Bài giảng Hóa đại cương Chương V: Dung dịch

CHƯƠNG V: DUNG DỊCH I Dung dịch-nồng độ dung dịch Dung dịch hệ đồng thể chứa chất hịa tan hồn tồn vào chất đóng vai trị dung mơi, chất cịn lại chất tan a Nồng độ dung dịch nA(mol) C = Nồng dộ mol/lit (CM) M ──── (M) Vdd(l) Nồng độ Đlg/lit(CN) NA(đlg) CN = ───── (N) Vdd(l) A: hợp chất Acid: n = ∑H+ = ∑OH- trao đổi Baz Td: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O n=2 n=1 Muối n = ∑(+) = ∑(-) công thức phân tử Oxyt Td: NaCl:(n=1); Na2SO4(n=2); MgO(n=2) Chất oxy hóa khử: n= ∑e trao đổi 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ →5 Fe3+ + Mn2+ + 4H2O n= n=5 * Dung dịch không điện ly – dung dịch điện ly * Dd không điện ly dd mà chất tan chất khơng diện ly(là chất hịa tan nước không diện ly thành ion trái dấu) * Dd điện ly dd mà chất tan chất điện ly(là chất hòa tan nước phân ly thành ion trái dấu) Chất điện ly mạnh: phân ly hồn tồn , q trình phân ly chiều(→) HCl → H+ + Cl- ; NaCl → Na+ + Cl Chất điện ly yếu: phân ly phần, trình phân ly thuận nghịch( ) CH3COOH CH3COO- + H+ Dương lượng gam chất số phần khối lượng chất kết hợp, thay với phần khối lượng Hydro(đlg=1) phần khối lượng Oxy(đlg=8) MA(g) A: nguyên tử MA: nguyên tử gam ĐA= ─── A: phân tử MA: phân tử gam n A: nguyên tử; n: hóa trị nguyên tử Td1: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ n =  đlg(Fe) = 56/2 = 28g Td2: Fe + 3/2Cl2 → FeCl3 n =  đlg(Fe) = 56/3 = 18,7g * Với hóa chất A có khối lượng mA(g): mA mA NA mA/ĐA MA nA= ─── ; NA= ─── ── = ──── = ── = n NA= n.nA ĐA nA mA/MA ĐA MA NA CN NA/V nA CM = ── ;CN = ── ── = ─── = n CN= nCM V CM nA/V V Td: hòa tan 4,9g H2SO4 vào nước để tạo thành 1l dd 4,9/98 CM = ──── = 0,05M  CN = 2CM = 2.0,05 = 0,1N Độ điện ly chất điện ly tỷ số số mol diện ly số mol ban đầu chất điện ly x x: số mol(hay nồnh độ) điện ly α = ── a: số mol(hay nồng độ) ban đầu a α↑và α → 1chất điện ly mạnh α↓ α →  chất điện ly yếu Để tiện so sánh, người ta qui ước: α > 0,3  chất điện ly mạnh α< 0,03  chất điệ ly yếu 0,03 ≤ α ≤ 0,3  chất diện ly trung bình II TÍNH CHẤT DUNG DỊCH ĐIỆN LY Sự điện ly nước – số pH pOH Nước nguyên chất chất điện ly yếu H2O H+ + OHKđly [H+][OH-] Kđly = ────── = 1,8.10-16 250C [H2O] Vì lượng H2O điện ly nhỏ so với lượng H2O ban đầu [H2O] xem không đổi Kn = Kđly[H2O] = (1000/18).1,8.10-16 = 10-14 Vậy Kn = [H+][OH-] = 10-14 250C Kn: tích ion H2O Tính pH dung dịch axit- baz a Định nghĩa axit-baz α Quan điểm Arhénius Dm = H2O; AHn → An- + nH+ Axit: n chức; baz: m chức B(OH)m → Bm+ + mOH- CH+↑axit↑; COH-↑baz↑ Td: HCl(k) + NH3(k) → NH4Cl(r): không pư(a-b) b Quan điểm Bronsted Dm không bắt buộc H2O AHn → An- + nH+ Axit n chức, baz m chức B + mH+ → [B(OH)m]m+ Phóng thích H+↑axit↑ H+ Nhận H+↑baz↑ Td: HCl(k) + NH3(k) → NH4Cl(r) axit baz b pH dung dịch axit α