Mục lục Chuyên đề 28: Cân bằng ion trong dung dịch: acid và base..............................................7 Bài 1 .............................................................................................................................7 Bài 2..............................................................................................................................8 Bài 3............................................................................................................................10 Bài 4............................................................................................................................14 Bài 5............................................................................................................................15 Bài 6............................................................................................................................17 Bài 7 ...........................................................................................................................19 Bài 8............................................................................................................................21 Bài 9............................................................................................................................23 Bài 10 .........................................................................................................................26 Bài 11 .........................................................................................................................28 Bài 12 .........................................................................................................................30 Bài 13 .........................................................................................................................32 Bài 14 .........................................................................................................................33 Bài 15 .........................................................................................................................34 Bài 16 .........................................................................................................................35 Bài 17 .........................................................................................................................39 Bài 18 .........................................................................................................................42 Bài 20 .........................................................................................................................46 Bài 21 .........................................................................................................................49 Bài 22 .........................................................................................................................52 Bài 23 .........................................................................................................................56 Chuyên đề 29: Phản ứng tạo phức và chuẩn độ.............................................................61 Bài 1............................................................................................................................61 Bài 2............................................................................................................................62 Bài 3............................................................................................................................64 Bài 4 ...........................................................................................................................68 Bài 5 ...........................................................................................................................71 Bài 6 ...........................................................................................................................74 Bài 7 ...........................................................................................................................77 Bài 8 ...........................................................................................................................79 Chuyên đề 30: Phản ứng kết tủa và chuẩn độ................................................................85 Bài 1 ...........................................................................................................................85 Bài 2 ...........................................................................................................................86 Bài 3 ...........................................................................................................................87 Bài 4 ...........................................................................................................................88 Bài 5 ...........................................................................................................................90 Bài 6 ...........................................................................................................................92 Bài 7 ...........................................................................................................................94 Bài 8 ...........................................................................................................................96 Bài 9 ...........................................................................................................................98 Bài 10 .......................................................................................................................100 Bài 11 .......................................................................................................................106 Bài 12 .......................................................................................................................109 Bài 13 .......................................................................................................................112 Bài 14 .......................................................................................................................114 Bài 15 .......................................................................................................................116 Bài 16 .......................................................................................................................118 Bài 17 .......................................................................................................................119 Bài 18 .......................................................................................................................122 Bài 19 .......................................................................................................................125 Bài 20 .......................................................................................................................128 Bài 21 .......................................................................................................................132 Bài 22 .......................................................................................................................134 Bài 23 .......................................................................................................................137 Bài 24 .......................................................................................................................142 Chuyên đề 31: Phản ứng oxid hóakhử và chuẩn độ....................................................146 Bài 1 .........................................................................................................................146 Bài 2 .........................................................................................................................147 Bài 3 .........................................................................................................................148 Bài 4 .........................................................................................................................149 Bài 5 .........................................................................................................................150 Bài 6 .........................................................................................................................151 Bài 7 .........................................................................................................................153 Bài 8 .........................................................................................................................155 Bài 9 .........................................................................................................................157 Bài 10 .......................................................................................................................159 Bài 11 .......................................................................................................................161 Bài 12 .......................................................................................................................163 Bài 13 .......................................................................................................................165 Bài 14 .......................................................................................................................168 Bài 15 .......................................................................................................................170 Bài 16 .......................................................................................................................172 Bài 17 .......................................................................................................................175 Bài 18 .......................................................................................................................178 Bài 19 .......................................................................................................................180 Bài 20 .......................................................................................................................183 Bài 21 .......................................................................................................................185 Bài 22 .......................................................................................................................188 Bài 23 .......................................................................................................................191 Bài 24 .......................................................................................................................196 Chuyên đề 32: Pin điện Sự điện phân.........................................................................200 Bài 1 .........................................................................................................................200 Bài 2 .........................................................................................................................201 Bài 3 .........................................................................................................................202 Bài 4 .........................................................................................................................203 Bài 5 .........................................................................................................................204 Bài 6 .........................................................................................................................206 Bài 7 .........................................................................................................................210 Bài 8 .........................................................................................................................212 Bài 9 .........................................................................................................................215 Bài 10 .......................................................................................................................217 Bài 11 .......................................................................................................................220 Bài 12 .......................................................................................................................222 Bài 13 .......................................................................................................................224 Bài 14 .......................................................................................................................227 Bài 15 .......................................................................................................................231 Bài 16 .......................................................................................................................233 Bài 17 .......................................................................................................................235 Bài 18 .......................................................................................................................240 Bài 19 .......................................................................................................................244 Bài 20 .......................................................................................................................245 Bài 21 .......................................................................................................................246 Bài 22 .......................................................................................................................247 Bài 23 .......................................................................................................................249 Bài 24 .......................................................................................................................250 Bài 25 .......................................................................................................................251 Bài 26 .......................................................................................................................254 Bài 27 .......................................................................................................................256 Bài 28 .......................................................................................................................259 Bài 29 .......................................................................................................................264 Bài 30 .......................................................................................................................270 Bài 31 .......................................................................................................................276 Bài 32 .......................................................................................................................277 Bài 34 .......................................................................................................................282 Bài 35 .......................................................................................................................285 Bài 36 .......................................................................................................................287 Bài 37 .......................................................................................................................290 Bài 38 .......................................................................................................................293 Bài 39 .......................................................................................................................295 Bài 40 .......................................................................................................................296 Bài 41 .......................................................................................................................299 Bài 42 .......................................................................................................................304 Bài 43 .......................................................................................................................309 Bài 44 .......................................................................................................................311 Bài 45 .......................................................................................................................314 Bài 46 .......................................................................................................................318 Bài 47 .......................................................................................................................324 Bài 48 .......................................................................................................................325 Bài 49 .......................................................................................................................327 Bài 50 .......................................................................................................................328 Bài 51 .......................................................................................................................330 Bài 53 .......................................................................................................................333 Bài 54 .......................................................................................................................336 Bài 55 .......................................................................................................................339 Bài 56 .......................................................................................................................341 Bài 57 .......................................................................................................................342 Chuyên đề 33: Chuẩn độ điện lượng và đo độ dẫn điện..............................................345 Bài 1 .........................................................................................................................345 Bài 2 .........................................................................................................................347 Bài 3 .........................................................................................................................350 Bài 4 .........................................................................................................................357 Bài 5 .........................................................................................................................360 Bài 6 .........................................................................................................................361 Bài 7 .........................................................................................................................365 Bài 8 .........................................................................................................................369 Bài 9 .........................................................................................................................370 Bài 10 .......................................................................................................................372 Chuyên đề 34: Phân tích quang ....................................................................................376 Bài 1 .........................................................................................................................376 Bài 2 .........................................................................................................................379 Bài 3 .........................................................................................................................382 Bài 4 .........................................................................................................................388 Bài 5 .........................................................................................................................396 Bài 6 .........................................................................................................................398 Bài 7 .........................................................................................................................401 Bài 8 .........................................................................................................................404 Bài 9 .........................................................................................................................407 Bài 10 .......................................................................................................................410 Bài 11 .......................................................................................................................414 Chuyên đề 35: Bài tập tổng hợp kiến thức hóa phân tích ............................................416 Bài 1 .........................................................................................................................416 Bài 2 .........................................................................................................................423 Bài 3 .........................................................................................................................428 Bài 4 .........................................................................................................................431 Bài 5 .........................................................................................................................434 Bài 6 .........................................................................................................................437 Bài 7 .........................................................................................................................441 Bài 8 .........................................................................................................................445 Bài 9 .........................................................................................................................447 Bài 10 .......................................................................................................................451 Chuyên đề 36: Chiết và sắc kí .......................................................................................458 Bài 1 .........................................................................................................................458 Bài 2 .........................................................................................................................461 Bài 3 .........................................................................................................................464 Bài 4 .........................................................................................................................468 Bài 5 .........................................................................................................................473 Bài 6 .........................................................................................................................478 Bài 7 .........................................................................................................................481 Bài 8 .........................................................................................................................485 Bài 9 .........................................................................................................................488 Bài 10 .......................................................................................................................492
Axit xyanhydric (HCN) là một axit yếu với hằng số phân ly K a = 4.93×10 –10 Để tìm pH của dung dịch HCN 1.00 M, ta cần áp dụng công thức tính pH cho axit yếu Trong trường hợp 10 L nước tinh khiết bị lẫn NaCN, pH của dung dịch được xác định là 7.40 Từ đó, ta có thể xác định nồng độ của các tiểu phân Na + , H + , OH - , CN – , và HCN Cuối cùng, dựa trên nồng độ các chất đã xác định, ta sẽ tính được khối lượng NaCN đã thêm vào.
[H + ] = cx = 2.22 x 10 -5 M pH = 4.65 Chấp nhận bỏ qua [OH - ] b) (1) [H + ][CN - ] = Ka[HCN]
Từ (3) ta có; [Na + ] = [CN - ] + 2.11 x 10 -7 M
8
Hàm lượng calcium cao hơn trong nước tự nhiên chảy qua các lớp đá vôi là do quá trình hòa tan đá vôi, diễn ra theo phản ứng hóa học.
CaCO (s) CO (aq) H O Ca 2HCO (1) Đây là một quá trình thuận nghịch và chịu sự khống chế của một số cân bằng cạnh tranh (2-5):
CO (g) CO (aq) K(CO ) 0.032 mol/L (3)
1) Dẫn ra công thức tính hằng số cân bằng K của phản ứng hoà tan đá vôi
(1) và tính giá trị của nó
Để tính nồng độ calcium (mol/L) khi biết áp suất riêng của carbon dioxide trong không khí, ta sử dụng công thức liên quan đến áp suất và nồng độ Cụ thể, với áp suất riêng của carbon dioxide là p(CO2) = 3.66 x 10^-4 atm, ta có thể xác định nồng độ calcium tương ứng.
3) Nồng độ calcium trong nước sông Don là 80 mg/L Tính áp suất riêng của carbon dioxide (theo atm) trong không khí ở lưu vực sông Don
4) Tính thể tích hydrochloric acid nồng độ 0.09132 mol/L cần để chuẩn độ 100 mL nước sông Don
5) Nên chọn chỉ thị nào sau đây: picric acid, methyl da cam, phenolphthalein, p-nitrophenol cho quá trình chuẩn độ này?
