); c, CH 3 COONa; d, NaCl Hướng dẫn a, HCl H + + Cl - (1) HCOOH H + + HCOO - 1 HCOOH HCOO C Khi có mặt của H + dư (từ HCl) cân bằng chuyển dịch (2) sang trái, nồng độ HCOO - giảm, vì vậy giảm. b, HCOOH HCOO - + H + NH 4 NH 3 + H + Do K al [NH 4 ] << K a2 [HCOOH] nên cân bằng (2 không ảnh hưởng đến (1) -> không thay đổi. c, CH 3 COONa CH 3 COO + Na (1) HCOOH H + + HCOO - (2) CH 3 COO - + H + CH 3 COOH (3) Do đó cân bằng (3) tạo ra axit yếu CH 3 COOH nên nồng độ ion H + giảm, nồng độ HCOO - tăng (cân bằng (2) chuyển xdịch sang phải). Do đó 1 HCOOH HCOO C sẽ tăng d, NaCl không ảnh hưởng đến cân bằng (1) nên H CO OH không thay đổi. I.1.4. Viết biểu thức độ điện li của NH 3 trong các dung dịch: a, NH 3 C 1 M b, NH 3 C 1 M và NH 4 Cl C 2 M (C 2 <<C 1 ) c, NH 3 C 1 M và HCl C M (C << C 1 ) d, NH 3 C 1 M và NaOH C 2 M (C 2 <<C 1 ) (coi sự điện li của nước là không đáng kể). Hướng dẫn a, NH 3 + H 2 O NH 4 + OH - K c b 4 NH OH (coi sự điện li của nước là không đáng kể). -> 3 4 1 1 NH NH OH C C -> 2 1 1 c b K C b, NH 3 + H 2 O NH 4 + OH - K c b C 1 C 2 -> 3 4 2 1 1 NH OH NH C C C c, NH 3 + HCl NH 4 + Cl - C 1 C C 1 – C - C NH 3 + H 2 O NH 4 + OH - K c b C 1 – C C 3 1 NH C OH C d, NH 3 + H 2 O NH 4 + OH - K c b C 1 C 2 -> 3 4 2 1 1 NH NH OH C C C I.1.5. Tính độ điện li của HCOOH trong dung dịch HCOOH 0.0100 M Hướng dẫn Cân bằng trong dung dịch: HCOOH H + + HCOO - K c b = 10 -3,75 2 3,75 1,75 2,0 2 1,75 1,75 10 10 1 10 10 10 0 0,1247 12,5% Bài tập vận dụng I.1.6. a) Trong dung dịch nước, chất nào là chất điện li mạnh, chất nào là chất điện li yếu trong số các chất sau đây. HClO 4 ; (CH 3 COO) 2 Ca; HCN; Sr(OH) 2 b) Mô tả trạng thái ban đầu và trạng thái cân bằng của mỗi chất. I.1.7. Mô tả trạng thái ban đầu và trạng thái cân bằng của các dung dịch gồm NH 4 0,01M và H 2 SO 4 0,01M. I.1.8. Mô tả trạng thái ban đầu và trạng thái cân bằng của các dung dịch gồm AgNO 3 0,01M và NH 3 0,2M I.1.9. Thêm dần dung dịch NaOH loãng vào dung dịch MgCl 2 . Có kết tủa trắng Mg(OH) 2 xuất hiện. Thêm dần NH 4 Cl đặc vào hỗn hợp và đun nóng. Kết tủa tan và khí mùi khai bay ra. Viết phương trình ion để giải thích các hiện tượng xảy ra. I.1.10. Viết phương trình ion xảy ra trong các trường hợp sau (nếu có): a, K 2 SO 4 + MgCl 2 b, Fe 2 (SO 4 ) 3 + KOH c, Cr(OH) 3 + HNO 3 