Dung dịch axit mạnh AHn → An- + nH+ CH+ = nCA CH+ = CN = nCM t0 CA(M) 0 CN = nCA t∞ CA nCA pH = -lgCH+ = -lg(nCA) HCl 0,1N:  CH+= CN= 0,1(iong/l)pH= -lg0,1= HCl 0,1M: n=1CH+ = CN=CM=0,1(iong/l) pH= -lg0,1=1 H2SO4 0,1NCH+= CN=0,1(iong/l)pH= -lg0,1=1 H2SO4 0,1M: n=2CH+=CN=2CM=2.0,1=0,2(iong/l) Vậy: pH= -lg0,2= 0,67 Với dd (dung môi H2O) đó,ta có: Kn = CH+.COH- = 10-14 250C -lgKn = -lgCH+ -lgCOH- = 14 Đặt: pKn = -lgKn ; pH = -lgCH+ ; pOH = -lgCOH pKn = pH + pOH = 14 250C Mơi trường trung tính: CH+ = COH- = 10-7 pH = pOH = -lg10-7 = Môi trường axit: CH+ > COH- CH+ > 10-7 pH = -lgCH+ < ; pOH > Môi trường baz: CH+ < COH-  CH+ < 10-7M pH > ; pOH < axit trung tính baz ‫׀‬ * H+ xem pư: AH + BOH axit1 baz2 A- + BOH2+ H+ baz1 axit2 AH A- + H+ AH/A- : cặp axit/baz liên hợp(1) BOH2+ BOH+H+ BOH2+/BOH: cặp a/b liên hợp(2) pư(a-b) phải có tham gia cặp a/b liên hợp γ Quan điểm Lewis Axit + ne → + e ↑axit↑ → e ↑baz ↑ Baz → me + Cl2 FeCl3 Cl + HCl β Dung dịch axit yếu * Dung dịch axit yếu đơn chức x AH A- + H+ t Ca 0 αAH = ──  x = αCa tcb Ca – x x x Ca [A-][H+] αCa.αCa α2Ca Ka = ───── = ────── = ─── :αthuận(H ↑) OH bị pư hết pH không đổi pH = 12(-lgKn – lgKa + lgCm) pH = (pKn + pKa + lgCm) Td: dd CH3COONa 0,1 M pH = (14 + + lg0,1) = Kn Kn ; h = Kt = Ka.Kb Ka.Kb pH = (pKn + pKa – pKb) Ka > Kb pKa < pKb  pH < Ka < Kb pKa > pKb pH > Ka = Kb pKa = pKb pH = Kt = Gọi Ca Cm nồng dộ axit yếu muối; CH3COONa → CH3COO- + Na+ t0 Cm 0 t∞ Cm Cm pH < CH3COOH ↔ CH3COO- + H+ t0 Ca 0 tcb Ca – x x x [CH3COOH] = Ca – x = Ca ;[CH3COO-] = Cm + x = Cm [CH 3COOH ] [ H ][CH 3COO ] Ka = [H+] = Ka [CH 3COO ] [CH 3COOH ] Ca Ca Ca pH = -lg(Ka ) = -lgKa -lg  pH = pKa -lg Cm Cm Cm Ca ; Ca = Cm pH = pKa Cm Td: dd độn (CH3COOH 0,1 M CH3COONa 0,01M) pH = – lg(0,1/0,01) = – lg10 = b.dd độn tạo baz yếu muối với axit mạnh Xem dd độn( NH4OH NH4Cl): dd độn axit yếu NH4Cl → NH4+ + ClpH > NH4OH ↔ NH4+ + OHThêm H+ : H+ + OH- → H2O OH- ↓: cb≡> thuận(OH-↑) H+ bị pư hết pH không đổi Thêm OH- OH-↑ cb≡> nghịch(OH-↓) OHbị pư hết pH không đổi pH = pKa -lg Gọi Cb Cm nồng độ NH4OH NH4Cl, chứng minh tương tự trường hợp dd độn axit: Cb ) Cm Cb = Cm  pH = 14 - pKb Td: dd độn: NH4OH 0,1 M NH4Cl 0,1 M có: pH = 14 – ( – lg 0,1/0,1) = pH = 14 – ( pKb – lg Chuẩn độ Axit - Baz Axit{Ca,Va}? + Baz{Cb,Vb}đã biết → Muối + H Baz{C 2O b,Vb}? + Axit{Ca,Va}đã biết → Muối + H2Ocần ch.độ Dd dd chuẩn ↑ ch.