Ca K p(CO ) K(CO ) 1 Ca 5.0 10 mol/L
=c(HCO ) V(HCO ) 3 3 V(HCl) 4.38 mL c(HCl)
5) Điểm cuối chuẩn độ của các hydrocarbonate được xác định bởi phản ứng:
Giá trị pH của dung dịch phụ thuộc vào lượng CO2 hòa tan Để xác định điểm cuối trong quá trình chuẩn độ, cần sử dụng các chỉ thị có vùng đổi màu nằm trong khoảng pH của acid yếu, chẳng hạn như methyl da cam.
10
Ở 25.0°C và áp suất tiêu chuẩn p(CO2) = 1.00 bar 0.8304 L CO2 được hoà tan vào 1,00L nước
1) Tính nồng độ mol của CO2 hòa tan
2) Tính hằng số Henry của CO2 ở 25.0°C
Để tính nồng độ mol của CO2 hòa tan trong nước mưa, ta sử dụng thông tin rằng phần thể tích của CO2 trong khí quyển hiện nay là 380 ppm và áp suất khí quyển là 1.00 bar Nồng độ mol của CO2 có thể được xác định bằng cách chuyển đổi giá trị ppm thành nồng độ mol, với công thức liên quan đến áp suất khí quyển.
Một phần CO2 hòa tan phản ứng với nước để tạo thành axit cacbonic, với hằng số cân bằng K = 1.67 x 10^-3 Trong biểu thức của KA, nồng độ nước được coi là hằng số và được bao gồm trong biểu thức K.
Để tính nồng độ của axit cacbonic hòa tan trong nước mưa, cần lưu ý rằng nồng độ CO2 không thay đổi trong quá trình này Trong hằng số phân ly nấc thứ nhất, [H2CO3]* được sử dụng thay cho nồng độ thực của axit cacbonic, trong đó [H2CO3]* là tổng nồng độ của axit cacbonic hòa tan và nồng độ của khí cacbonic hòa tan CO2.
Cỏc gớa trị KA: KA1 = 4.45ã10 -7 and KA2 = 4.84ã10 -11
Để tính pH của nước mưa, cần bỏ qua sự tự proton phân của nước và nấc phân ly thứ hai của axit cacbonic Cần lưu ý rằng giá trị [H2CO3]* luôn được coi là một hằng số.
Năm 1960, phần thể tích của CO2 trong khí quyển chỉ là 320 ppm
6) Tính pH của nước mưa vào thời điểm này (tất cả các điều kiện khác đều như cõu 3.5.).Đỏ vụi (CaCO3) cú tớch số tan là KL=4.70ã10 -9
7) Tính độ tan của đá vôi trong nước tinh khiết Giả sử rằng cacbonat hay hydrocacbonat đều không thể phản ứng tạo ra axit cacbonic
Để tính độ tan của đá vôi trong nước mưa hiện nay, cần lưu ý rằng giá trị của [H2CO3]* luôn là một hằng số Để giải quyết bài toán này, bạn hãy thực hiện theo các bước hướng dẫn cụ thể.
8) Viết các ion mà ta vẫn chưa xác định được nồng độ và được yêu cầu phải tính
9) Viết ra tất cả các biểu thức toán học cần thiết để tính các gía trị này
10) Xác định biểu thức cuối cùng chỉ chứa [H3O + ] như là một ẩn số
Phương trình bậc cao này rất khó để có thể giải được chính xác Ta có thể giả sử rằng pH của dung dịch này là pH = 8.26
11) Tính độ tan của đá vôi trong nước mưa bằng cách sử dụng thông tin cuối cùng
1) nồng độ CO2 hòa tan pãV = nãR.T
2) hằng số henry: ci = piãKH
3) Nồng độ c(CO2) trong nước mưa
4) nồng độ của axit cacbonic hòa tan:
5) pH của nước mưa vào lúc này:
6) Giá trị pH của nước mưa vào năm 1960:
[CO2] = 3.2ã10 -4 barã0.0335 mol/barãL = 1.07ã10 -5 mol/L [H2CO3] = 1.67ã10 -3 ã[CO2] = 1.79ã10 -8 mol/L
7) độ tan của đá vôi trong nước tinh khiết
8) Các ion chưa biết nồng độ:
9) Các phương trình liên hệ
10) Xác định biểu thức cân bằng của H3O + :
K K [H CO ]*+[H3O + ] 3 – (KW+KS1ã[H2CO3]*)ã[H3O + ]–2ãKS1ãKS2ã[ H2CO3]*
11) Độ tan của đá vôi:
14
Dấm, một thành phần phổ biến trong chế biến thực phẩm, chủ yếu chứa acetic acid với khoảng 5% nồng độ (v/v) Khối lượng riêng của acetic acid là 1.05 g/mL Để tính nồng độ mol của acetic acid trong dung dịch dấm, ta cần sử dụng công thức phù hợp Đồng thời, để xác định pH của mẫu dấm, cần biết giá trị Ka của acetic acid là 1.75 x 10^-5.
2) Lấy 100 mL mẫu dấm trên pha loãng thành 250 mL, rồi lấy 25 mL đem chuẩn độ với dung dịch NaOH 0.100 M
1) Tính pH của dung dịch khi thêm vào 10 mL dung dịch NaOH
2) Tính pH của dung dịch ở điểm tương đương (điểm tương đương là điểm kết thúc về mặt lí thuyết của quá trình chuẩn độ)
Để hiệu chuẩn máy đo pH, dung dịch đệm với pH = 5 có thể được tạo ra bằng cách sử dụng sodium acetate và acetic acid Để điều chế 250 mL dung dịch đệm này, cần tính toán số mol của sodium acetate và acetic acid, với tổng nồng độ của tất cả các dạng của acetic acid trong dung dịch là 0.8 M.
3) số mol muối = 0.128 mol; số mol acid = 0.0719 mol
15
Một dung dịch khử trùng dùng để vệ sinh tổ ong chứa axit formic và axit propionic đã được một nhân viên vệ sinh dịch tễ trộn lẫn Kết quả là thu được 1.5 L dung dịch với nồng độ 0.3 mol cho mỗi loại axit Điều thú vị là cả hai dung dịch ban đầu có cùng giá trị pH, và pH của dung dịch cuối cùng cũng tương tự như vậy.
1) Tính pH của hỗn hợp các acid Biết hằng số acid của HCOOH và
2) Xác định nồng độ của các acid trong các dung dịch ban đầu
3) Tính tỉ lệ thể tích của các acid đem trộn ban đầu
4) Xác định độ phân li của các acid trong các dung dịch ban đầu và trong hỗn hợp Giải thích kết quả này
5) Xác định thể tích nước cần thêm vào hỗn hợp acid để tăng gấp đôi độ phân li của formic acid
1) Từ các phương trình phân li acid:
Theo các điều kiện trong đề bài: nồng độ mỗi acid là c = 0.2 M và [H + ] 2 K1ãc + K2ãc, do đú [H + ] 2 = 0.2(K1 + K2) và [H + ] = 6.17ã10 -3 M pH = -lg[H + ] 2.21
2) Theo định luật Ostwald: [H + ] = (Kãc0) 1/2
Trong trường hợp formic acid: c0 = [H + ] 2 /K1 = 0.215 M
Trong trường hợp propionic acid: c0 = 2.841 M
Sau khi trộn, độ phân li có thể được xác định bằng công thức = [A - ]/c0, trong đó [A - ] là nồng độ anion Kết quả cho thấy rằng độ phân li không thay đổi do pH không thay đổi.
5) Độ phõn li mới (tăng gấp đụi) là = 2.87ã2 = 5.74 %
Thể tích nước thêm vào là 6 – 1.5 = 4.5 L
17
Lấy 5 ml dung dịch H3PO4 với nồng độ 39,2% và khối lượng riêng 1,25 gam/cm³, sau đó pha loãng thành 500 ml để thu được dung dịch I Các giá trị hằng số acid Ka của H3PO4 lần lượt là 7,1 x 10^-3, 6,2 x 10^-8 và 5,0 x 10^-12.
1) Tính pH của dung dịch I
2) Lấy 100 ml dung dịch I rồi hòa tan 0,28 gam NaOH vào, thu được dung dịch II Tính pH dung dịch này
3) Thêm 0,0196 gam sulfuric acid vào dung dịch II, thu được dung dịch III Tính pH dung dịch này
4) Thêm 20 mg NaOH vào dung dịch II, thu được dung dịch IV Tính pH dung dịch này
5) Thêm 30 ml nước vào dung dịch II, thu được dung dịch V Tính pH dung dịch này
Dung dịch có khả năng duy trì pH ổn định, được gọi là dung dịch đệm, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng khoa học và công nghiệp Ví dụ, dung dịch đệm axit-acetat được sử dụng trong phân tích hóa học, trong khi dung dịch đệm phosphate thường thấy trong nuôi cấy tế bào Những dung dịch này giúp ổn định pH, đảm bảo các phản ứng hóa học diễn ra hiệu quả và bảo vệ sự sống của tế bào trong môi trường nuôi cấy.
1) Trước tiên, cần tính nồng độ mol của dung dịch I
Dung dịch ban đầu có nồng độ 39,2 1,25 C 5,0 M
98 Nồng độ của dung dịch I là
Phosphoric acid là một acid trung bình với khả năng phân li nhiều nấc Tuy nhiên, sự chênh lệch giữa hằng số phân li thứ nhất và thứ hai lên tới khoảng 10^5 lần, do đó có thể bỏ qua giai đoạn phân li thứ hai.
Giải phương trỡnh bậc hai thu được [H3O + ] = 1,56ã10 -2 M và pH = 1,81
C(Na2HPO4) = 0,002 / 0,1 = 0,02 M pH = pK2 + lg [C(Na2HPO4)/ C(NaH2PO4)] = 7,2 – 0,176 = 7,024
C(Na2HPO4) = (0,002-0,0004) / 0,1 = 0,016 M pH = pK2 + lg [C(Na2HPO4)/ C(NaH2PO4)] = 7,2 – 025 = 6,95
C(Na2HPO4) = 0,002 / 0,13 = 0,0154 M pH = pK2 + lg [C(Na2HPO4)/ C(NaH2PO4)] = 7,2 – 0,176 = 7,024
6) Các dung dịch đệm, ví dụ: HOAc/NaOAc; NH4Cl/NH3
Trong bài viết này, chúng ta sẽ nghiên cứu quá trình thủy phân anion pyrophotphat (P2O7 4–) bằng enzyme Giả định rằng nồng độ pyrophotphat thấp hơn hằng số Michaelis, nên phản ứng sẽ có bậc nhất Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 25 °C và pH thích hợp.
