Hóa phân tích I pptx

Trang 1 Hóa phân tích I ĐỀ CƯƠNG HÓA PHÂN TÍCH I Chương 2: Cân bằng axit – bazơ 1. Cân bằng trong dd đơn axit mạnh (bazơ mạnh). 2. Cân bằng trong dd đơn axit yếu (bazơ yếu). 3. Cân bằng trong dd chứa hh đơn axit mạnh, đơn axit yếu. 4. Cân bằng trong dd chứa hh đơn bazơ mạnh, đơn bazơ yếu.→ bỏ 5. Cân bằng trong dd chứa 2 đơn axit yếu ( 2 đơn bazơ yếu). 6. Cân bằng trong dd chứa hh axit yếu – bazơ yếu. → bỏ 7. Dung dịch đệm. 8. Dung dịch đa axit , đa bazơ. 9. phức hiđroxo Dạng 1: Tính pH trong dd HCl nồng độ C Giải : Nếu C >> k w → bỏ qua nước Nếu w C k≈ → tính theo cân bằng của nước → pOH → pH Dạng 2: Tính cân bằng trong dd HA nđộ C , k a Giải : các cân bằng HA € H + + A - + - 2 H O H + OH€  Nếu . wa k C k>> → bỏ qua sự điện li H 2 O.  Nếu . w a k C k≈ → tính theo đk proton Chọn mức không là HA , H 2 O → + - - H = A + OH             → . + w H = + a a C k k k H H + +         +     ( Ta có [ ] HA C HA A −   = +   → . a H A C A k + − −           = +   → . a a C k A k H − +   =     +   ) Dạng 3: hh 2 axit mạnh – yếu Giả sử : HY , C 1 HA , C 2 , k a HY → H + + Y - HA € H + + A - (1) k a = + - 2 H O H + OH€ (2)  Nếu C 1 >> 10 -7 ; C 2 .k a ≈ k w → bỏ qua (1) và (2). → 1 H Y C + −     = =      Nếu C 2 .k a >> k w → Tính theo (1) HA € H + + A - (1) k a = t = 0 C 1 t = t cb C 2 - x C 1 + x x Dạng 5: hh 2 axit yếu Trang 2 Hóa phân tích I Giả sử : HA , C 1 , k 1 HB , C 2 , k 2 HA € H + + A - (1) k 1 HB € H + + B - (2) k 2 + - 2 H O H + OH€ (3) k w  Nếu k 1 C 1 >> k 2 C 2 , k w → Tính theo (1).  Nếu k 1 C 1 ≈ k 2 C 2 >> k w → Tính theo (1) và (2) . Chọn mức không là HA , HB → H A B + − −       = +       → 1 1 2 2 1 2 C k C k h k h k h = + + + → 3 2 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 ( ) ( ) ( ) 0h k k h k k C k C k h k k C C+ + + − − − + = → h …  Nếu k 1 C 1 ≈ k 2 C 2 ≈ k w → Tính theo (1),(2),(3). Đk p : H A B OH + − − −         = + +         Cách 1: 1 1 2 2 1 2 w C k C k k h k h k h h = + + + + → phương trình bậc 4 Cách 2: Lặp [ ] [ ] 1 2 w h k HA k HB k = + + Dạng 7: dd đệm Giả sử : HA , C a , k a A - , C b HA € H + + A - (1) k a A - + H 2 O € HA + H 2 O (2) k b + - 2 H O H + OH€ (3) k w  lg b a a C pH pk C = + tính cho pH từ 0 → 5 và từ 9 → 14 .  