Thí nghiệm hóa vô cơ đại học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN HỌC: HÓA VÔ CƠ GVHD: NGUYỄN VĂN CỜ NHÓM 10 TP.HCM, tháng 102019   ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN HỌC: HÓA VÔ CƠ DANH SÁCH THÀNH VIÊN: CHÂU CHẤN HƯNG 1812483 NGUYỄN QUANG KHẢI 1812618 NGUYỄN HOÀNG TUẤN KIỆT 1812716   BÀI 2: KIM LOẠI KIỀM THỔ Thí nghiệm 1: Quan sát màu ngọn lửa kim loại kiềm thổ Cách tiến hành: Nhúng một đầu mẩu giấy lọc sạch vào dung dịch CaCl2 bão hòa rồi đưa vào ngọn lửa đèn cồn, quan sát màu ngọn lửa. Làm tương tự với SrCl2 và BaCl2. Hiện tượng: sau khi thí nghiệm kết thúc, quan sát ta thấy Dung dịch CaCl2: ngọn lửa màu đỏ cam Dung dịch SrCl2: ngọn lửa màu đỏ Dung dịch BaCl2: ngọn lửa màu cam Giải thích: Do các ion kim loại của muối hấp thụ năng lượng từ ngọn lửa, các electron lớp ngoài cùng bị kích thích nên nhảy lên mức năng lượng cao hơn. Sau đó trở về trạng thái cơ bản, sẽ phát ra bức xạ ứng với bước sóng nằm trong vùng khả kiến đặc trưng cho mỗi ion kim loại. Trong phân nhóm IIA, từ trên xuống dưới, màu đặc trưng của ngọn lửa sẽ chuyển từ đỏ sang vàng. Thí nghiệm 2: Phản ứng của kim loại kiềm thổ với nước Cách tiến hành và hiện tượng: Lấy hai ống nghiệm, cho vào mỗi ống một ít nước, một ít bột Mg và 1 – 2 giọt phenolphthalein. Ống 1: Khi để nguội, phản ứng xảy ra chậm. Tại bề mặt tiếp xúc pha xuất hiện màu hồng nhạt đồng thời có bọt khí nổi lên – đó là khí H2. Khi đun nóng, phản ứng xảy ra nhanh hơn, xuất hiện nhiều bọt khí hơn và màu hồng đậm hơn, sau đó lan ra toàn bộ dung dịch. Ống 2: Cho thêm 5 – 6 giọt dung dịch NH4Cl. Phản ứng xảy ra mãnh liệt, màu dung dịch nhạt dần đến mất màu, đồng thời khí thoát ra nhiều hơn, sau đó màu hồng xuất hiện trở lại. Giải thích: Ống 1: phản ứng xảy ra chậm cho Mg(OH)2 được tạo ra che phủ bề mặt Mg. Mg + 2H2O  Mg(OH)2 + H2 (1) Do T_(〖Mg(OH)〗_2 )= 10 9,22 nên một phần Mg(OH)2 tan ra tạo ion OH– khiến phenolphthalein hóa hồng tại bề mặt phân pha giữa Mg và H2O. Mg(OH)2  Mg2+ + 2OH– (2) Khi đun nóng, ở nhiệt độ cao, Mg(OH)2 tan nhiều hơn, tạo ra nhiều OH– khiến màu hồng của dung dịch đậm hơn. Đòng thời sự che phủ Mg bởi Mg(OH)2 giảm xuống nên phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn và sẽ tạo nhiều bọt khí hơn. Ống 2: khi cho thêm NH4Cl, Mg(OH)2 bị hòa tan giải phóng bề mặt Mg, làm khí thoát ra nhiều hơn. Mg(OH)2 + 2NH4Cl  MgCl2 + 2NH3 + 2H2O (3) Do Mg(OH)2 bị hòa tan nên cân bằng phản ứng (2) dịch chuyển theo chiều giảm OH–, do đó màu dung dịch nhạt dần. Ngoài ra, màu hồng xuất hiện trở lại do phản ứng (3) tạo ra NH3 và OH– ở phản ứng (2). Kết luận: Kim loại kiềm thổ tác dụng mạnh với nước khi đun nóng hoặc có chất xúc tác thích hợp. Thí nghiệm 3: a. Điều