= 7 thì hằng số tốc độ của phản ứng giả bậc nhất là k 7 * =0, 0010s − 1 Cơ chế của phản ứng thủy phân này như sau:
Hằng số phân ly axit nấc 1 và 2 được xác định lần lượt là pK1 = 6.12 và pK2 = 8.95, trong khi k là hằng số tốc độ thực không phụ thuộc vào pH trong giai đoạn 3 Để thể hiện các hằng số K1 và K2, ta có thể viết phương trình phân ly axit Tổng nồng độ anion pyrophotphat có thể được tính qua phương trình phù hợp Để tính giá trị hằng số tốc độ thực k, cần áp dụng các phương pháp tính toán thích hợp Cuối cùng, giá trị hằng số tốc độ k6* tại pH=6 và k8* tại pH=8 cũng cần được xác định để hoàn thiện các phân tích.
21
Glutamine (Gln) và glutamic acid (Glu) là hai amino acid thiên nhiên có cấu trúc tương tự, chỉ khác nhau ở nhóm amide và carboxylic ở cuối mạch Sự khác biệt nhỏ này dẫn đến những thay đổi đáng kể trong tính chất hóa học của chúng.
1) Viết các cân bằng trong dung dịch nước của mỗi amino acid
Để xác định công thức tính hằng số cân bằng cho các cân bằng trong phần 1, cần tính điểm đẳng điện IP của từng amino acid, tức là giá trị pH mà tại đó điện tích dương bằng điện tích âm.
Amino acid/pKa pK1 pK2 pK3
K1 = [H + ][Gln]/[GlnH + ], pK1 = pH + lg[Gln]/[GlnH + ]
K2 = [H + ][Gln - ]/[Gln], pK2 = pH + lg[Gln - ]/[Gln]
Tại điểm đẳng điện: [H + ] + [GlnH + ] = [Gln - ] + [HO - ]
Do [HO - ] = Kw/[H + ], Kb = Kw/K2, [GlnH + ] = [H + ][Gln]/K1, [Gln - ] = [Gln]K2/[H + ] [H+] 2 (1 + Gln/K1) = Kw + K2[Gln]
K1Kw 13 lại mất màu Khi pH = 2, dung dịch không màu, và ở pH ~ 15 cũng không có màu Ở pH ~ -1, màu sắc chuyển sang da cam Sự thủy phân một phần của Ni 2+ tạo ra môi trường có tính acid yếu, dẫn đến phenolphthalein không màu khi pH gần bằng 7.
G - sulfanilic acid D - muối diazonium E - dimethylaniline c) methyl da cam trong môi trường kiềm có màu vàng, trong môi trường acid có màu đỏ d)
Phenolphthalein, được điều chế lần đầu tiên bởi Adolf von Baeyer vào năm 1871 từ C6H6O và C8H4O3 qua quá trình đun nóng trong sulfuric acid đặc, đã trở thành một chất quan trọng trong y học và hóa học Hơn một thế kỷ sau, dược sĩ sử dụng phenolphthalein như một loại thuốc nhuận tràng, trong khi các nhà hóa học khai thác đặc tính biến đổi màu sắc của nó theo pH.
Từ H3In + H2In In 2- In(OH) 3- pH < 0 0 - 8.2 8.2 - 12.0 > 12.0
Màu sắc dung dịch Da cam Không màu Màu hồng Không màu
1) Đề xuất công thức cấu tạo của C6H6O và C8H4O3
2) Vẽ công thức cấu tạo của tất cả các dạng của phenolphthalein
Phenolphthalein là một thành phần quan trọng trong mực tàng hình, cho phép mực biến màu từ hồng sang không màu theo thời gian Thành phần cần thiết thứ hai cho mực tàng hình là một chất có khả năng tạo phản ứng với phenolphthalein, dẫn đến sự biến đổi màu sắc Phương trình phản ứng dẫn tới sự biến màu của mực có thể được xác định dựa trên các yếu tố hóa học liên quan Để phục hồi màu sắc của mực, có thể sử dụng các tác nhân như axit hoặc bazơ, tùy thuộc vào điều kiện môi trường.
Trong quá trình chuẩn độ mẫu dung dịch chứa ion carbonate và hydrocarbonate, dung dịch HCl chuẩn được sử dụng với hai chỉ thị khác nhau: phenolphthalein và methyl da cam Khi sử dụng phenolphthalein (pH 8.2 - 9.8), ion carbonate sẽ phản ứng với HCl để tạo thành ion bicarbonate, theo phương trình: CO₃²⁻ + HCl → HCO₃⁻ + Cl⁻ Đối với chỉ thị methyl da cam (pH 3.1 - 4.4), ion bicarbonate sẽ tiếp tục phản ứng với HCl tạo thành carbon dioxide và nước, theo phương trình: HCO₃⁻ + HCl → CO₂ + H₂O + Cl⁻ Biết rằng V2 = 3V1, ta có thể tính toán tỉ lệ giữa ion carbonate và hydrocarbonate trong dung dịch.
Phenolphthalin (C20H16O3) được tổng hợp bằng cách khử phenolphthalein bằng bột kẽm trong môi trường pH 10 - 12 Chất này có khả năng xác định nồng độ HCN trong không khí khi có sự hiện diện của ion Cu(II), thông qua sự xuất hiện của màu hồng Để hiểu rõ hơn về phenolphthalin, cần xác định công thức cấu tạo của nó và viết các phản ứng hóa học liên quan đến quá trình xác định HCN.
1) Phenolphthalein được tổng hợp theo phản ứng:
2) Tùy thuộc vào pH, sự proton hóa (trong môi trường acid) hoặc deproton hóa (trong môi trường kiềm) của phenolphthalein sẽ diễn ra:
3) Thành phần thứ hai là dung dịch kiềm loãng
Sự biến màu xảy ra do tương tác của dung dịch kiềm với CO2 trong không khí: OH - + CO2 = HCO3 -
It is evident from the color change range of the indicators that titrations will conclude with phenolphthalein at pH 8-10 and with methyl orange at pH 3-4 Consequently, titration with phenolphthalein results in the formation of hydrocarbonate from carbonate, while titration with methyl orange leads to the conversion of both carbonate and hydrocarbonate into carbon dioxide.
Trong quá trình chuẩn độ, số mol CO3 2- được ký hiệu là x và số mol HCO3 - là y Khi chuẩn độ carbonate thành CO2, cần sử dụng 2x mol acid, trong khi chuẩn độ carbonate thành hydrocarbonate chỉ cần x mol acid Điều này cho thấy rằng lượng acid cần thiết để chuẩn độ carbonate thành hydrocarbonate ít hơn 3 lần so với chuẩn độ hỗn hợp carbonate và hydrocarbonate.
Nghĩa là dung dịch ban đầu là hỗn hợp đẳng mol của carbonate và hydrocarbonate ions
5) Sự khử phenolphthalein thành phenolphthalin trong môi trường kiềm diễn ra như sau:
Việc phát hiện axit hydrocyanic trong không khí dựa vào sự hình thành cyanocuprate, chất này có khả năng oxy hóa phenolphthalin trở lại thành phenolphthalein, tạo ra màu hồng trong dung dịch kiềm.
Dưới đây là các đường cong chuẩn độ 10.00 mL dung dịch chất X (khối lượng mol 381.4) với các dung dịch sau: a) HCl 0.02274 M; b) NaOH 0.02171 M và c) mannitol 0.500 M
1) Xác định công thức hợp chất X
2) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong quy trình phân tích này
3) Xác định khối lượng chất X trong dung dịch phân tích
4) Xác định giá trị pH của dung dịch thu được khi pha loãng 5 lần dung dịch ban đầu của X
2) a) Chuẩn độ với dung dịch HCl
B4O7 2- + 5 H2O → 2 H3BO3 + 2 H2BO3 (1) hoặc B4O7 2- + 7 H2O → 2 H3BO3 + 2 B(OH)4 (2) và sau đó
H2BO3 - + H + → H3BO3 (2a) hoặc B(OH)4 - + H + → H3BO3 + H2O (2b) b) Chuẩn độ với dung dịch NaOH: (1) hoặc (2) và
H3BO3 + OH - → H2BO3 - + H2O hoặc H3BO3 + OH - → B(OH)4 - c) Chuẩn độ với dung dịch mannitol: (1) hoặc (2) và
H3BO3 + 2R(OH)2 → [B(-O-R-O)2] 2- + 3H2O + H + trong đó R(OH)2 là kí hiệu mannitol
4) Giá trị pH sau khi pha loãng vẫn giữ nguyên và bằng 9.18
Phương trình Henderson-Hasselbalch là công cụ quan trọng để tính toán pH của dung dịch đệm, với điều kiện axit và bazơ đệm phải yếu nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán Bài viết này sẽ khảo sát phạm vi áp dụng của phương trình, đặc biệt với axit dicloaxetic có pKA là 1.290.
1) Áp dụng phương trình Henderson-Hasselbalch, hãy tính pH của dung dịch hỗn hợp axit dicloaxetic và natri dicloaxetat với nồng độ mỗi chất là 0.100 mol/L,
Tiếp theo chúng ta sẽ kiểm tra kết quả câu 1 bằng cách khảo sát dung dịch axit dicloaxetic có nồng độ 0.100 mol/L (thể tích 1L)
Để tính pH của dung dịch này, ta bỏ qua sự phân ly của nước và giả định rằng hoạt độ của các ion là 1 Đồng thời, cần xác định nồng độ của các ion có mặt trong dung dịch để có cái nhìn tổng quan về tính chất hóa học của nó.
Lúc này cho vào 0.1 mol natri dicloaxetat rắn để dịch chuyển cân bằng
Để tính pH của dung dịch mới, cần tránh việc áp dụng lại các giả định gần đúng đã sử dụng trước đó Cần xác định sai số giữa kết quả từ giả định gần đúng theo phương pháp Henderson-Hasselbalch và nồng độ chính xác của ion H3O+ là bao nhiêu phần trăm (%).