d, K 2 CO 3 + CH 3 COOH e, FeCl 3 + Cu I.1.11. Thêm từng giọt HCl vào dung dịch AgNO 3 có kết tủa trắng xuất hiện. Thêm từng giọt NH 3 đặc vào hỗn hợp cho đến khi kết tủa tan hoàn toàn. Thêm tiếp HNO 3 vào dung dịch thu được thì lại thấy kết tủa xuất hiện trở lại. Viết phương trình ion để giải thích hiện tượng. I.1.12. Thêm dần NH 3 vào dung dịch Al 2 (SO 4 ) 3 có kết tủa xuất hiện. Thêm vài giọt NaOH đặc vào hỗn hợp thì được dung dịch trong suốt. Viết phương trình ion để giải thích hiện tượng. II.CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HOÁ HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI Bài tập có lời giải hướng dẫn I.2.1. Dung dịch Ba(OH) 2 0,050M phản ứng với H 2 SO 4 0,025M. Viết phương trình ion của các phản ứng xảy ra. tính x max và xác định TPGH. Hướng dẫn Ba(OH) 2 Ba 2+ + 2OH - 0.050 - 0.050 0.10 H 2 SO 4 H + + HSO 4 0.025 - 0.025 0.025 Phản ứng: H + + OH - -> H 2 O C 0 0.025 0.01 x max 0.025 C -0.025 -0.025 C 0 0.075 Phản ứng: HSO 4 + OH - + Ba 2+ -> BaSO 4 + H 2 O C 0 0.025 0.075 0.050 x max 0.025 C -0.025 -0.025 -0.025 C 0 0.050 0.25 TPGH: BaSO 4 : Ba 2+ 0.025M: OH - 0.050M Chú ý: Nước tạo thành không làm thay đỏi nồng độ chúng của nước với vai trò là dung môi, nên không cần kể đến. I.2.2. 0,5 mol BaF 2 hòa tan trong 0.5 lít HNO 3 0.20M BaF 2 + 2H + Ba 2+ + 2HF Xác định TPGH của hỗn hợp: Hướng dẫn: BaF 2 + 2H + Ba 2+ + 2HF n 0 0,50 0,2.0,5 x max 0,05 n -0,05 -0,10 0,050 0,10 n 0,45 0 0,050 0,10 TPGH: BaF 2 : Ba 2+ 0,050 0,10 ; 0,5 M HF 0 ,1 0 0 , 2 0 0 , 5 M I.2.3 Viết biểu thức định luật bảo toàn nồng độ ban đầu (BTNĐ) và định luật bảo toàn điện tích (BTĐT) đối với các cấu trong các hệ sau: a/ NH 3 C 1 M. b/ NH 3 C 1 M và NH 4 Cl C 2 M Hướng dẫn a/ H 2 O H + + OH - NH 3 + H + NH 4 + Trong dung dịch NH 3 tồn tại dưới 2 dạng : NH 3 và NH 4 + . Biểu thức BTĐT: Có 3 ion H + ; OH - ; NH 4 + 01].[1].[1].[ OHNHH Hay 0][][][ OHNHH b/ Biểu thức BTNĐ: ][][ 43 4 3 NHNHCC NH NH → ][][ 4321 NHNHCC Biểu thức BTĐT: có các ion NH 4 + ; Cl - ; H + ; OH - 0][][][][ 4 OHClNHH I.2.4 Viết biểu thức BTNĐ và BTĐT đối với hỗn hợp gồm Ca(NO 3 ) 2 0,016 M và NaF 0,054 M. Hướng dẫn Ca(NO 3 ) 2 → Ca 2+ + 2NO 3 - 0,016 0,016 0,032 NaF → Na + + F - 0,054 - 0,054 0,054 Ca 2+ + H 2 O CaOH + + H + H + + F - HF Ca 2+ + 2 F - CaF 2 ↓ H 2 O H + + OH - BTNĐ: mHFFC mCaOHCaC F Ca 2][][054,0 ][][016,0 2 2 m là số mol CaF 2 có trong hỗn hợp phản ứng BTĐT: 0][][][][][][2 3 2 NOFOHHNaCaOHCa I.2.5 Cho biết nồng độ gốc, nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng của các chất trong các dung dịch sau: Trộn 20,00 ml HCl 0,15 M với 40,00 ml NaOH 0,060M . Hướng dẫn: - Nồng độ gốc C 0 : HCl 0,15M; NaOH 0,060 M - Nồng độ ban đầu C 0 : HCl = (0,15.20)/60 = 0,050 M NaOH = (0,06.40)/60 = 0,040 M Phản ứng: HCl + NaOH → NaCl + H 2 O C 0 0,050 0,040 C 0,010 - 0,040 TPGH: HCl 0,010 M; NaCl 0,04 M; H 2 O HCl → H + + Cl - 0,010 - 0,010 0,010 NaCl → Na + + Cl - 0,040 - 0,040 0,040 Nồng độ cân bằng: [Na + ] = C Na = 0,040 M [H + ] = Na C = 0,010 M [Cl - ] = Cl C = 0,010 + 0,040 = 0,050 M I.2.6Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) cho các cân bằng sau (biểu diễn theo K (a) và K c ): OHNHCuOHNHOCub NHOHZnOHNHZna 4)(2282/ 2)(22/ 2 43232 4223 2 Hướng dẫn a/ )( 2 2 2 3 2 2 2 4 )())(( ))(()( a K OHNHZn OHZnNH Coi 2 )(OHZn =1 (chất rắn, được coi là nguyên chất); (H 2 O) = 1 (dung môi, trong dung dịch loãng). Vì vậy: )( 2 3 2 2 4 ))(( )( a K NHZn NH )( 22 3 2 22 4 3 2 4 ]][[ .][ a NH Zn NH K ffNHZn fNH Ở lực ion thấp, coi gần đúng f i = 1, lúc đó )( 2 3 2 2 4 ]][[ ][ n c KK NHZn NH b/ )( 2 2 8 3 2 422 43 )()()( )())(( 2 n O K OHNHPCu OHNHCu )( 88 3 42 )( 22 43 32 2 43 .][ ].[.])([( n NHO OHNHCu K fNHP fOHfNHCu Coi (Cu) =1 (chất rắn); (H 2 O) = 1 (dung môi) Nếu coi f i =1 thì )( 8 3 422 43 ][ ][])([ 2 n c O KK NHP OHNHCu I.2.7. Cho các cân bằng: CuCl Cu + + Cl - lgK a = -6,73 CuCl + Cl - CuCl 2 - lgK 2 = -1,12 CuCl + 2Cl - CuCl 3 2- lgK 3 = -1,47 Tính hằng số cân bằng của các phản ứng: a) Cu + + 2Cl - CuCl 2 - 2 b) Cu + + 3Cl - CuCl 3 2- 3 Hướng dẫn a/ Cu + + Cl - CuCl lg K s -1 =6,73 CuCl + Cl - CuCl 2 - lg K 2 =-1,12 Cu + + 2Cl - CuCl 2 - lg 2 = lg K s -1 + lg K 2 = 5,61 2 = 10 5,61 b/ Cu + + Cl - CuCl lg K s -1 =6,73 Cu + + 2Cl - CuCl 3 2- lg K 3 =-1,47 Cu + + 3Cl - CuCl 3 2- lg 3 = lg K s -1 + lg K 3 = 5,26 3 = 10 5,26 I.2.8 ở 25 0 C có xảy ra phản ứng: 2PbO 2 + 2 Mn 2+ + 4 H + 2MnO 4 - + 5 Pb 2+ + 2H 2 O ở trạng thái cân bằng trong 1 lít dung dịch có: 2.5g PbO ; 0,025 mol Mn 2+ ; 0,5 mol H + ; 1,2.10 -3 mol MnO 4 - và 2,7. 