chế và tính chất của Mg(OH)2: Cách tiến hành: Điều chế Mg(OH)2 bằng dung dịch NaOH với muối Mg2+. Ly tâm bỏ phần dung dịch, cho phần kết tủa vào 3 ống nghiệm: Ống 1: cho tác dụng với dung dịch HCl Ống 2: cho tác dụng với dung dịch NaOH Ống 3: cho tác dụng với dung dịch NH4Cl. Hiện tượng: Khi cho dung dịch NaOH vào Mg2+, xuất hiện kết tủa màu trắng và không tan trong nước dang MgCl2 + 2NaOH  Mg(OH)2 + 2NaCl Trong dung dịch HCl, kết tủa tan ra và trở thành một dung dịch trong suốt. Mg(OH)2 + 2HCl  MgCl2 + 2H2O Trong dung dịch NaOH, không có hiện tượng gì xảy ra. Vì Mg(OH)2 và NaOH đều là base nên không phản ứng với nhau. Trong dung dịch NH4Cl, kết tủa tan tạo ra dung dịch trong suốt và có mùi khai. Mg(OH)2 + 2NH4Cl  MgCl2 + 2NH3 + 2H2O b. Điều chế và tính chất của hydroxit kim loại kiềm thổ Cách tiến hành: Lấy 4 ống nghiệm, lần lượt cho vào mỗi ống 1ml dung dịch muối Ca2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+ 0,5M, tiếp tục cho vào mỗi ống trên 0,5ml dung dịch NaOH 1M. Ly tâm lấy kết tủa, quan sát. Hiện tượng: Trong cách ống nghiệm đều có kết tủa. Lượng kết tủa tăng dần theo thứ tự Ba2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+. Giải thích: Ca2+ + 2OH–  Ca(OH)2 Mg2+ + 2OH–  Mg(OH)2 Sr2+ + 2OH–  Sr(OH)2 Ba2+ + 2OH–  Ba(OH)2 Đi từ Mg đến Ba, bán kính nguyên tử tăng dần dẫn đến lực hút giữa hạt nhân với electron ngoài dùng giảm dần. Thêm nữa, Oxi có độ âm điện lớn nên hút electron về phía nó làm cho hydroxit phân cực mạnh nên tan trong nước là dung môi phân cực. Kết luận: Có thể điều chế được hydroxit của kim loại kiềm thổ khi cho muối tan của chúng tác dụng với hydroxit của kim loại kiềm. Hydroxit của kim loại kiềm thổ có tính base. Khi đi từ Mg đến Ba, độ tan của các hydroxit tương ứng giảm dần (thực nghiệm cho ta thấy lượng kết tủa tăng dần theo chiều ngược lại). Thí nghiệm 4: Khảo sát độ tan của muối sunfat kim loại kiềm thổ Cách tiến hành: Lấy 4 ống nghiệm, mỗi ống lần lượt chứa 1ml dung dịch muối MgCl2, CaCl2, BaCl2, SrCl2. Cho từ từ acid sunfuric 2N vào 4 ống nghiệm trên. Quan sát kết tủa, tiếp tục cho dư H2SO4, kết tủa có tan ra hay không? Hiện tượng: Khi cho từ từ H2SO4 2N vào 4 ống nghiệm chứa muối tan của Mg2+(1), Ca2+(2), Ba2+(3), Sr2+(4), ta thấy: Ống (1) không có hiện tượng. Ống (2) bị vẩn đục do tạo kết tủa: CaCl2 + H2SO4  CaSO4+ 2HCl Ống (3) đục nhiều do tạo kết tủa nhiều nhất: BaCl2 + H2SO4  BaSO4 + 2HCl Ống (4) kết tủa dạng keo màu trắng đục: SrCl2 + H2SO4  SrSO4 + 2HCl Khi tiếp tục cho dư H2SO4, kết tủa không tan ra. Giải thích: Độ tan của hydroxit và muối sunfat của kim loại kiềm thổ từ Mg đến Ba ngược nhau vì đối với muối sunfat, năng lượng hoạt hóa cation lớn hơn năng lượng mạng tinh