[H3O + ] = [CHCl2COO - ] = 5.04ã10 -2 mol/L pH = -log(7.92ã10 -2 ) = 1.297
Phosphoric acid (H3PO4) là một acid ba chức với K1 = 7.52ã10 -3 , K2 6.31ã10 -8 , và K3 = 1.26ã10 -12
1) Tính các giá trị pH ở 3 điểm tương đương (pH1, pH2, pH3) khi chuẩn độ dung dịch phosphoric acid 0.100 M bởi sodium hydroxide 0.100 M
Trong quá trình chuẩn độ axit phosphoric, cần xác định sai số chỉ thị Δ cho giai đoạn đầu tiên sử dụng chỉ thị methyl da cam với pT = 4.0 và giai đoạn hai sử dụng chỉ thị phenolphthalein với pT = 9.0 Việc này giúp đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả trong phân tích hóa học.
3) Tính giá trị pH của dung dịch đệm tạo thành bằng cách trộn lẫn các dung dịch Na2HPO4 1.00 M và NaH2PO4 với thể tích bằng nhau
4) pH của một hệ đệm sẽ thay đổi như thế nào nếu bị pha loãng 10 lần?
5) Khả năng đệm (π) là số mol của một acid hoặc base cần thêm vào 1.00
L dung dịch để làm pH của nó thay đổi 1 đơn vị Tính khả năng đệm của dung dịch ở ý 3
6) So sánh khả năng đệm của dung dịch 1 (Na3PO4 1.00 M/Na2HPO4 1.00
M, tỉ lệ thể tích 1:1, khả năng đệm π 1) và dung dịch 2 (Na2HPO4 1.00 M/NaH2PO4 1.00 M, tỉ lệ thể tích 1:1, khả năng đệm π 2)
7) Xác định tỉ lệ mol của các thành phần trong một dung dịch đệm để khả năng đệm đạt giá trị cực đại
Trong đó f là độ chuẩn
Sai số với chỉ thị methyl da cam: Δ = 0.013 hay 1.3 %
Sai số với chỉ thị phenolphthalein: Δ = 0.016 hay 1.6 %
4) pH của hệ đệm không thay đổi khi pha loãng
5) Bắt đầu từ định nghĩa:
Từ pH = -lg[H + ], cbuf = [acid + base] (phương trình bảo toàn vật chất), ta có
Thế biểu thức trên vào phương trình tính π
= + + buf acid base acid base d base acid buf
Nồng độ của acid và base trong các dung dịch 1, 2 bằng nhau, do đó khả năng đệm cũng bằng nhau
7) Khả năng đệm đạt cực đại nếu tỉ lệ các thành phần bằng nhau.
Ammophos là một loại phân bón chứa cả đạm (nitrogen) và lân (phosphorus), được tạo thành từ hỗn hợp dihydrogen phosphate và ammonium hydrogen phosphate Công thức khô của ammophos có thể được biểu diễn dưới dạng a(NH4)2HPO4 + bNH4H2PO4, trong đó a và b lần lượt là phần mol của hydrophosphate và dihydrogen phosphate, với điều kiện 0 < a < 1 và 0 < b < 1.
Một mảnh đất 100 m² sử dụng 4.5 kg phân bón ammophos Để đảm bảo khối lượng phosphorus không vượt quá 11.2 gram và nitrogen không quá 8.4 gram trên mỗi m², cần xác định thành phần của ammophos.
Dung dịch thu được từ việc hòa tan một mẫu ammophos trong 1.00 L nước có pH là 6.14 Để xác định thành phần mol của các cấu tử trong ammophos, cần lưu ý rằng dung dịch này được chứa trong một bình gần như đóng kín, do đó không có sự giải phóng ammonia.
3) Trong khí quyển ammonia 1 atm, có 40.9 gram khí này hòa tan trong
Để xác định pH của dung dịch NH3 bão hòa với áp suất p(NH3) = 1 atm (101325 Pa) và khối lượng 100 gram nước (ρdung dịch = 0.76 gram/mL), chúng ta cần tính toán dựa trên nồng độ của NH3 trong dung dịch Bỏ qua sự thay đổi nồng độ ion trong dung dịch, pH có thể được tính bằng công thức liên quan đến nồng độ ion hydroxide Hằng số cân bằng của phản ứng giữa NH3 trong dung dịch và NH3 khí cũng cần được xác định để hiểu rõ hơn về sự cân bằng hóa học trong hệ thống này.
Nồng độ ammonia tối đa cho phép trong không khí là 0.0200 mg/L Một kỹ thuật viên đã hòa tan 20.0 gram ammonium phosphate vào 1.00 L nước trong bình chứa có kích thước 8 m x 5 m x 2.5 m ở nhiệt độ 25°C Sau một thời gian, pH của dung dịch giảm xuống còn 4.60 Cần tính toán nồng độ cân bằng của acid phosphoric và các ion orthophosphate, cũng như nồng độ cân bằng của ammonia và ion ammonium trong dung dịch để xác định xem nồng độ ammonia trong phòng đã đạt ngưỡng giới hạn hay chưa.
Cho biết: Ka1(H3PO4) = 7.52ã10 -3 , Ka2(H3PO4) = 6.31ã10 -8 , Ka3(H3PO4) 1.26ã10 -12 , Ka(NH4 +) = 6.31ã10 -10 , Kw = 1.00ã10 -14
Công thức của ammophos được biểu diễn qua tham số a: a(NH4)2HPO4 + (1-a)NH4H2PO4 Khối lượng mol của ammophos được tính bằng M = 132a + 115(1-a) = 115 + 17a Trong một mẫu ammophos, khối lượng m chứa các khối lượng nitrogen và phosphorus.
Trên mỗi m 2 có 45 gram phân bón Thế khối lượng vào các phương trình trên, ta có hai bất phương trình:
Vậy phần mol của hydrophosphate có thể thuộc khoảng 56 % đến 69 %
Trong dung dịch trong bình kín, ammonia không giải phóng, tỉ lệ các dạng acid trong dung dịch đệm tạo thành tương tự như trong muối ban đầu.
Chúng ta hãy chứng minh tính đúng đắn của giả định rằng thực tế thì toàn bộ ammonia là ở dạng ammonium ion:
Tại một pH nhất định:
3) a) Nồng độ mol ammonia là
Nồng độ các hydrogen ion có thể bỏ qua Ta có hệ phương trình: b) Hãy tính nồng độ của ammonia trong dung dịch tại áp suất 101325 Pa
Nghĩa là gần như toàn bộ ammonia tồn tại ở dạng trung hòa Паãл/моль = PaãL/mol
4) Chưa đạt ngưỡng tới hạn.
Ascorbic acid (AA), thường biết đến với tên gọi "vitamin C", được sử dụng làm chất cung cấp vitamin
1) Nhóm nào trong AA dễ phân li proton nhất?
2) Có bao nhiêu hằng số phân li của các giai đoạn có thể được ước lượng từ đường cong chuẩn độ dung dịch AK 0.1 M bởi dung dịch kiềm 0.1
M không? Chúng ta có thể ước tính theo ba cách khác nhau, với pH tại điểm tương đương là 8.4 Đã có những trường hợp doanh nhân không trung thực sử dụng axit citric (CA) với chi phí thấp hơn để bán dưới nhãn hiệu AA.
Để xác định ascorbic và citric acid bằng dung dịch NaOH 0.1000 M, chúng ta sử dụng các chỉ thị như methyl da cam (pT = 3.5), bromophenol đỏ (pT = 6.0), phenol đỏ (pT = 8.0) và thymolphthalein (pT = 10.2) Phương trình phản ứng cho phép phân tích là: HA + NaOH → A- + H2O Chỉ thị được lựa chọn sẽ phụ thuộc vào giá trị pKa của acid Với citric acid có các giá trị pKa1 = 3.1, pKa2 = 4.7 và pKa3 = 6.4, chúng ta có thể chọn chỉ thị phù hợp cho từng giai đoạn của quá trình titration Đối với dung dịch citrate 2 lần thế Na2HA, pH có thể được tính dựa trên cân bằng: 2HA ↔ HA2- + A3-.
Để phân tích hỗn hợp AA và CA khan, mẫu AA được hòa tan trong 25.00 mL nước và thêm 1.50 mL dung dịch iodine 0.0752 M vào 10.00 mL của dung dịch này, sau đó để trong tối Sau 2 phút, chỉ thị hồ tinh bột được thêm vào và chuẩn độ bằng dung dịch sodium thiosulfate 0.00984 M, cần 2.63 mL để hoàn thành Mẫu AA cũng được hòa tan trong 20.00 mL nước với 1 mL dung dịch khác.
Trong thí nghiệm, 15.00 mL dung dịch KMnO4 0.1053 M được đun nóng trong môi trường H2SO4 đặc và sau đó chuẩn độ với dung dịch FeSO4 0.1011 M, cần 10.88 mL chất chuẩn Phản ứng diễn ra khi acid ascorbic (AA) bị oxy hóa bởi iodine tạo thành dehydroascorbine (C6H6O6), trong khi permanganate oxy hóa cả hai acid thành CO2 Từ đó, cần tính toán khối lượng của acid ascorbic và acid citric trong mẫu.
1) Nguyên tử hydrogen của nhóm hydroxyl, ở vị trí β so với nhóm carbonyl, có tính acid mạnh nhất
2) Từ đường cong chuẩn độ AA chỉ quan sát được một bước nhảy Hằng số acid có thể được ước tính theo các cách sau:
Cách 1: Khi bắt đầu chuẩn độ pH0 ≈ 2.5
Cách 2: Trạng thái của hệ tại điểm tương đương được mô tả bởi cân bằng sau: А - + Н2О = HA + OH -
Hằng số cân bằng là
Do [HA] ≈ [OH - ] (đều được tạo thành bởi sự thủy phân A - ) nên:
Cách 3: Giá trị Ka có thể được ước tính từ công thức xấp xỉ để tính pH của hệ đệm:
Ví dụ, tại n = 0.5 theo đồ thị pH ≈ 4.0, nghĩa là K а = 1·10 -4
Có thể phân biệt axit citric và axit ascorbic thông qua chuẩn độ acid-base dựa vào số đương lượng kiềm tiêu thụ Bài toán này được đơn giản hóa do các giá trị khối lượng mol của hai loại axit này gần như tương đương.