10 -2 mol Pb 2+ . Mô tả các ảnh hưởng tới nồng độ của ion MnO 4 - nếu khi thêm các chất sau đây vào hỗn hợp phản ứng: a/ Thêm một lượng ít muối Pb(NO 3 ) 2 b/ Một lượng ít NaHCO 3 c/ Vài giọt CH 3 COOH đặc d/ Vài giọt HCl. Hướng dẫn a/ Pb 2+ là chất tạo thành trong phản ứng, việc thêm Pb 2+ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch và nồng độ của MnO 4 - giảm. b/ Thêm NaOH sẽ có phản ứng HCO - 3 + H + → CO 2 + H 2 O làm giảm [H + ] và cân bằng chuyển dịch sang trái gây ra sự giảm nồng độ MnO 4 - c/ CH 3 COOH là một axit yếu, trong dung dịch lại có H + dư (0,5M) nên lượng H + phân li ra sẽ không lớn, do đó ít ảnh hưởng đến cân bằng , nồng độ MnO 4 - tăng không đáng kể. d/ PbO 2 đã có dư trong hỗn hợp phản ứng , hoạt độ của PbO 2 luôn bằng 1, việc thêm PbO 2 không ảnh hưởng đến cân bằng , do đó nồng độ MnO 4 - không thay đổi. e/ Thêm HCl sẽ có phản ứng phụ: 2 MnO 4 - + 10 Cl - + 16 H + → 2 Mn 2+ + 5 Cl 2 + 8 H 2 O làm giảm mạnh nồng độ MnO 4 - . I.2.9 Cho biết hằng số cân bằng nhiệt động của phản ứng phân li của axit fomic K (a) = 10 -3,75 . Tính hằng số phân li nồng độ ở lực ion I = 0,10. Lời giải HCOOH H + HCOO - K (a) 75,3 (a) 10 . . )( ))(( K HCOOH HCOOH f ff HCOOH HCOOH HCOOH HCOOH Coi f HCOOH =1,0 (phân tử không điện li , ở lực ion thấp) MfKK fff ff a c HCOOH HCOOH 4275,32 1 1 10.15,2)91,0.(10)( 91,0 110,010.20,0 10,01 10,0 5,0lglg Bài tập vận dụng I.2.10 Hỗn hợp Y gồm có AgNO 3 0,10M; KI 0,020M; K 2 CrO 4 0,040M. Xác định TPGH hỗn hợp. Biết rằng ion Ag + tạo được kết tủa ít tan Agl và Ag 2 CrO 4 . Trả lời: TPGH: AgI và Ag 2 CrO 4 ; K + 0,10M; NO 3 0,10M. I.2.11 Cho biết nồng độ ban đầu và nồng độ cân bằng của các cấu tử trong hỗn hợp sau: a./ trộn 20,000 ml NaOH 0,100 M với 30,00 ml HCl 0,080 M. b/ Hoà tan 4,00 g NaOH trong 100,00ml HCl 1,010 M. I.2.12 Cho biết nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng của các cấu tử trong hỗn hợp thu được khi trộn 40,00 ml HCl 0,010 M với 60,00 ml AgNO 3 0,0050 M (coi AgCl tan không đán g kể). I.2.13 Viết biểu thức BTNĐ và BTĐT đối với các dung dịch: a/ H 3 PO 4 C M b/ Na 3 PO 4 C M c/ Na 2 HPO 4 C 1 M và KH 2 PO 4 C 2 M. I.2.14 Viết biểu thức BTNĐ và BTĐT đối với dung dịch bão hoà HgS (có Hg 2+ ; S 2- ; HgOH + ; Hg(OH) 2 ; HS - , H 2 S; Hg(HS) 2 ; HgS 2 2- ; H + ; OH - ). I.2.15 Trộn 2,00 ml dung dịch CaCl 2 0,0100 M với 3,00 