Nếu 7 10H + −   ≈   → Không bỏ qua được (3) → đk p Mức không HA , H 2 O → b H OH A C + − −       = + −       Mức không A - , H 2 O → [ ] a H OH HA C + −     = − +     Câu 1: Trộn 20 ml HCl 0,02M với 30 ml CH 3 COOH 0,15M. Tính pH của dd thu được. Giải : HCl → H + + Cl - CH 3 COOH € CH 3 COO - + H + k a + - 2 H O H + OH€ k w 1 1 1 2 0,008 HCl C V C M V V = = + ; 3 2 2 1 2 0,09 OO CH C H C V C M V V = = + CH 3 COOH € CH 3 COO - + H + k a Trang 3 Hóa phân tích I C 0,09 0,008 [ ] 0,09 – x 0,008 + x x → 4,76 (0,008 ) 10 0,09 x x x − + = − → 4 1,192.10x − = Câu 2: Tính pH của dd CH 3 COOH 0,01M và NH 4 Cl 0,1 M. Giải : NH 4 Cl → NH 4 + + Cl - NH 4 + € NH 3 + H + (1) k 2 CH 3 COOH € CH 3 COO - + H + (2) k 1 + - 2 H O H + OH€ k w Vì k 1 C 1 >> k 2 C 2 > k w tính H + theo (2) CH 3 COOH € CH 3 COO - + H + k 1 0,01 – x x x → 4 4,17.10x − = → pH = 3,38 Từ (1) → [ ] 6,86 3 10NH − = << 10 -3,38 , vậy sự phân li của NH 4 + là không đáng kể so với axetic. Câu 3: Tính pH trong dd CH 3 COOH 0,01M và CH 3 CH 2 COOH 0,05M . GIẢI : H 2 O € H + + OH - k w = CH 3 COOH € CH 3 COO - + H + k a1 = 10 -4,76 CH 3 CH 2 COOH € CH 3 CH 2 COO - + H + k a2 = 10 -4,89 Vì k 1 C 1 ≈ k 2 C 2 ĐK P : 3 3 2 CH COO CH CH COOH + − −       = +       → [ ] [ ] 1 23 3 2 CH COOH CH CH COOH a a H k k +   = +   Và 4 1 1 2 2 9,04.10 a a H k C k C + −   = + =   pH = 3,04 kiểm tra : Câu 4: Tính pH của hóa học HCN 10 -3 M và KCN 0,1M. Giải : KCN → C b = 0,1 HCN € H + + CN - K a = 10 - 9,35 11,35 7 . 10 << 10 a a b C k C − − = Cân bằng chủ yếu là CN - + H 2 O € HCN + OH - k b = 10 -4,65 0,1 0,001 0,1 – x 0,001 + x x → x =1,07.10 -3 = [OH] → [H] = 9,35.10 -12 → pH =11,35 B.Tập: Tính cân bằng trong dd sau: khi cho V 1 lít NH 3 , C 1 vào V 2 lít HCl , C 2 . Giải: Trang 4 Hóa phân tích I NH 3 + H + → NH 4 + ( ) 1 1 9,24 9,24 10 10 a k k − − − = = = → phản ứng xảy ra hoàn toàn (*) Nếu C 1 V 1 = C 2 V 2 → 2 chất cùng hết → 1 1 2 2 4 1 2 1 2 X C V C V NH C V V V V +   = = =   + + → Bài toán trở về tính cân bằng trong dd đơn axit yếu NH 4 + , C x . (*) Nếu C 1 V 1 > C 2 V 2 → H + hết → dd gồm NH 3 ,dư và NH 4 + [ ] 1 1 2 2 3 d 1 2 C V - C V NH = C V +V X = + 2 2 4 Y 1 2 C V NH = = C V +V     → Bài toán dung dịch đệm (*) Nếu C 1 V 1 < C 2 V 2 → NH 3 hết → dd gồm HCl và NH 4 + 1 1 + 4 1 2 C V NH = V +V     [ ] 2 2 1 1 1 2 C V - C V HCl V +V = → Bài toán hỗn hợp axit mạnh – axit yếu. Chương 3: Cân bằng tạo phức Câu 1: Tính cân bằng trong dd AgNO 3 0,01M, NH 3 1M và NH 4 NO 3 1M . Trang 5 Hóa phân tích I Cho Giải : AgNO 3 → NH 4 NO 3 → Các cân bằng: Ag + + NH 3 € AgNH 3 + 3,03 1 10 β = (1) Ag + + 2NH 3 € Ag(NH 3 ) 2 + 7,32 2 10 β = (2) Ag + + H 2 O € AgOH + H + * 117 10 β − = (3) NH 4 + € NH 3 + H + 9,24 10 a k − = (4) + - 2 H O H + OH€ 14 10 w k − = (5) Xét các đk gần đúng Tính gần đúng pH của dd , từ cân bằng (4) [ ] 3 4 lg lg 9,24 b a a a NH C pH pK pK C NH + = + ≈ + =     ở giá trị pH này [ ] 3 3 ( ) 1 a a b NH a K NH C C C K h = + = = + như vậy có thể bỏ qua sự proton hóa NH 3 Từ (3) → [ ] * 1 11,7 2 9,24 4,46 . . 