CA: C6H8O7 + 2NaOH = HC6H5O7Na2 + 2H2O (2 giai đoạn)
Hoặc C6H8O7 + 3NaOH = C6H5O7Na3 + 3H2O (3 giai đoạn)
Chúng ta xác định pH của citrate hai lần, tương ứng với pH tại điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ CA diễn ra qua hai giai đoạn Ký hiệu [HC6H5O7 2-] được biểu thị là [HA 2-] và giá trị [HA 2-] được tính toán từ các hằng số Ka2 và Ka3.
Do đú [H + ] 2 = Ka2 ã Ka3 ã [H2A - ] / [A 3- ] Nhưng từ cõn bằng HA 2- H2A - +
A 3- được cho trong đề bài (ý 2) thỡ [H2A - ] = [A 3- ], do đú [H + ] 2 = Ka2 ã Ka3 và pH = 1/2(pKa2 + pKa3) = 5.6
Chỉ thị cho chuẩn độ 2 giai đoạn là bromophenol đỏ Để phân biệt AA và AC, chúng ta cũng có thể sử dụng chuẩn độ citrate 3 lần thế
Trong trường hợp này, chỉ thị là thymolphthalein (pTind = 10.2)
4) Khối lượng các acid trong mẫu là 0.0192 gram.
61
Phương trình Henderson-Hasselbalch là công cụ quan trọng để tính pH của dung dịch đệm, với điều kiện axit và bazơ phải yếu để đơn giản hóa tính toán Bài viết này sẽ khám phá phạm vi áp dụng của phương trình này, đặc biệt khi xem xét axit dicloaxetic có pKA là 1.290.
1) Áp dụng phương trình Henderson-Hasselbalch, hãy tính pH của dung dịch hỗn hợp axit dicloaxetic và natri dicloaxetat với nồng độ mỗi chất là 0.100 mol/L,
Tiếp theo chúng ta sẽ kiểm tra kết quả câu 1 bằng cách khảo sát dung dịch axit dicloaxetic có nồng độ 0.100 mol/L (thể tích 1L)
Để tính pH của dung dịch, chúng ta sẽ bỏ qua sự phân ly của nước và giả định rằng hoạt độ các ion là 1 Đồng thời, cần xác định nồng độ các ion có mặt trong dung dịch để có được thông tin chính xác về tính axit hoặc bazơ của nó.
Lúc này cho vào 0.1 mol natri dicloaxetat rắn để dịch chuyển cân bằng
Để tính pH của dung dịch mới, cần tránh việc áp dụng lại những giả định gần đúng đã sử dụng trước đó Cần xác định sai số giữa giả định gần đúng theo phương pháp Henderson-Hasselbalch và nồng độ chính xác của ion H3O+ là bao nhiêu phần trăm (%).
[H3O + ] = [CHCl2COO - ] = 5.04ã10 -2 mol/L pH = -log(7.92ã10 -2 ) = 1.297
Phosphoric acid (H3PO4) là một acid ba chức với K1 = 7.52ã10 -3 , K2 6.31ã10 -8 , và K3 = 1.26ã10 -12
1) Tính các giá trị pH ở 3 điểm tương đương (pH1, pH2, pH3) khi chuẩn độ dung dịch phosphoric acid 0.100 M bởi sodium hydroxide 0.100 M
Trong quá trình chuẩn độ axit phosphoric, việc xác định sai số chỉ thị Δ là rất quan trọng Ở giai đoạn đầu tiên, sử dụng chỉ thị methyl da cam với pT = 4.0, cần lưu ý đến độ chính xác của phép đo Giai đoạn hai sử dụng chỉ thị phenolphthalein với pT = 9.0, cũng yêu cầu kiểm tra sai số để đảm bảo kết quả đáng tin cậy.
3) Tính giá trị pH của dung dịch đệm tạo thành bằng cách trộn lẫn các dung dịch Na2HPO4 1.00 M và NaH2PO4 với thể tích bằng nhau
4) pH của một hệ đệm sẽ thay đổi như thế nào nếu bị pha loãng 10 lần?
5) Khả năng đệm (π) là số mol của một acid hoặc base cần thêm vào 1.00
L dung dịch để làm pH của nó thay đổi 1 đơn vị Tính khả năng đệm của dung dịch ở ý 3
6) So sánh khả năng đệm của dung dịch 1 (Na3PO4 1.00 M/Na2HPO4 1.00
M, tỉ lệ thể tích 1:1, khả năng đệm π 1) và dung dịch 2 (Na2HPO4 1.00 M/NaH2PO4 1.00 M, tỉ lệ thể tích 1:1, khả năng đệm π 2)
7) Xác định tỉ lệ mol của các thành phần trong một dung dịch đệm để khả năng đệm đạt giá trị cực đại
Trong đó f là độ chuẩn
Sai số với chỉ thị methyl da cam: Δ = 0.013 hay 1.3 %
Sai số với chỉ thị phenolphthalein: Δ = 0.016 hay 1.6 %
4) pH của hệ đệm không thay đổi khi pha loãng
5) Bắt đầu từ định nghĩa:
Từ pH = -lg[H + ], cbuf = [acid + base] (phương trình bảo toàn vật chất), ta có
Thế biểu thức trên vào phương trình tính π
= + + buf acid base acid base d base acid buf
Nồng độ của acid và base trong các dung dịch 1, 2 bằng nhau, do đó khả năng đệm cũng bằng nhau
7) Khả năng đệm đạt cực đại nếu tỉ lệ các thành phần bằng nhau
Ammophos là một loại phân bón phổ biến, bao gồm dihydrogen phosphate và ammonium hydrogen phosphate, cung cấp cả nitrogen và phosphorus cho cây trồng Công thức hóa học của ammophos khô được biểu diễn dưới dạng a(NH4)2HPO4 + bNH4H2PO4, trong đó a và b lần lượt là phần mol của hydrophosphate và dihydrogen phosphate, với điều kiện 0 < a < 1 và 0 < b < 1.
Một mảnh đất có diện tích 100 m² sử dụng 4.5 kg phân bón ammophos Cần xác định thành phần của ammophos sao cho khối lượng phosphorus trên mỗi m² không vượt quá 11.2 gram và nitrogen không vượt quá 8.4 gram.
Dung dịch thu được từ việc hòa tan một mẫu ammophos trong 1.00 L nước có pH là 6.14 Để xác định thành phần mol của các cấu tử trong ammophos, cần lưu ý rằng dung dịch này được chứa trong một bình gần như đóng kín, do đó không có sự giải phóng ammonia.
3) Trong khí quyển ammonia 1 atm, có 40.9 gram khí này hòa tan trong
Để xác định pH của dung dịch NH3 bão hòa với áp suất p(NH3) = 1 atm (101325 Pa) và khối lượng 100 gram nước (ρdung dịch = 0.76 gram/mL), ta cần bỏ qua sự thay đổi nồng độ ion trong dung dịch Bên cạnh đó, hằng số cân bằng của phản ứng giữa NH3 trong dung dịch và NH3 trong khí cũng sẽ được tính toán.
Nồng độ ammonia tối đa cho phép trong không khí là 0.0200 mg/L Một kỹ thuật viên đã hòa tan 20.0 gram ammonium phosphate (0.50(NH4)2HPO4 và 0.50NH4H2PO4) vào 1.00 L nước trong một bình chứa mở, có kích thước 8 m x 5 m x 2.5 m ở 25 oC Sau một thời gian, pH của dung dịch giảm xuống 4.60 Cần tính toán nồng độ cân bằng của axit phosphoric và các ion orthophosphate, cũng như nồng độ cân bằng của ammonia và ion ammonium trong dung dịch để xác định xem nồng độ ammonia trong phòng đã đạt ngưỡng giới hạn hay chưa.
Cho biết: Ka1(H3PO4) = 7.52ã10 -3 , Ka2(H3PO4) = 6.31ã10 -8 , Ka3(H3PO4) 1.26ã10 -12 , Ka(NH4 +) = 6.31ã10 -10 , Kw = 1.00ã10 -14
Công thức của ammophos có thể được biểu diễn đơn giản qua thông số a: a(NH4)2HPO4 + (1-a)NH4H2PO4 Khối lượng mol của ammophos được tính là M = 132a + 115(1-a) = 115 + 17a Trong một mẫu ammophos, khối lượng m chứa các khối lượng nitrogen và phosphorus.
Trên mỗi m 2 có 45 gram phân bón Thế khối lượng vào các phương trình trên, ta có hai bất phương trình:
Vậy phần mol của hydrophosphate có thể thuộc khoảng 56 % đến 69 %
Trong dung dịch trong bình kín, ammonia không được giải phóng, do đó tỉ lệ các dạng acid trong dung dịch đệm tạo thành sẽ tương tự như trong muối ban đầu.
Chúng ta hãy chứng minh tính đúng đắn của giả định rằng thực tế thì toàn bộ ammonia là ở dạng ammonium ion:
Tại một pH nhất định:
3) a) Nồng độ mol ammonia là
Nồng độ các hydrogen ion có thể bỏ qua Ta có hệ phương trình: b) Hãy tính nồng độ của ammonia trong dung dịch tại áp suất 101325 Pa
Nghĩa là gần như toàn bộ ammonia tồn tại ở dạng trung hòa Паãл/моль = PaãL/mol
4) Chưa đạt ngưỡng tới hạn
Ascorbic acid (AA), thường biết đến với tên gọi "vitamin C", được sử dụng làm chất cung cấp vitamin
1) Nhóm nào trong AA dễ phân li proton nhất?
2) Có bao nhiêu hằng số phân li của các giai đoạn có thể được ước lượng từ đường cong chuẩn độ dung dịch AK 0.1 M bởi dung dịch kiềm 0.1
M không? Chúng ta có thể ước tính theo ba phương pháp khác nhau, với pH tại điểm tương đương là 8.4 Đã có trường hợp doanh nhân gian dối sử dụng axit citric (CA) với chi phí thấp hơn để bán dưới nhãn hiệu AA.