thể. Thêm vào đó, từ Mg đến Ba, bán kính ion M2+ tăng dần nên khả năng phân cực trong nước giảm và năng lượng hydrat giảm dẫn đến độ tan giảm từ Mg đến Ba, Kết luận: Độ tan của muối sunfat giảm dần từ Mg đến Ba. Thí nghiệm 5: Xác định độ cứng của nước Cách tiến hành: Lấy 10ml dung dịch nước cứng bằng pipet 10ml vào erlen 250ml. Thêm nước cất để tổng thể tích ở khoảng 100ml. Thêm 5ml dung dịch đệm pH 10, sau đó thêm 4 – 7 giọt chỉ thị ERIOT. Lắc đầu và chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 0,02N. Tính toán: V1 = 17,30ml V2 = 17,50ml  V ̅ = 17,40ml Vmẫu = 10ml CEDTA = 0,02N Tổng hàm lượng Mg2+ và Ca2+ : X = V ̅_EDTA .C_(N EDTA) . 1000V_mẫu = 17,40 . 0,02 . 1000 . 101 = 34,80 (N) Thí nghiệm 6: Làm mềm nước Lấy 50ml nước cứng cho vào becher 250ml, thêm vào 50ml dung dịch Na2CO3 0,1M và 2ml sữa vôi. Đun sôi hỗn hợp trong becher trong 3 phút, lọc bỏ kết tủa lấy phần nước trong. Tiến hành xác định độ cứng như thí nghiệm 5 nhưng không cần thêm nước cất đến 100ml nữa. V1 = 11,10ml V2 = 11,10ml  V ̅ = 11,10ml Vmẫu = 50ml Tổng hàm lượng Mg2+ và Ca2+ còn lại: X’ = V ̅_EDTA .C_(N EDTA) . 1000V_mẫu = 11,10 . 0,02 . 1000 . 501 = 4,49 (mN) Nhận xét: X’ < X chứng tỏ hàm lượng Mg2+ và Ca2+ trong mẫu giảm  nước được làm mềm vì khi thêm Na2CO3 và Ca(OH)2 vào thì xảy ra phản ứng: Mg2+ + 2OH–  Mg(OH)2 Ca2+ + CO32–  CaCO3 Làm giảm lượng Mg2+ và Ca2+ trong dung dịch sau khi lọc.   BÀI 6: HYDRO – OXY – LƯU HUỲNH (PHÂN NHÓM VIA) Thí nghiệm 1: Điều chế hydro Quá trình tiến hành: + Lấy đầy nước vào trong chậu nhỏ, thả vào chậu 3 ống nghiệm nhỏ sao cho ngập nước hết cả 3. Đốt đèn cồn lên. Lấy 5 hạt Zn thả vào một ống nghiệm lớn, sau đó lấy phễu thủy tinh đong vào tới một nửa ống nghiệm dung dịch HClđđ. + Dẫn khí từ ống nghiệm lớn qua nước trong chậu, cho khí vào các ống nghiệm nhỏ. Khi ống nghiệm đầy thì lấy tay bịt đầu ống nghiệm rồi đưa nhanh miệng ống nghiệm vào gần ngọn lửa đèn cồn. Lặp lại đến khi thấy hết tiếng nổ (hoặc tiếng nổ nhỏ). + Lúc này đưa trực tiếp luồng khí đang thoát ra lại gần đèn cồn, sau đó lấy mặt ngoài phễu thủy tinh hơ trên ngọn lửa từ luồng khí. Hiện tượng: + Ngay khi đổ dung dịch HClđđ vào ống nghiệm, phản ứng xảy ra rất mạnh, sinh ra khí màu hơi đục. + Dẫn khí này vào các ống nghiệm nhỏ rồi thử thì đến khoảng ống nghiệm thứ 4 ta thấy tiếng nổ nhỏ dần. Sau đó ta lấy đầu ống dẫn khí đốt trực tiếp bằng ngọn lửa đèn cồn thì ta thấy có ngọn lửa màu đỏ vàng. + Khi đưa phễu thủy tinh trên ngọn lửa này rồi lấy ra thì thấy có một lớp hơi nước mỏng bám trên thành phễu. Phương trình phản ứng và giải thích: + Khí có màu hơi đục thoát ra là Hydro, sinh ra theo phản ứng: + Khi ta thu khí vào ống nghiệm, do ống dẫn ban đầu chứa