độ (có thể mạnh (mạnh) yếu) * Chất cần chuẩn độ: bình tam giác * Dung dịch chuẩn: ống giọt a phản ứng : AHn + NaOH → NaA + H2O Ca,Va Cb,Vb Với C0,C: nồng độ(CN) Tại điểm tương đương(là thời điểm mà lượng chất * cần chuẩn độ pư vừa hết với lượng chất chuẩn nhỏ từ ống giọt xuống) Theo định luật đương lượng ta có: NA = NB  CaCa = CbVb b Để xác định điểm tương đương: dùng chất thị màu Chất thị màu chất cho vào dd cần chuẩn độ.Tại điểm tương đương: màu cũa dd thay đổi Chất thị màu thường axit baz yếu, mà màu dd thay đổi tùy theo pH dd Mỗi chất thị màu có khoảng pH đổi màu xác định c Các thí dụ: Td1: Chuẩn độ 10ml dd HCl phải dùng hết 12ml dd NaOH 0,1 N  CHCl = ? Tại điểm tương đương: Cb.Vb 0,1.12 = 0,12 N CaVa = CbVb  Ca = = Va 10 Td2: Chuẩn độ 10ml dd NaOH phải dùng hết 15 ml dd HCl 0,1N ,  CNaOH = ? Ca.Va 0,1.15 CaVa = CbVb Cb = = 0,15 N = Vb 10 Td3: nhỏ giọt metyl da cam vào nước , có màu ? Nước có pH = 7, khoảng pH đổi màu metyl da cam từ 3,3→ 4,4 màu vàng * Trộn lẫn dd axit – baz a Trộn lẫn dd axit mạnh baz mạnh mAHn + nB(OH)m → AmBn + m.nH2O Na=CaVa = Nb=CbVb M(trung tinh)pH = 7C V B(OH)m < CbVb pH > a a AmBn AHn CaVa > CbVb pH < AmBn III Cân hịa tan chất khó tan(tích số tan) Tích số tan Đem hịa tan chất khó tan AmBn(r) vào nước: lượng hòa tan nhỏ,  Dd loảng: phần hòa tan xem diện ly hồn tồn: có cb AmBn ↔ mAn- + nBm+ : dd bảo hòa AmBn/H2O t0 a 0 Nồng độ dd bảo hòa tcb -S mS nS gọi độ tan(S) AmBn Kc = [An-]m[Bn+]n = (mS)m(nS)n = mmnnS(m+n) (m+n) TAmBn Kc= TAmBn = mmnnS(m+n) SAmBn = mmnn Diều kiện để có kết tủa a Hịa tan lượng xác dịnh chất khó tan AmBn * Gỉã sử tan hết: AmBn → mAn- + nBm+ t∞ -C’0 mC’0 nC’0 Với C’0 = m0/MAmBn ’ ’ m ’ T AmBn = (mC 0) (nC 0)n So sánh T’AmBn TAmBn: ta có T’ < T dd chưa bảo hòa: tan ’ = T  dd bảo hòa: tan hết T hết T’ > T dd bảo hòa: tan phần, có (r ↔ l) Td: hịa tan 10-3 mol Ag2CrO4(r) vào nước → 1l dd Ag2CrO4 → 2Ag+ + CrO42C’0=10-3M T’=(2.10-3)2.(10-3) =4.10-9 >Ttan phần b Trộn lẫn dd axit yếu baz mạnh CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O CaVa = CbVb M[a(y)+b(m)] pH>7 NaOH pH>7 CaVa < CbVb CH3COONa CH3COOH dd độn axit CaVa > CbVb CH3COONa pH< c Trộn lẫn dd baz yếu axit mạnh NH4OH + HCl → NH4Cl + H2O CbVb = CaVa M[b(y)+a(m)]pH< HCl pH < CbVb < CaVa NH4Cl NH4OH Dd độn baz CbVb > CaVa pH > NH4Cl TAmBn ↑  SAmBn ↑ Các chất có cơng thức tương tự nhau(AmBn ≡ CmDn) chất có T ↑ S ↑ Td: AgX TAgX SAgX = (TAgX)1/2 (M) AgCl 10-10 10-5 AgBr 10-13 10-6,5 -16 AgI 10 10-8 Các chất có cơng thức khơng tương đương(AmBn * CpDq), phải tính cụ thể Td: AgCl TAgCl = 10-10  SAgCl = 10-5 4.10-12 -4 Ag2CrO4 T = 4.10-12  S= =10 * Pha loãng ddtan nhiều * Đun sôi:H2O bay hơiC(ion)↑ kết tủa nhiều * * b Trộn lẫn dd: dd(1)An-{C1,V1} + dd(2)Bm+{C2,V2}→ dd(3) có↓? mAn- + nBm+ → AmBn ↓ dd(3){C’1,C’2,V3=V1+V2) Giã sủ sau trộn lẩn chứa pư: C 2.V n1=C1V1=n’1=C’1V3 C1.V ’ ;C2= C ’1 = ’ ’ V3 n2=C2V2=n 2=C 2V3 V3 T’AmBn = (An-)m.(Bn+)n ; so sánh với TAmBn T’ < T  dd chưa bảo hòa  chưa có ↓ T’ = Tdd bảo hịachưa có ↓ T’ > Tdd q bảo hịa có ↓ 10ml dd(1) AgNO3(2.10-3 M) +10ml dd(2) Na2CrO4(2.10-3M) C’Ag+ = 2.10-3.10/20 = 10-3M ;C’CrO4 = 2.10-3.10/20 = 10-3M T’Ag2CrO4 = (10-3)2.(10-3) = 10-9 > Tag2CrO4  có ↓