Để xác định ascorbic và citric acid bằng dung dịch NaOH 0.1000 M, ta sử dụng các chỉ thị như methyl da cam (pT = 3.5), bromophenol đỏ (pT = 6.0), phenol đỏ (pT = 8.0) và thymolphthalein (pT = 10.2) Phương trình phản ứng cơ bản cho phép phân tích là: HA + NaOH → A- + H2O Chỉ thị được lựa chọn phụ thuộc vào pKa của axit, với citric acid có pKa1 = 3.1, pKa2 = 4.7, và pKa3 = 6.4 Đối với dung dịch citrate 2 lần thế Na2HA, ta giả sử có cân bằng: 2HA ⇌ HA2- + A3- Tính pH của dung dịch này sẽ cần áp dụng công thức liên quan đến các pKa và nồng độ của các dạng ion.
Để phân tích hỗn hợp AA và CA khan, mẫu AA được hòa tan trong 25.00 mL nước và thêm 1.50 mL dung dịch iodine 0.0752 M Sau 2 phút trong bóng tối, chỉ thị hồ tinh bột được thêm vào và chuẩn độ với dung dịch sodium thiosulfate 0.00984 M, cần 2.63 mL chất chuẩn Mẫu AA cũng được hòa tan trong 20.00 mL nước với 1 mL dung dịch khác để tiếp tục phân tích.
Trong thí nghiệm, 15.00 mL dung dịch KMnO4 0.1053 M được đun nóng với H2SO4 đặc và sau đó chuẩn độ bằng dung dịch FeSO4 0.1011 M, tiêu tốn 10.88 mL chất chuẩn Phản ứng diễn ra bao gồm sự oxi hóa ascorbic acid bởi iodine, tạo thành dehydroascorbine (C6H6O6), và permanganate oxi hóa cả hai acid thành CO2 Cần tính toán khối lượng của ascorbic acid (AA) và dehydroascorbic acid (CA) trong mẫu.
1) Nguyên tử hydrogen của nhóm hydroxyl, ở vị trí β so với nhóm carbonyl, có tính acid mạnh nhất
2) Từ đường cong chuẩn độ AA chỉ quan sát được một bước nhảy Hằng số acid có thể được ước tính theo các cách sau:
Cách 1: Khi bắt đầu chuẩn độ pH0 ≈ 2.5
Cách 2: Trạng thái của hệ tại điểm tương đương được mô tả bởi cân bằng sau: А - + Н2О = HA + OH -
Hằng số cân bằng là
Do [HA] ≈ [OH - ] (đều được tạo thành bởi sự thủy phân A - ) nên:
Cách 3: Giá trị Ka có thể được ước tính từ công thức xấp xỉ để tính pH của hệ đệm:
Ví dụ, tại n = 0.5 theo đồ thị pH ≈ 4.0, nghĩa là K а = 1·10 -4
62
Eriocrom đen T (H3Ind) là một chỉ thị phổ biến trong các phản ứng chuẩn độ phức với EDTA (Na2H2Y) Hợp chất này có chứa một nhóm axit sunfonic dễ hòa tan trong nước cùng với hai nhóm phenol chỉ hòa tan một phần.
H2O + H2Ind - = Hind 2- + H3O + Đỏ xanh da trời
Eriocrom đen T tạo phức kim loại có màu đỏ, với tính pH tối thiểu cho phép sử dụng chất chỉ thị này trong phản ứng tạo phức Sự thay đổi màu sắc chỉ có thể quan sát được khi nồng độ của hai dạng màu chênh lệch nhau ít nhất 10 lần Đặc biệt, vùng chuyển màu của Eriocrom đen T được xác định khi chuẩn độ ion Mg 2+.
Để xác định nồng độ cân bằng của ion kim loại trong dung dịch, ta có hai dung dịch chứa Mg²⁺ và Ca²⁺ với nồng độ 0,00500 M, mỗi dung dịch 50,00 mL Sau khi chuẩn độ bằng 25 mL dung dịch EDTA 0,0100 M ở pH 10, ta biết hằng số bền của phức MgInd là 1,0 x 10⁷ và CaInd là 2,58 x 10⁵ Hằng số cân bằng tạo phức ở pH này lần lượt là Kb(MgY²⁻) = 1,72 x 10⁸ và Kb(CaY²⁻) = 1,75 x 10¹⁰ Từ đó, ta có thể tính toán nồng độ cân bằng của ion kim loại trong dung dịch.
Hướng dẫn thay tỉ số [Hind 2- ] / [H2Ind - ] = 10 vào biểu thức hằng số phân ly thứ nhất cho thấy [H + ] = 5,0.10 -8, tương ứng với pH = 7,3 Dựa trên giả thiết về sự biến đổi màu sắc, chúng ta nhận thấy rằng hiện tượng màu chỉ rõ ràng khi tỉ lệ [MeInd - ] / [Hind 2- ] thay đổi từ 10 đến 0,10 Biến đổi biểu thức K2 cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về mối quan hệ này.
Thay thế các giá trị tương ứng vào ta thu được
[Ca 2+ ] = 1,9.10 -3 – 1,9.10 -5 M c) Nồng độ cation kim loại trong dung dịch phân tích ở điểm tương đương sẽ là
Cation kim loại chỉ được hình thành khi phức bị phân ly, tức là nồng độ ion kim loại phải bằng tổng nồng độ các dạng EDTA không tham gia tạo phức Điều này có nghĩa là [Me 2+] = CT và [MeY 2-] = 0,00333 – [Me 2+] Khi thay vào biểu thức tính hằng số cân bằng phức, ta có thể xác định các giá trị cần thiết cho quá trình phân tích.
Từ đó tính được [Mg 2+ ] = 4,4.10 -6 M và [Ca 2+ ] = 4,36.10 -7 M
64
Dưới đây là trích đoạn trong một bài báo khoa học :
Bệnh sỏi thận hiện nay là một vấn đề nghiêm trọng, với đa số sỏi thận có thành phần đa phase Nghiên cứu các viên sỏi lấy ra từ cơ thể sống cho thấy chúng có cấu trúc phức tạp, bao gồm phần nhân chứa khoáng whewellite, phần giữa là khoáng whedellite, và phần bên ngoài là khoáng brushite Ngoài ra, một số sỏi có thể có phần nhân chứa uric acid, phần giữa là khoáng whedellite hoặc whewellite, và phần bên ngoài là hydroxyapatite.
Hiện nay, có nhiều loại thuốc chữa sỏi thận, trong đó Blemarene được sử dụng phổ biến để hòa tan sỏi Blemarene là một hệ đệm gồm axit citric và các muối ba lần thế của nó, cụ thể là potassium và sodium citrate Hiệu quả hòa tan sỏi của Blemarene được giải thích bởi việc tăng giá trị pH của nước tiểu lên đến 6.8, nhờ tác động của thuốc Sự phá hủy sỏi oxalat diễn ra nhờ sự tạo phức của ion calcium với citrate, với hằng số ổn định lgKstab = 4.68.
(T ạ p chí Hoá h ọc Vô cơ Nga, 2002, tậ p 47, s ố 3, trang 456-464)
1) Xác định công thức hoá học của whewellite, whedellite, brushite, hydroxyapatite và uric acid dựa vào các thành phần nguyên tố sau Gọi tên các chất này
Khoáng Phần trăm khối lượng, %
2) Biết rằng trong dung dịch C2H4C(OH)(COOH)3 (citric acid ba chức hay
- ion dihydrocitrate H2X - đạt nồng độ cực đại ở pH = 3.95;
- ion hydrocitrate HX 2- đạt đạt nồng độ cực đại ở pH = 5.57;
- còn nồng độ hai ion này bằng nhau ở pH = 4.76
Xác định hằng số acid của citric acid (Ka1, Ka2, Ka3) dựa vào các giá trị này
Để xác định giá trị pH của blemarene, cần xem xét ba trường hợp khác nhau: a) Khi chỉ có dạng H3X tồn tại trong dung dịch, pH sẽ phụ thuộc vào nồng độ ion H3X b) Trong trường hợp chỉ có dạng X3- hiện diện, pH sẽ được xác định dựa trên nồng độ ion X3- c) Khi nồng độ của hai ion hydrocitrate và citrate bằng nhau, pH sẽ phản ánh sự cân bằng giữa hai dạng này trong dung dịch.
4) Tỉ lệ nồng độ của các dạng proton hóa khác nhau của citric acid (H3X,
H2X - , HX 2 , X 3- ) trong urine sau khi có tác động của blemarine là bao nhiêu? Cho biết pH của urine là 6.8
5) Phải trộn citric acid và potassium citrate ở tỉ lệ mol nào để tạo được pH = 6.8
6) Khả năng tạo phức của ion Ca 2+ với blemarine phụ thuộc như thế nào vào pH của urine?
The solubility of whedellite in urine (g/L) is influenced by blemarene, given that the solubility product (KS) of whedellite is 1.8 x 10^-9 Following the application of blemarene, the total concentration of citric acid and its salts in the urine is measured at 0.012M.
8) Dạng nào của citric acid tồn tại trong urine ở pH = 6.8? Cho biết hằng số acid của citric acid là Ka1 = 10 -5.75 và Ka2 = 10 -10.3
Whewellite Ca:C:O:H = 27,40/40 : 16,44/12 : 54,79/16 : 1,37/1 1:2:5:2 CaC2O4ãH2O (calcium oxalate monohydrate)
Whedellite Ca:C:O:H = 24,39/40 : 14,63/12 : 58,54/16 : 2,44/1 1:2:6:4 CaC2O4ã2H2O (calcium oxalate dihydrate) Brushite Ca:H:P:O = 0,58:2,91:0,58:3,49 = 1:5:1:6
CaHPO4ã2H2O (calcium hydrophosphate dyhydrate) Uric acid C:H:N:O = 2,98:2,38:2,38:1,79 = 5:4:4:3
2) Trong dung dịch acid ba chức H3X:
[H2X - ] đạt cực đại ở pH = (pKa1 + pKa2)/2 = 3.95
[HX 2- ] đạt cực đại ở pH = (pKa2 + pKa3)/2 = 5.57
Do đú pKa1 = 3.14 (Ka1 = 1.24ã10 -4 ); pKa2 = 4.76 (Ka2 = 1.14ã10 -5 ); pKa3 = 6.38 (Ka3 = 4.17ã10 -7 )
3) a) tại pH < pKa1 - 1 = 2.14 b) tại pH > pKa3 + 1 = 7.38 c) tại pH = pKa3 = 6.38 do Ka3 = [𝑋 3− ][𝐻 + ]
4) Phần mol của các cấu tử 𝜒 trong dung dịch của một acid ba chức được tính theo công thức sau:
5) Trộn theo tỉ lệ khoảng 9.7/1
Khả năng tạo phức của canxi tăng lên khi nồng độ ion citrate tăng, đồng nghĩa với việc pH cũng tăng Trong môi trường có pH thấp, axit sẽ tạo ra ion hydrocitrate và dihydrocitrate, tuy nhiên, những ion này không tạo ra phức bền với ion canxi.