không khí nên trong các ống nghiệm nhỏ ta thu được hỗn hợp giữa H2 và không khí. Hỗn hợp này nổ ở bất kì tỉ lệ nào theo phản ứng: + Hỗn hợp này nổ là do phản ứng xảy ra nhanh và tỏa rất nhiều nhiệt, điều này làm nước sinh ra hóa hơi đột ngột, gây dãn nở mạnh không khí ở xung quanh, tạo ra tiếng nổ. Càng về sau, hỗn hợp càng nổ nhỏ là do H2 ngày càng tinh khiết. + Đến khi ta đốt trực tiếp H2 trên ngọn lửa thì ta không thấy tiếng nổ, điều này do đầu ống dẫn khí khá nhỏ, lượng khí thoát ra lại tinh khiết nên lượng H2O tạo thành khá ít, không đủ gây ra tiếng nổ. + Ta quan sát thấy ngọn lửa màu đỏ vàng có thể do ta nhìn qua đầu ống dẫn bằng thủy tinh gây sai lệch màu ngọn lửa của H2 cháy. Lượng hơi nước bám trên thành phễu thủy tinh chính là H2O tinh khiết được tạo ra. Thí nghiệm 2: Hoạt tính của hydro phân tử và hydro nguyên tử Quá trình tiến hành: lấy vào ống nghiệm lớn 1ml dung dịch KMnO4 0,1N và 4ml dung dịch H2SO4 10%, lấy nút cao su đậy rồi lắc đều. Sau đó chia đều vào 3 ống nghiệm nhỏ. + Ống 1: dùng làm ống chuẩn. + Ống 2: cho vào 2 hạt Zn. + Ống 3: cho dòng khí H2 lội qua. Hiện tượng: + Ống 2: Zn tan dần, có bọt khí xuất hiện, dung dịch bị mất màu dần dần, sau khoảng 20 phút thì dung dịch bị mất màu thấy rõ. + Ống 3: dung dịch hầu như không mất màu. Phương trình phản ứng và giải thích: + Ống 2: hydro sinh ra ở dạng nguyên tử có tính khử mạnh và ngay lập tức phản ứng với , làm mất màu dung dịch. + Ống 3: khí H2 đi qua mà không gây ra phản ứng gì. Qua đây, ta có thể kết luận rằng tinh hoạt động của hydro nguyên tử mạnh hơn hydro phân tử. Thí nghiệm 3: Điều chế khí oxy Quá trình tiến hành: + Cân 4,0g KClO3 và 1,0g MnO2 cho vào trong cối sứ khô, nghiền trộn thật đều rồi cho vào một ống nghiệm lớn thật khô (hơ trước ống nghiệm trên đèn cồn cho khô). + Đun nóng đều ống nghiệm rồi thu khí thoát ra vào 3 ông nghiệm lớn bằng phương pháp đẩy nước như đã trình bày ở thí nghiệm 1, lấy nút cao su bịt chặt 3 ống này lại, để dành dùng cho thí nghiệm sau. Hiện tượng và phương trình phản ứng: + Xuất hiện khí không màu thoát ra, khí này chính là Oxy + MnO2 là chất xúc tác cho phản ứng này. Thí nghiệm 4: Tính chất của oxy Quá trình tiến hành: Dùng thìa kim loại lấy một ít lưu huỳnh rồi đốt cháy, sau đó đưa nhanh thìa vào ống nghiệm lớn chứa oxy. Dùng một đầu tăm nhang (cacbon) đốt nóng thành một đốm than rồi thả nhanh vào ống nghiệm chưa oxy. Lặp lại thí nghiệm như với lưu huỳnh nhưng thay S bằng bột Fe. Hiện tượng: Lưu huỳnh cháy cho ngọn lửa màu xanh lam, khi cho vào ống nghiệm thì ngọn lửa bùng lên và có khí mùi hắc thoát ra. Đầu que nóng đỏ khi được thả vào ống thì bùng lên thành ngọn lửa màu vàng. Bột Fe trở nên nóng đỏ khi được thả vào ống