10 .10 .10 10 Ag AgOH Ag h C β + + − − − −   = = = <<   Vậy sự tạo phức hiđroxo không đáng kể Từ (1) , (2) → [ ] 3,03 3 1 3 . . 10 . .1AgNH Ag NH Ag β + + +       = =       [ ] 2 7,23 3 2 2 3 ( ) . . 10 . .1Ag NH Ag NH Ag β + + +       = =       → phức chủ yếu là Ag(NH 3 ) 2 + → tính theo (2) Từ lập luận trên có thể tính gần đúng như sau: Ag + + 2NH 3 → Ag(NH 3 ) 2 + 7,32 2 10 β = Vì 2 β rất lớn coi phản ứng xảy ra hoàn toàn → NH 3 dư → ( ) 0,01 3 2 Ag NH +   =   3 1 0,02 0,98NH   = − =   Tính cân bằng Ag(NH 3 ) 2 + € Ag + + 2NH 3 1 7,32 2 10 β − − = 0,01 0,98 0,01 – x 0,98 + 2x → 10 4,984.10x − = → 10 4,984.10Ag + −   =   [ ] 3 0,98NH = ; [NO 3 ]= 1,01 ; [NH 4 + ] ; [ ] * 12,46 4,984.10 Ag AgOH h β + −     = = [ ] * 6,97 3 3 4,984.10AgNH Ag NH β + + −     = =     3 2 ( ) 0,01 0,01Ag NH x +   = − =   Trang 6 Hóa phân tích I Câu 2: Tính toán cân bằng trong dd khi nhỏ 1 giọt (0,01 ml) NH 4 SCN 0,1M vào 1 lit dd FeCl 3 0,1M , HCl 1M . 2 3 03 10 , FeSCN β + = Giải : FeCl 3 → Fe 3+ + 3Cl - HCl → H + + Cl - NH 4 SCN → NH 4 + + SCN - Ta có : 3 0 1 + = , Fe C ; 1 H C + = ; 3 6 0 01 10 0 1 10 1 − − − = = , . . , SCN C Xét các đk gần đúng - vì nồng độ ion H + lớn nên có thể bỏ qua sự phân li của ion NH 4 + và sự tạo phức hiđroxo của Fe 3+ . - vì 3 Fe SCN C C + − >> nên có thể coi phản ứng tạo thành phức FeSCN 2+ là chủ yếu . Fe 3+ + SCN - → FeSCN 2+ 3 03 1 10 , β = C o 0,1 3.10 -3 C 0,097 0 3.10 -3 TPGH : FeSCN 2+ 3.10 -3 ; Fe 3+ 0,097 FeSCN 2+ € Fe 3+ + SCN - 3 03 10 , β − = C 3.10 -3 0,097 [ ] 3.10 -3 – x 0,097 + x x → 5 2 9 10, .x − = Vậy SCN x −   = =   ; 3 Fe 0 097, +   =   ; 2 3 3 FeSCN 3 10 2 97 10. . .x + − −   = − =   Chương 4: Cân bằng oxi hóa – khử Bài tập: Cho 2+ o Cu /Cu E = 0,34 V ; + o /Ag E = 0,8 V Ag 1. Thiết lập pin điện cực để xác định các E o ở trên. Viết phương trình phản ứng xảy ra trong pin khi pin hoạt động. 2. Nếu ghép 2 điện cực tiêu chuẩn ở trên thành 1 pin điện hóa chỉ rõ các catot và anot, tính suất điện động của pin và viết phản ứng xảy ra trong pin khi pin hoạt động. Giải: 1. Sơ đồ pin: 2 ( ) 2 (H ) Pt H Cu Cu (+) + + − ( ) 2 (H ) Pt H Ag Ag (+) + + − Phản ứng : Cu 2+ + H 2 → 2H + + Cu 2. Sơ đồ pin : 2 ( ) Cu Cu Ag Ag (+) + + − E pin = E + - E - = 0,8 – 0,34 = 0,46 V Catot : Cu Anot : Ag Phản ứng : Ag + + Cu → Ag + Cu 2+ Chương 5: Cân bằng tạo hợp chất ít tan Trang 7 Hóa phân tích I Câu 1: Tính độ tan của PbI 2 ở pH = 6 . cho 2 -7,86 S , PbI K = 10 ; -7,80 10 + * PbOH = β Giải: PbI 2 ↓ € Pb 2+ + 2I - -7,86 K = 10 s (1) Pb 2+ + H 2 O € PbOH + + H + -7,80 10 + * PbOH = β (2) Từ (1) : 2 2 s Pb I K + −    =    (3) (2) : * 2 1 7,8 6 2 1,6 2 10 .10 . . = 10PbOH Pb h Pb Pb β + + − − + − +         = =         (4) Gọi độ tan của PbI 2 là S ta có 2 2 2 1,8 (1 10 ) Pb S C Pb PbOH Pb + + + + −       = = + = +       (5) 2S I −   =   (6) Tổ hợp (5) , (6) vơi (3) được : 2 7,86 1,8 (2 ) 10 1 10 S S − − = + → 7,86 1,8 3 3 10 (1 10 ) 4 1,52.10S M − − − + = = Câu 2: Tính tích số tan của AgCl trong dd bão hòa biết độ tan của AgCl là 1,001.10 - 5 M ở 20 o C. Cho -11,70 10 + * AgOH = β . Giải: Các quá trình xảy ra: Cân bằng tan : AgCl ↓ ƒ Ag + + Cl - K s = ? tạo phức hiđroxo của Ag + : Ag + + H 2 O ƒ AgOH + H + -11,70 10 + * AgOH = β Độ tan [ ] 5 1,001.10 AgCl S Ag AgOH Cl + − −     = + = =     Vì * β bé nên có thể coi sự tạo phức hiđroxo xẩy ra không đáng kể, vì vậy Ag Cl S + −     = =     Biểu thức tích số tan : c s Ag Cl K + −     =     → ( ) 2 5 10 1,001.10 1,002.10 c s K − − = = Nồng độ của Ag + và Cl - rất bé, do đó 1 Ag Cl f f + − = = → 10 1,002.10 c s s K K − = = Kiểm tra mức độ tạo phức hiđroxo : Ag + + H 2 O ƒ AgOH + H + -11,70 10 + * AgOH = β C 10 1,002.10 − [ ] 10 1,002.10 x − − x x → 8,3 5 10 << 1,001.10x − − = Vậy có thể sự tạo phức hiđroxo. Câu 3: Tính độ tan của FeS ở pH = 5 . Cho -17,2 S , FeS K = 10 ; -5,92 10 + * FeOH = β ; H 2 S : k 1 = 10 -7,02 , k 2 = 10 -12,9 . Trang 8 Hóa phân tích I Giải: 2+ 2- FeS Fe + S€ -17,2 K = 10 s (1) 2 2+ + Fe + H O FeOH + H + € -5,92 10 + * FeOH = β (2) 2 S + H HS − + − € 1 12,9 1 2 (10 )k − − − = (3) 2 HS + H H S − + € 1 7,02 1 1 (10 )k − − − = (4) Gọi độ tan của FeS là S ta có : 2 2 Fe S C Fe FeOH + + +     = = +     (5) Từ (2) → * 2 1 FeOH Fe h β + + −     =     (6) Tổ hợp (5) và (6) : 2 * 1 (1 . )S Fe h β + −   = +   (7) → 2 Fe +   =   Mặt khác : [ ] 2 2 2 S S C S HS H S − − −     = = + +     (8) Từ (3) , (4) : [ ] 1 2 1 1 2 2 2 2 1 2 . . . . ; HS k S h H S k k S h − − − − − −       = =       (9) Tổ hợp (8), (9) được 2 1 1 2 2 1 2 . 