8) Trong dung dịch acid hai chức này, ở pH = 6.8 thì dạng HY - chiếm ưu thế (cùng với một lượng nhỏ H2Y)
Nhà hóa học trẻ Vasya đã thực hiện thí nghiệm với 1.5 gam đinh sắt trong 100 mL dung dịch axit citric Khi rỉ sắt biến mất nhưng trước khi sắt hòa tan, cậu đã lặp lại quá trình với dung dịch mới Sau khi lọc, khối lượng đinh sắt không hòa tan là 0.1 gam, và cậu đã làm bay hơi dung dịch đến khô Vasya đặt muối citrate monohydrate vào ống nghiệm và đốt trong phòng thông gió để tránh khí độc Sản phẩm rắn thu được nặng 1.0 gam và được hút bởi nam châm Khi đổ hóa chất ra, cậu quan sát thấy tia lửa do phản ứng tự cháy, và sau thí nghiệm, ống nghiệm còn lại một ít bồ hóng.
Để viết các phương trình phản ứng hòa tan đinh sắt và gỉ (Fe(OH)3), ta có thể sử dụng phương trình: Fe + 3H2O + 3O2 → 2Fe(OH)3 Phương trình tối giản của phản ứng phân hủy citrate là C6H5O7^3- → 3CO2 + 2H2O Đối với phản ứng đốt cháy sản phẩm, phương trình có thể được trình bày như: CxHy + O2 → CO2 + H2O Để tính khối lượng gỉ bị hòa tan, cần xác định số mol của Fe(OH)3 và áp dụng công thức tính khối lượng.
2) a) Tính lượng sulfuric acid cực tiểu cần pha loãng với nước để tạo thành
Trong 100 mL dung dịch, 0.4 gam gỉ sắt có thể được hòa tan hoàn toàn Để xác định liệu Vasya có thể hòa tan hết lượng gỉ sắt này bằng nước chanh có nồng độ 67 gam/L axit citric, cần tính toán khả năng hòa tan của axit citric trong dung dịch.
3) Tính tỉ lệ tốc độ hòa tan trong nước chanh và trong sulfuric acid 0.005
Để trả lời câu hỏi về sự tương tác giữa gỉ sắt và sắt, cần tính toán pH của acid, đồng thời lập sơ đồ phản ứng và phương trình tốc độ liên quan.
Tớch số tan của Fe(OH)3: Ks = [Fe 3+ ][OH - ] 3 = 4ã10 -38 Cỏc hằng số acid
Kа(H3Cit) 8.4ã10 -4 , 1.7ã10 -5 , 4ã10 -7 , Kа(СH3COOH) 1.74ã10 -5 Hằng số bền của phức chất iron citrate: β(FeCit) = [FeCit] / [Fe 3+ ][Cit 3- ] = 10 11.2 Phần mol của citrate ion α = [Cit 3- ] / cCit ở pH khác nhau: рН 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 a(Cit 3- ) 5.6ã10 -12 8.9ã10 -11 1.4ã10 -9 2.01ã10 -8 2.7ã10 -7 рН 3.0 3.4 3.8 4.2 a(Cit 3- ) 3.08ã10 -6 2.83ã10 -5 2.09ã10 -4 1.27ã10 -3
1) Sự hòa tan đinh sắt: Fe + 2H + → Fe 2+ + H2
Sự hòa tan gỉ: Fe(OH)3 + 3H + → Fe 3+ + 3H2O
Sự phân hủy của iron(II) citrate có thể dẫn đến sự xuất hiện của các tia lửa, cho thấy khả năng tạo thành sắt tự cháy Quá trình này tạo ra carbon tự do và khí CO Nếu toàn bộ hydrogen được chuyển hóa thành nước, phản ứng đơn giản nhất có thể được diễn ra như sau.
Fe3[C3H5(O)(COO)3]2ãH2O → 3Fe + 9CO + 3C + 6H2O
Phản ứng đốt sắt tự cháy: Fe + O2 → Fe2O3 + Fe3O4, hoặc bất kì phản ứng tạo thành các iron oxide
Sau khi phân hủy iron(II) citrate, ống nghiệm chứa sắt và bồ hóng với tỉ lệ khối lượng 56:12, ta tính được 1 gam chất trong ống nghiệm chứa 0.82 gam sắt Do đó, khối lượng gỉ bị hòa tan là 0.58 gam, tính từ 1.5 gam trừ đi 0.82 gam và 0.1 gam.
Sau khi hòa tan 0.4 phần gỉ sắt, nồng độ tổng của ion sắt (III) trong 100 mL dung dịch đạt 0.037 M Do không có phản ứng cạnh tranh từ ion sulfate, độ acid dung dịch cực tiểu được xác định là 0.0097 M, tương ứng với 0.49 mmol axit sulfuric trong 100 mL Thêm vào đó, 5.6 mmol axit sulfuric đã phản ứng với hydroxide sắt, dẫn đến tổng lượng axit sulfuric cần thiết cho quá trình hòa tan là 6.1 mmol Về nồng độ axit citric (Mw = 192 g/mol), nó đạt 67 g/L, tương đương với 0.349 M Nếu toàn bộ hydroxide sắt hòa tan theo phản ứng H3Cit + Fe(OH)3 → FeCit + 3H2O, nồng độ citric acid còn lại trong dung dịch sẽ là 0.312 M pH của dung dịch nước chanh này được ước lượng từ sự phân li của H3Cit với giá trị Ka tương ứng.
Nồng độ iron(III) tự do giảm khi có mặt citric acid do sự tạo thành phức chất Phương trình:
Fe Cit có thể được biến đổi, sử dụng phần mol của citrate ion trong dung dịch:
Theo bảng dữ liệu trong đề, ở pH 1.8, phần mol của ion citrate là α(Cit³⁻) = 1.4 × 10⁻⁹, tương ứng với nồng độ tổng của citrate là 0.349 M Do đó, nồng độ của ion sắt(III) tự do được tính toán là [Fe³⁺] = β * α(Cit³⁻).
Trong trường hợp nồng độ [Fe 3+ ][OH - ] 3 đạt giá trị 1.1 x 10^-40, giá trị này thấp hơn tích số tan 4 x 10^-38 Do đó, toàn bộ gỉ sẽ được chuyển vào dung dịch.
Nếu chỉ xem xét nấc đầu tiên của quá trình phân li acid, pH của nước chanh khoảng 1.8, trong khi pH của dung dịch sulfuric acid 0.005 M là 2 Tốc độ hòa tan các acid tỉ lệ bậc ba với nồng độ proton (v1 = k1[H + ]^3) đối với iron hydroxide và tỉ lệ bậc hai với nồng độ proton (v2 = k2[H + ]^2) đối với sắt Dựa trên giá trị pH của sulfuric acid và nước chanh, tỉ lệ tốc độ là v(H3Cit)/v(H2SO4) = 10^(-1.8)³ / 10^(-2)³ = 4 đối với gỉ, cho thấy gỉ bị hòa tan trong nước chanh nhanh gấp 4 lần so với sulfuric acid.
Nhiễm độc chì là một mối lo ngại lớn đối với sức khỏe con người Để giảm mức độ độc hại của chì trong cơ thể, có thể sử dụng phối tử EDTA 4- để tạo thành phức hợp bền [Pb(EDTA)2] 2-, với hằng số bền β(Pb) đạt 10^18,0, giúp thận bài tiết chì hiệu quả Phối tử EDTA 4- thường được cung cấp thông qua việc tiêm truyền dung dịch.
Phức Na2[Ca(EDTA)] chứa [Ca(EDTA)] 2- có độ bền tương đối kém với hằng số bền β(Ca) = 10^10,7, dẫn đến sự trao đổi canxi với chì chủ yếu diễn ra trong mạch máu Hàm lượng chì trong máu của bệnh nhân là 0,828 μg/mL, cần tính nồng độ chì theo μmol/L Trong một thí nghiệm, dung dịch hỗn hợp được điều chế từ Ca(NO3)2.4H2O và Na2[Ca(EDTA)], với nồng độ Ca(NO3)2 là 2,5 mM và Na2[Ca(EDTA)] là 1,0 mM Để đạt được nồng độ chì tương ứng với hàm lượng chì trong máu của bệnh nhân, cần thêm Pb(NO3)2 rắn vào dung dịch.
Không xét đến tính chất axit-bazơ của các tiểu phân và coi thể tích dung dịch là không đổi, ta tính tỉ lệ nồng độ của [[Pb(EDTA)] 2- ] so với [Pb 2+ ] trong dung dịch tại thời điểm cân bằng Sự giảm nồng độ của phức [Pb(EDTA)] 2- trong máu diễn ra qua quá trình bài tiết theo quy luật động học bậc nhất, với hầu hết bệnh nhân có nồng độ giảm 60% sau 2 giờ Từ đó, có thể tính toán "chu kỳ bán hủy sinh học" của phức [Pb(EDTA)] 2-.
[Ca(EDTA)] 2- (aq) + Pb 2+ (aq) ⇌ [Pb(EDTA)] 2- (aq) + Ca 2+ (aq) (1)
Do sự tạo phức mạnh và sự hiện diện của ion Ca 2+ dư thừa so với tổng lượng EDTA, tất cả các phối tử sẽ liên kết với chì hoặc canxi trong phức chất.