nghiệm. Phương trình phản ứng và giải thích: Tất cả các chất trên đều cháy trong không khí, và khi được cho vào ống chứa khí oxy thì phản ứng trở nên mãnh liệt do được cung cấp dư oxy Kết luận: + Oxy là chất oxy hóa mạnh, dễ dàng oxy hóa kim loại và phi kim thành oxit (đặc biệt là khi được cấp nhiệt). + Oxy đảm bảo và kích thích sự cháy. Thí nghiệm 5: Tính chất của H2O2 Quá trình tiến hành: lấy 2 ống nghiệm, cho vào mỗi ống 10 giọt H2O2 3%. + Ống 1: Thêm vào ống 5 giọt dung dịch KI 0,5N rồi thêm tiếp 5 giọt dung dịch H2SO4 2N. Dùng giấy thấm hồ tinh bột cho vào ống nghiệm. + Ống 2: Thêm một chút bột MnO2 vào. Hiện tượng: + Ống 1: Sau khi cho vài giọt KI thì không thấy hiện tượng. Sau khi nhỏ H2SO4 vào, dung dịch chuyển từ không màu sang có màu vàng rồi tiếp tục chuyển dần sang màu nâu. Khi thử bằng giấy thấm hồ tinh bột thì trên giấy xuất hiện màu xanh lam. + Ống 2: Có một lượng khí nhỏ thoát ra. Phương trình phản ứng và giải thích: + Ống 1: Khi có mặt H+, xảy ra phản ứng: Dung dịch I2 có màu vàng, khi thử với hồ tinh bột làm xuất hiện màu xanh. Màu nâu của dung dịch là do trong dung dịch có cân bằng: Trong đó, KI3 có màu nâu. + Ống 2: MnO2 là chất xúc tác cho quá trình phân hủy H2O2 Kết luận: H2O2 là một chất oxy hóa mạnh và không bền. Thí nghiệm 6: Phản ứng của lưu huỳnh với Cu Quá trình tiến hành: Lấy một lượng nhỏ lưu huỳnh lên muỗng Fe. Đốt nóng một sợi dây đồng và muỗng Fe trên ngọn lửa đèn cồn. Khi đầu sợi dây đồng nóng đỏ thì đưa nhanh lên bề mặt lưu huỳnh đang nóng. Sau đó cho đầu dây đồng này vào một lượng nhỏ dung dịch HClđđ. Hiện tượng và phương trình phản ứng: + Dây đồng có màu đỏ, khi nung nóng đầu dây sáng lên rồi cho vào bề mặt lưu huỳnh thì thấy đầu dây chuyển thành màu đen. CuS có màu đen, và cũng có thể màu đen là của oxit đồng (II) + Khi thử cho đầu dây này vào một lượng dung dịch HClđđ, quan sát kĩ thì ta thấy phần dung dịch quanh đầu dây có một màu xanh nhạt, phần còn lại không tan. Vậy là có tồn tại một phần oxit đồng (II) trên đầu dậy. + Trong phản ứng này, lưu huỳnh là chất oxy hóa. Thí nghiệm 7: Tính khử của tiosunphat Quá trình tiến hành: + Lấy 2 ống nghiệm nhỏ, cho vào mỗi ống 5 giọt dung dịch Na2S2O3 0,5N. + Ống 1: Cho vào 5 giọt dung dịch KMnO4 0,5N sau đó cho tiếp vào 5 giọt dung dịch H2SO4 2N, lắc đều. + Ống 2: Cho vào 3 giọt dung dịch I2, sau đó cho thêm vài giọt dung dịch BaCl2, rồi cho tiếp vài giọt dung dịch HCl đậm đặc. Hiện tượng: + Ống 1: Khi cho vào ống 5 giọt dung dịch KMnO4 0,5N thì thấy xuất hiện kết tủa màu đen. Tiếp tục cho dung dịch H2SO4 2N, lắc đều thì kết tủa màu đen biến mất, dung dịch bị đục do có kết tủa mới. + Ống 2: Khi cho vào ống dung dịch I2 thì dung dịch I2 có màu vàng bị