ml dung dịch Na 2 HPO 4 0,010M . Có kết tủa Ca 3 (PO 4 ) 2 xuất hiện. Viết biểu thức BTNĐ và BTĐT đối với các cấu tử trong hỗn hợp. I.2.16. Cho cân bằng : H 2 O H + + OH - K w = 1,0.10 -14 H 2 C 2 O 4 H + + HC 2 O 4 - K n1 = 10 -1.25 HC 2 O 4 - H + + C 2 O 4 2- K a2 = 10 4.27 Tính hằng số cân bằng của các quá trình a) C 2 O 4 2- + H 2 O HC 2 O 4 - + OH - b) HC 2 O 4 - + H 2 O H 2 C 2 O 4 + OH - c) H 2 C 2 O 4 2H + + C 2 O 4 2- I.2.17: Cho các cân bằng: BiS 3 2Bi 3+ + 3S 2- K s = 10 -97,0 H 2 S H + + HS - K a1 = 10 -7,02 HS - H + + S 2- K a2 = 10 -12,9 Tính lgK của phản ứng BiS 3 + 6H + 2Bi 3+ + 3H 2 S K I2.18: Cho Logarit hằng số cân bằng của phản ứng: Ag(NH 3 ) + 2 + 2CH 3 COOH Ag + + 2CH 3 COO - + 2NH 4 + K lgK = 1,74 Cho biết: Ag + + NH 3 AgNH + 3 lgk 1 = 3,32 [...]... Lời giải: H2SO4 H+ + HSO4- a) HSO4- H + SO4 2NH4+ H+ + NH3 Trong hệ không xảy ra tương tác hóa học vì NH4+, và HSO4- đều là axit NaHS Na++ HS b) C H+ + Cl- HCl C Phản ứng HS- + H+ C _ C H2 S C _ THGH: H2S C(mol) Cân bằng: H2S H+ HSHS- H+ + S2H2 O C + H +OH C (Ka1)-1 = 107,02 (lớn) Bài tập vận dụng II.1.3 Giải thích tính axit- bazơ trong dung dịch nước của các chất sau: a) NH4NO3;... 10-3.C+x 1,0.1014 x (10 3 C x) x 1014 Mặt khác 103 C x 10 6,70 C= 1,49 10-4(M) Bài tập vận dụng II.3.8 Tính H , OH , pH của dung dịch NaOH 0,025M Trả lời: pH = 12,40 II.3.9 Tính số gam KOH cần hoà tan trong 5,00 lit nước sao cho pH của dung dịch thu được bằng 11,50 (coi thể tích không thay đổi trong quá trình hoà tan) II.3.10 Tính số ml dung dịch HNO3 1,0.10-2 M phải... 100 lần Trả lời: a) pH = 4,00 b) pH = 6,00 c) pH = 10,15 3.2 ĐƠN AXIT YẾU VÀ ĐƠN BAZƠ YẾU Bài tập có lời giải II.3.11 a) Hãy tính độ điện li α của dung dịch axit HA ,010M, biết pKa của axit HA là 3,75 b) Đánh giá ảnh hưởng của HCl 0,001M đến độ điện li của HA Lời giải: a) Vì K a C HA K w bỏ qua cân bằng phân li của nước Xét cân bằng: HA ↔ H+ + A- Ka C 0,010 [] (0,10 – x) x x x2 K a 10 3,... CH3COOH; NaCl Trong mỗi trường hợp hãy viết biểu thức độ điện ly của ion NH4+ Trả lời: a) α= 7,59.10-5 b) Hướng dẫn: Độ điện li của NH4+ phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ NH3 ho do hoặc H+ do tương tác hóa học hoặc phân li II.3.15 Thêm 15ml dung dịch H2SO4 0,100M vào 10,00ml dung dịch NaOH 0,300M Tính cân bằng và pH