1 ( )S S k h k k h − − −     = + +     (10) → 2 S −   =   Tổ hợp (7) , (10) với biểu thức tích số tan 2 2 s Fe S K + −    =    → 2 * 1 1 1 2 2 1 2 (1 . ) 1 ( ) s S K h k h k k h β − − − =   + + +   → * 1 1 1 2 2 1 2 (1 . ) 1 ( ) s S K h k h k k h β − − −   = + + +   Thay 5 10 10 pH h − − = = và các giá trị * 1 2 , ,k k β vào ta được : 4 2,43.10S M − = Câu 4: Tính độ tan của PbI 2 trong dd CH 3 COONa 1M và CH 3 COOH 1M . Cho -7,86 S K = 10 ; -7,80 10 + * PbOH = β ; 4,76 10 3 a , CH COOH k = − ; 3 2,52 OO 10 PbCH C β + = . Giải: Trang 9 Hóa phân tích I PbI 2 ↓ € Pb 2+ + 2I - -7,86 K = 10 s (1) Pb 2+ + H 2 O € PbOH + + H + -7,80 10 + * PbOH = β (2) CH 3 COOH € CH 3 COO - + H + 4,76 10 a k = − (3) Pb 2+ + CH 3 COO - € PbCH 3 COO + 3 2,52 OO 10 PbCH C β + = Từ (3) có thể đánh giá [ ] 3 3 OO 4 76 OO lg , a a CH C pH pK pK CH C H −     = + ≈ = 3 3 OO OO 1 CH C CH C C − −   ≈ =   2 1 2' . S S Pb I K K α α + − − − = 2 7 80 4 76 2 52 2 52 1 10 10 10 1 10 , , , , ( . . ) Pb α + − − = + + = 1 I α − = → 7 86 2 52 5 34 10 10 1 10 ' , , , . . S K − − = = ' s s K K> chủ yếu là do Pb 2+ tạo phức với CH 3 COO - làm tăng độ tan PbI 2 ↓ € Pb 2+ + 2I - 5 34 10 ' , S K − = [ ]’ S’ 2S’ → 2 5 34 2 10 ' ' , ( )( )S S − = Độ tan 5 34 2 0 3 10 10 4 , ' , S M − − = = 2 2 2 2 52 5 10 10 3 0 10 ' , . . , . Pb Pb S M α + + − − −   = = =   3 PbCH COO 0 01, M +   ≈   Câu 5 : Trộn 1ml HCl 0,3M với 1ml Pb(NO 3 ) 2 0,01M có kết tủa PbCl 2 tách ra không ? Cho 2 -5 S , PbCl K = 1,6.10 . Giải: Trang 10 Hóa phân tích I HCl → H + + Cl - Pb(NO 3 ) 2 → Pb 2+ + NO 3 - Pb 2+ + 2Cl - € PbCl 2 Điều kiệm xuất kết tủa PbCl 2 : 2 2 2 ( ) . s PbCl Pb Cl C C K + − > Pb 2+ + H 2 O € PbOH + + H + 6 18 10 * , β − = o C 3 5 10. − 1 1 5 10, . − C 3 5 10. x − − x 1 1 5 10, . x − + → 8 2 2 10, .x − = → 2 3 3 5 10 5 10. . Pb C x + − − = − = (sự tạo phức hiđroxo không đáng kể) → 2 2 2 3 1 2 4 5 5 10 1 5 10 1 1 10 1 6 10 ( ) . . .( , . ) , . ( , . ) s PbCl Pb Cl C C K + − − − − − = = > Kết luận : kết tủa PbCl 2 có khả năng xuất hiện. Câu 6: Tính pH bắt đầu kết tủa, kết tủa hoàn toàn Fe 3+ dưới dạng Fe(OH) 3 trong dd Fe 3+ 10 -3 M. Cho 3 37 S , Fe(OH) K = 10 − . (Fe 3+ được coi kết tủa hoàn toàn khi nồng độ còn 10 -3 M) Giải: . Nếu ghép 2 i n cực tiêu chuẩn ở trên thành 1 pin i n hóa chỉ rõ các catot và anot, tính suất i n động của pin và viết phản ứng xảy ra trong pin khi pin hoạt động. Gi i: 1. Sơ đồ pin: 2 (. Trang 1 Hóa phân tích I ĐỀ CƯƠNG HÓA PHÂN TÍCH I Chương 2: Cân bằng axit – bazơ 1. Cân bằng trong dd đơn axit mạnh (bazơ mạnh). 2. Cân bằng trong dd đơn axit yếu (bazơ yếu). 3 bằng oxi hóa – khử B i tập: Cho 2+ o Cu /Cu E = 0,34 V ; + o /Ag E = 0,8 V Ag 1. Thiết lập pin i n cực để xác định các E o ở trên. Viết phương trình phản ứng xảy ra trong pin khi pin hoạt