mất màu. Nhỏ từng giọt BaCl2 vào thì có kết tủa trắng xuất hiện, thử kết tủa này bằng dung dịch HCl đậm đặc thì kết tủa không đổi. Phương trình phản ứng và giải thích: + Ống 1: Kết tủa màu đen xuất hiện là do Mn+7 bị khử thành MnO2: Khi tiếp tục cho dung dịch H2SO4 thì kết tủa màu đen này tan, dung dịch có vẩn đục, vẩn đục này chính là S kết tủa: + Ống 2: Xảy ra phản ứng làm mất màu dung dịch I2: Khi cho dung dịch BaCl2 vào, sẽ xuất hiện kết tủa BaSO4 Tủa này không tan trong môi trường axit HCl đậm đặc.   BÀI 8: KIM LOẠI NHÓM IB Thí nghiệm 1: Điều chế CuSO4.5H2O Cách tiến hành và hiện tượng Dùng becher cân 2.0g CuO + 15 ml H2SO4 4N dư 20% (V0 = 15ml). Đun nóng trên bếp để hòa tan hết CuO (khuấy nhẹ và giữ VV0). Đun nóng becher tới sôi (V> 10-7 coi: [H+] = CHA 3.1.2 Dung dịch đơn bazơ mạnh C Trong trưêng hợp MOH >>10-7 [OH-] = 3.1.3 Dung dịch đơn axit yếu CMOH Trưêng hợp tổng quát dung dịch đơn axit yếu HA C mol/l, tính gần đúng, ta có: h= C.K a 3.1.4 Dung dịch đơn bazơ yếu Trưêng hợp tổng quát dung dịch đơn axit yếu A- C mol/l, tính gần đúng, ta có: [OH ] = CK b 3.2 Hỗn hợp đơn axit đơn bazơ 3.2.1 Hỗn hợp axit mạnh axit yếu C [H + ] = K a C1 Trong dung dịch axit mạnh HY C mol/l axit yếu nồng độ C mol/l, đánh giá gần đúng: 3.2.2 Hỗn hợp bazơ mạnh bazơ yếu Trong dung dịch bazơ mạnh MOH C1 mol/l bazơ yếu A- nồng độ C2 mol/l, đánh giá gần đúng: [OH - ] C1 + K b C2 C1 3.2.3 Hỗn hợp đơn axit Trong dung dịch chứa đơn axit HA1, HA2, HA3 có cân bằng:   K H 2O H2O  H+ + OH  AHA1  H+ + Ka1   A HA2  H+ + Ka2   A HA3  H+ + Ka3 *Trong trưêng hợp Ka1CHA1 >> Ka2CHA2 >> Ka3CHA3 tính nồng dung dịch chứa đơn axit K C K C a2 HA2 *Trong trưêng hợp a1 HA1 + [H ] = [OH ] + [A1 ] + [A2 ] + [A3-] K a3CHA3 CHA1 (2) (3) (4) độ ion hiđro theo cân (2) biểu thức ĐKP áp dụng cho hệ là: + Sau tổ hợp cần thiết với ý [H+]>>[OH-] ta có: [H ] = Để tính gần chấp nhận [HA 1] ≈ (1) K a1[HA1 ]+K a2[HA ]+K a3[HA ] = C1 ; [HA2] ≈ CHA2 = C2 ; [HA3] ≈ + [H ] = K a1C1 +K a2C2 +K a3C3 [H + ] αi  + [H ]+K Để kiểm tra ta tính lại [HA1] = C1.α1 ; [HA2] = C2.α2 ; [HA3] = C3.α3 với 3.2.4 Hỗn hợp đơn bazơ Trong dung dịch NaA1 C1 M; NaA2 C2 M có cân bằng: Biện luận tương tự trưêng hợp hỗn hợp đơn axit, ta có: K H 2O KH O [H + ]= [H + ] = -1 -1 -1 -1  K a1[A1 ]+K a2 [A ] K a1C1  K a2 C2  Với giá trị gần 3.2.5 Hỗn hợp axit yếu bazơ liên hợp CHA3 = C3 Xét dung dịch đơn axit HA (Ca) bazơ liên hợp (Cb), dung dịch có cân bằng: * Nếu pH> Ka2 >> Ka3…, nghĩa phân li đa axit xảy mạnh nấc đầu sau giảm dần nấc Nếu Ka1 >> Ka2 >> Ka3 ta coi đa axit đơn axit tính cân theo nấc phân li thứ axit 3.3.2 Đa bazơ Phân tử đa bazơ có khả nhận số proton Q trình proton hóa đa bazơ ngược với trình phân li