của dung dịch thu được Trả lời: pH=7,42; [HSO4-] = 2,28.10-7M ; [SO42-] = 6,00.10-2M II.3.16... lời: pH= 2,9 ; α=12,48% ; α không thay đổi 3.3 Hỗn hợp các đơn axit và đơn bazơ Bài tập có lời giải II.3.18 Tính pH của hỗn hợp gồm HCl 2,00.10-4 vaf NH4Cl 1,00.10-2M Lời giải: HCl → H+ + Cl- NH4+ NH3 + H+ Ka H2O H+ + OH Kw Vì C H C HCl =2.10-4 >> 10-7 và Ka C NH 4 >> Kw do đó có thể bỏ qua sự phân ly của H2O và tính theo cân bằng: NH4+ NH3 + H+ C 10-2 [] 10-2-x Việc... 0,20M với các mức không khác nhau Kết luận II.2.10 Viết biểu thức ĐKP đối với dung dịc H3PO4 0,10M với các mức không khác nhau Kết luận III DUNG DỊCH CÁC ĐƠN AXIT VÀ ĐƠN BAZƠ 3.1 Axit mạnh và bazơ mạnh Bài tập có lời giải II.3.1 Tính [H+], [OH-] của dung dịch HCl có pH = 3,00 Lời giải HCl H+ + ClH2 O + H + OH KW = 1,0.10-14 [H+] = 10-pH = 1,0.10-3(M) [OH-] = Kw/[H+] = 1,0.10-11(M) II.3.2 Tính [H+],... của dung dịch thu được bằng 7,50 (có thể tích không thay đổi trong quá trình hoà tan) Lời giải: Gọi m là số gam của NaOH cần tìm: C NaOH 103.m / 40.500 m / 20 CHNO 3 0,0100.8,00 1, 60.10 4 M 500, 00 Vì pH = 7,50 (môi trường bazơ yếu) dư NaOH Phản ứng HNO3 C0 1,6.10-4 C - + NaOH NaCl + H2O m/20 m/20 - 16.10-4 Vì pH = 7,50 7,00 phải để đến cân bằng phân li của nước: Các quá trình xảy ra... I.3.10 Trong hỗn hợp Fe3+ 0,0010 M; Sn 2+ 0,010 M; Fe2+ 1,00 M và H+ 1,00M có phản ứng: 2 Fe3+ + Sn2+ 2 Fe2+ + Sn4+ Tính nồng độ Fe3+ trong dung dịch CHƯƠNG II.CÂN BẰNG AXIT- BAZƠ I.CÁC AXIT- BAZƠ Bài tập có lời giải II.1.1 Giải thích tính axit- bazơ trong dung dịch nước của các chất sau: a) Piriđin (C5H5N) b) HCOOH c)NaNO3 d) AlCl3 e) Nước vôi f) Na2C2O4 Lời giải: a) + H +OH H2 O C5H5N + H2O ... giản: 6 6.x 7 (0,86)14 10 26,1 (0,022) 2 (0,030) 3 x = 3,7.10 -6 > Kw, do đó việc bỏ qua sự phân li của nước ở trên là chấp . Cu + + Cl - lgK a = -6 ,73 CuCl + Cl - CuCl 2 - lgK 2 = -1 ,12 CuCl + 2Cl - CuCl 3 2- lgK 3 = -1 ,47 Tính hằng số cân bằng của các phản ứng: a) Cu + + 2Cl - CuCl 2 - 2. Cu + + 3Cl - CuCl 3 2- 3 Hướng dẫn a/ Cu + + Cl - CuCl lg K s -1 =6,73 CuCl + Cl - CuCl 2 - lg K 2 =-1 ,12 Cu + + 2Cl - CuCl 2 - lg 2 = lg K s -1 + lg K 2 . CH 2 ClCOO - + H + H 2 O H + + OH - MK: CH 2 ClCOOH và H 2 O ĐKP: [H + ] = [ CH 2 ClCOO - ] + [OH - ] b) HCl H - +Cl - NaHSO 4 Na + + HSO 4 - HSO 4 - H + + SO 4 2-