đa axit tương ứng Vì vậy, ứng với điaxit ta có đibazơ, ứng với triaxit tribazơ,…Và ta có sơ đồ tương ứng sau đây: Phân li triaxit Proton hóa tribazơ   H3A  H+ + H2A- Ka1   H2A  H+ + HA2-   A + H2O  HA2- + OH3- Ka2 -1 K b1 =K H 2O K a3   HA + H2O  H2A- + OH2- -1 K b2 =K H 2O K a2 -1 K b3 =K H2O K a1     HA  H+ + A3Ka3 H2A-+ H2O  H3A + OHKhi Ka1 >> Ka2 >> Ka3, Kb1 >> Kb2 >> Kb3 Như proton hóa nấc chiếm ưu ta có tính cân đa bazơ đơn bazơ 3.4 Các chất điện li lưìng tính Các chất vừa có tính axit (cho proton) vừa có tính bazơ (thu proton) gọi chất lưìng tính Thuộc loại gồm có:  Các hiđroxit số kim loại (nhơm, crom, kẽm, chì,…) 2-  Các aminoaxxit chất điện li lưìng tính có mặt đồng thêi phân tử nhóm amin có tính bazơ nhóm cacboxyl có tính axit  Các muối axit muối mà anion gốc axit khả phân li proton Ví dụ: NaH2PO4, NaHCO3,… Trong trưêng hợp tổng quát muối axit NaHA dung dịch có cân bằng: NaHA → Na+ + HA  K H 2O H2O  H+ + OH(1)   HA-  H+ + A2Ka2 (2)   HA- + H+  H2A Ka1-1 (3) HA vừa axit (2), vừa bazơ (3), muối axit NaHA hợp chất lưìng tính Để đánh giá định hướng pH dung dịch so sánh Ka2 (2) với Kb2 tổ hợp từ cân (1) (3): K b2  K H2O   K a1 HA- + H2O  H2A + OHNếu Ka2>Kb2 pH Ka2 pH >  Muối axit bazơ yếu Ví dụ: CH3COONH4 (muối CH3COOH NH3) cho ta cation axit NH4+(cho proton) anion bazơ CH3COO- (nhận proton): CH3COONH4 → NH4+ + CH3COOK H 2O   H2O  H+ + OH  NH4+  NH3 + H+ Ka1   K -1a2  CH3COO-+H+  CH3COOH Phương trình ĐKP: [H+] = [OH-] + [A2-] – [H2A] K H2O  K a2[HA - ] K H2O [HA] + + -1 + [H ]= [H ]= + +K a2 + - K a1[HA ][H ]  K -1a1[HA - ] [H ] [H ] hay Trong đa số trưêng hợp HA- phân li yếu nên coi gần [HA -] ≈ CNaHA = C, biểu thức trở thành: [H + ]= K H2O  K a2C  K -1a1C Trong trưêng hợp + K H2O 1 biểu thức trở thành đơn giản: [H ]= K a1K a2 hay pH= pK a1 +pK a2 3.5 Dung dịch đệm *Dung dịch đệm dung dịch có khả điều chỉnh cho pH hệ thay đổi q trình hóa học có giải phóng hay thu nhận proton Dung dịch đệm hỗn hợp axit yếu HA bazơ liên hợp A Ví dụ: CH 3COOH + CH3COO-; HCOOH + HCOO-; NH4+ + NH3; HCO3- + CO32-; H2PO4- + HPO42-,… *Cơng thức tính gần pH dung dịch đệm: Đối với hệ đệm HA (Ca) + A (Cb) điều kiện gần thỏa (pH>>7 7, pOH > 1,0.10-7 → [H+] ≈ H  = 0,10 M → pH = -lg[H+] = -lg(0,10) Vậy pH = 1,00; pOH = 14 – = 13,0 → [OH-] = 1,0.10-13 M VD2: trộn 15,00 ml dung dịch HCl có pH = 3,00 với 25,00 ml dung dịch NaOH có pH = 10,00 Hỏi dung dịch thu có phản ứng axit hay bazơ Giải: Trong dung dịch HCl có pH = 3,00 [H+] = [OH-] + Co, HCl → Co, HCl = [H+] – [OH-] = 10-3 – 10-14/10-3 = 1,0.10-3M Dung dịch NaOH có pH = 10,00 → Co, NaOH = [OH-] = 10-14/10-10 = 1,0.10-4M 1,0.10-3 15,00 o C HCl = =3,75.10-4M 40,00 Sau trộn 1,0.10-4 25,00 =6,25.10-5M 40,00 Phản ứng: HCl + NaOH → NaCl + H2O C0 3,75.10-4 6,25.10-5 C 3,125.10-4 _ 6,25.10-5 Sau phản ứng axit dư Vậy dung dịch có phản ứng axit [H+] ≈ CHCl = 3,125.10-4 M → pH = 3,51 Hoặc so sánh: CHCl = 3,75.10-4M > CNaOH = 6,25.10-5 M Vậy hệ thu có phản ứng axit III.1.2 Bazơ mạnh - Trong dung dịch bazơ mạnh (kí hiệu XOH) tồn lượng bazơ có khả thu proton nước: XOH + H2O → X+(H2O) + OHMột cách đơn giản biểu diễn: XOH → X+ + OH- Các bazơ mạnh thưêng gặp: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH FrOH Ca(OH) 2, Sr(OH)2, Ba(OH)2 ( nấc CoNaOH = ) - Trong dung dịch bazơ mạnh ngồi q trình phân li XOH cịn có q trình phân li H 2O nhiên q trình xảy khơng đáng kể VD1: Tính [H+], [OH-], pH dung dịch thu thêm 20,10 ml dung dịch NaOH 1,00.10 -3 M vào 80,00ml dung dịch HCl 2,5.10-4M Giải: Sau trộn 1, 00.10 3.20,10 C NaOH  2, 008.10 M 100,10 2,5.10  4.80, 00 1,998.10 M 100,10 Phản ứng HCl + NaOH → NaCl + H2O 1,998.10-4 2,008.10-4 _ 1.10-6 C NaOH  COH  1.10 M - [OH ] ≈ → [H+] = 1.10-8 → pH = III.2 Đơn axit yếu đơn bazơ yếu III.2.1 Đơn axit yếu - Đơn axit yếu (kí hiệu HA) chất dung dịch có khả nhưêng phần proton cho nước dung dịch có phản ứng axit - Độ mạnh đơn axit yếu đặc trưng số phân li axit K a số số phân li axit pKa = -lgKa Giá trị Ka lớn hay pKa bé axit mạnh - Độ mạnh yếu axit yếu phản ánh qua độ điện li α Độ điện li α tỉ số số mol n chất phân li thành ion với tổng số mol no chất tan dung dịch Hoặc α tỉ số nồng độ chất phân li với tổng nồng độ chất điện li Độ điện li tỉ lệ thuận với số phân li K tỉ lệ nghịch với nồng độ Đối với đơn axit HA ta có liên hệ Ka 2  C 1  Trong dung dịch axit HA xảy trình sau: HA  H+ + AK (III.1) a H O + - H + OH Kw (III.2) Nếu Ka.CHA >> Kw tính thành phần hệ theo cân (III.1) Nếu Ka.CHA ≈ Kw phải kể đến phân li nước VD: Đánh giá pH dung dịch HCOOH 0,10M HCOOH  H+ + HCOOK = 1,78.10-4 a H O + - (III.3) -14 H + OH Kw = 10 (III.4) Ta có Ka.C = 1,78.10 >> Kw, cân (II.2.3) chủ yếu HCOOH  H+ + HCOOK = 1,78.10-4 -5 a C 0,10 [] 0,10 – x x x x 1, 78.10  x 4, 22.10 Ta có: 0,10  x Vậy [H+] = 4,22.10-3 ; pH = 2,37 III.2.2 Đơn bazơ yếu - Đơn bazơ yếu (kí hiệu A-) chất mà dung dịch, phần chúng có khả thu proton nước dung dịch có phản ứng bazơ - Độ mạnh bazơ yếu phụ thuộc vào số bazơ K b = Kw/Ka số số bazơ pK b = -lgKb = pKw – pKa ( với Ka số phân li axit liên hợp) Khi K b lớn pKb bé bazơ yếu ngược lại Trong dung dịch đơn bazơ A- có cân H O  H+ + OH- K (III.5) w A + H2O  HA + OH- Kb = Kw/Ka (III.6) Tương tự đơn axit yếu C Nếu Kb A- >> Kw tính thành phần hệ theo cân (III.6) C Nếu Ka A- ≈ Kw phải kể đến phân li nước VD: Tính pH dung dịch NaCN 0,010M Giải: NaCN → Na+ + CNCN- + H O  HCN + OH- K (III.7) - b H O + H + OH - Kw (III.8)