[Ca(EDTA)] 2- (aq) + Pb 2+ (aq) ⇌ [Pb(EDTA)] 2- (aq) + Ca 2+ (aq)
Trong đó x (M) là nồng độ cân bằng của Pb 2+
Giả sử x C Cu 2 += 0,01 M và phức [Cu(NH3)4] 2+ có β rất lớn, do vậy phản ứng sau xảy ra hoàn toàn:
Cu 2+ + 4NH3 → [Cu(NH3)4] 2+ (1) Trước phản ứng (M) 0,01 1
Sau khi trộn dung dịch A với dung dịch KCN
Do K rất lớn nên phản ứng (2) xảy ra hoàn toàn:
Tính pH của dung dịch B
So sánh (3), (4) và (5) ta có thể bỏ qua cân bằng (5) so với cân bằng (3),
Vì [NH4 +] = [NH4 +](1) + C(NH4 +)có sẵn = [NH4 +](4) + 2.10 -3
Theo (3) và (4) ta có biểu thức [OH - ] = [HCN] + [NH4 +] – 2.10 -3 (*)
Thay vào phương trình (*) ta được phương trình:
Với giả thiết ban đầu [NH3] 3 0,198
C CN − = M Thay vào (**) ta tính được [H + ] = 5,12.10 -12 M → [OH - ] = 1,95.10 -3 M Kiểm tra lại:
Cân bằng trong dung dịch B
Cu(CN) CNO NH NH
Giả thiết x 3.806 ∙ 10 −11 ⇒ không có kết tủa
[Ca 2+ ] Max > 8.93 ∙ 10 −4 ⇒ không có kết tủa
4) CTotal = 0.0100 mol/L; pH =6.00 ⇒ [H + ] = 10 -6 mol/L Đơn giản hoá tên gọi các biến:
[H4EDTA] = e0; [H3EDTA - ] = e1; [H2EDTA 2- ] = e2; [HEDTA 3- ] = e3; [EDTA 4- ] = e4
Chuyên đề 30: Phản ứng kết tủa và chuẩn độ
Để tách riêng các hỗn hợp chất rắn trong phòng thí nghiệm, có thể sử dụng các tác nhân như hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, sodium hydroxide, hoặc ammonia Cụ thể, để hòa tan CaCO3 và CaC2O4, có thể sử dụng hydrochloric acid Đối với BaSO4 và BaCrO4, nitric acid là lựa chọn phù hợp Để tách Zn(OH)2 và Ni(OH)2, sodium hydroxide có thể được sử dụng Đối với AgCl và AgI, acetic acid sẽ hòa tan AgCl Cuối cùng, để tách ZnS và HgS, ammonia là tác nhân thích hợp.
This guide outlines the solubility of various compounds in different acids and bases: a) Acetic acid dissolves calcium carbonate (CaCO3); b) Nitric acid or hydrochloric acid dissolves barium chromate (BaCrO4); c) Sodium hydroxide reacts with zinc hydroxide (Zn(OH)2), which is amphoteric and soluble; d) Ammonia forms a soluble complex ion, Ag(NH3)2+, with silver chloride (AgCl); e) Zinc sulfide (ZnS) is soluble in hydrochloric acid or nitric acid.
Cho 25 mL Zn(NO3)2 0,0160 mol/L vào 75 mL dung dịch hydrazin 0,133 mol/L Biết Ksp(Zn(OH)2) = 1,20.10^-17 và Kb(N2H4) = 1,3.10^-6 a) Phản ứng xảy ra là Zn^2+ + 2OH^- ⇌ Zn(OH)2, với hằng số cân bằng Ksp = [Zn^2+][OH^-]^2 b) Tính nồng độ các tiểu phân trong dung dịch khi cân bằng, sử dụng Ksp và Kb để xác định nồng độ Zn^2+ và OH^- c) Cuối cùng, tính pH của dung dịch sau phản ứng bằng công thức pH = 14 + log[OH^-].
Hướng dẫn a) Zn(OH)2 ⇌ Zn 2+ + 2OH - Ks = [Zn 2+ ][OH - ] 2 = 1,2.10 -17
[N2H4] ban đầu = 0,09975M b) Zn 2+ + 2N2H4 + 2H2O → Zn(OH)2 + 2N2H5 +
Do K quá lớn nên có thể xem như phản ứng xảy ra hầu như hoàn toàn Thay vào biểu thức hằng số K tính được x = 5,4.10 -8 M
Để xác định pH thích hợp cho việc bắt đầu kết tủa FeS trong dung dịch có nồng độ cation và tổng nồng độ ion sunfua là 0,0100 mol/L, ta cần sử dụng giá trị Ksp của FeS là 5,0 x 10^-18 cùng với các hằng số axit của H2S, K1 = 1,0 x 10^-7 và K2 = 1,0 x 10^-13 Khi FeS kết tủa hoàn toàn (99,9% cation ban đầu đã kết tủa), pH của dung dịch có thể được xác định thông qua các tính toán liên quan đến nồng độ ion và hằng số phân ly.
Phương trình bảo toàn nồng độ ion sunfua có dạng
Thay các giá trị số vào tính được pH cần thiết để kết tủa FeS là 3,35 và pH lúc FeS kết tủa hoàn toàn là 6,40
Trước khi xác định hàm lượng tổng ion, sắt thường được chuyển đổi thành dạng hợp chất, chẳng hạn như Fe(III) Sau khi toàn bộ sắt được oxi hóa, Fe(OH)3 sẽ kết tủa, và sau đó kết tủa này sẽ được nung thành Fe2O3 để tiến hành cân.
1) Tính giá trị pH (với độ chính xác 0.05) trong dung dịch FeCl3 0.01 M Xem rằng cation Fe(OH2)6 3+ là acid một nấc với hằng số acid Ka 6.3ã10 -3
Để bắt đầu quá trình kết tủa Fe(OH)3 trong dung dịch, cần tính giá trị pH với độ chính xác 0.05 Tích số tan của Fe(OH)3 được xác định là Ksp = 6.3 x 10^-38.
1) c(Fe) = 0.010 M = [Fe(OH2)6 3+] (từ đây kí hiệu là [Fe 3+ ]) + [Fe(OH2)5 (OH) 2+ ] (từ đây kí hiệu là [Fe(OH) 2+ ]);
Chú ý: Không thể sử dụng công thức K C a do hằng số phân li của iron aqua ion cao và giá trị của x trong mẫu số không thể bỏ qua
Từ các phương trình trên, ta lập phương trình bậc hai theo [OH - ], có thể giải theo phương pháp lặp dưới đây Đặt [Fe 3+ ] = x, [OH - ] = y, ta có:
Xấp xỉ bậc không: pH = 2.27
Phương pháp phân tích chì(II) và ion iodua hiệu quả là tạo kết tủa PbI2 Tích số tan của muối PbI2, một hợp chất rất khó tan, được xác định khoảng 8.30 x 10^-9.
Để tính nồng độ mol của các ion Pb²⁺ và I⁻ trong dung dịch bão hòa PbI₂, chúng ta cần chuẩn bị dung dịch kali iodua (dung dịch A) với nồng độ 0,100M Tiếp theo, cần chuẩn bị 100 mL dung dịch chì nitrat (dung dịch B) với nồng độ phù hợp cho phân tích lượng vết.
Để tính khối lượng chì (II) nitrat cần thiết để tạo thành dung dịch B, cần xác định lượng chất này sao cho dung dịch B có khả năng tạo kết tủa khi phản ứng với thể tích dung dịch A đã cho.
Thêm PbI2 rắn vào dung dịch natri iodua có nồng độ 0.1 M
3) Tính nồng độ cân bằng của ion Pb 2+ trong dung dịch này bằng cách sử dụng các phép tinh gần đúng
Nếu không áp dụng các phép tính gần đúng, nồng độ ion Pb 2+ trong dung dịch cần được xác định bằng phương pháp Newton Kết quả thu được sẽ được so sánh với kết quả từ phần 5.a)3 để đánh giá tính chính xác.
Như vậy trong 200 mL hỗn hợp có: 6.64•10 -7 mol vốn đã có sẵn trong 100 mL dung dịch
Không bỏ qua I - từ PbI2 ⇒ KL = [Pb 2+ ]•(2[I - ]+0.1) 2 =x(2x + 0.1) 2 8.3•10 -9 = 4x 3 + 0.4x 2 + 0.01x hay 4x 3 + 0.4x 2 + 0.01x - 8.3•10 -9 = 0 f(x) = 4x 3 + 0.4x 2 + 0.01x - 8.3•10 -9 f’(x) = 12x 2 + 0.8x + 0.01 Áp dụng lặp lần thứ nhất: x1 = 8.3•10 -7 f(x1) = 2.29•10 -16 + 2.76•10 -13 + 8.3•10 -9 - 8.3•10 -9 = 2.76.10 -13 f’(x1) = 8.27•10 -12 + 6.64•10 -6 + 0.01 = 0.01
Bài 6 Để giải bài toán này, bạn cần biết các giá trị tích số tan và hằng số acid sau:
KS(CaCO3) = 4.8ã10 -9 , KS(MgCO3) = 1.0ã10 -5 , KS(Ca(OH)2) = 4.0ã10 -5 ,
KS(Mg(OH)2) = 1.8ã10 -11 , Ka1(H2CO3) = 4.5ã10 -7 , Ka2(H2CO3) = 4.8ã10 -11 , Kw 1.0ã10 -14
Độ cứng của nước ngầm ở thành phố N được xác định thông qua phương pháp tạo phức giữa ion canxi và ion magiê với ethylenediaminetetraacetate (EDTA) Để chuẩn độ một mẫu nước 50.00 mL, cần sử dụng 15.00 mL dung dịch EDTA 0.0200.
Khi thêm NaOH dư vào nước, phản ứng xảy ra tạo thành hydroxide và ion hydroxyl Trong quá trình chuẩn độ hỗn hợp, cần sử dụng 10.00 mL dung dịch EDTA với nồng độ tương đương để xác định nồng độ của ion Ca²⁺ trong dung dịch.
Sau khi đun sôi 1 L nước ngầm với pH cuối là 6.7, lượng kết tủa được tạo thành chủ yếu liên quan đến các hợp chất calcium, magnesium và các dạng carbonic acid Trong quá trình này, các ion calcium và magnesium có thể kết hợp với bicarbonate để tạo thành kết tủa như calcium carbonate và magnesium carbonate Do đó, việc xác định các hợp chất này là cần thiết để hiểu rõ hơn về quá trình hình thành kết tủa trong nước ngầm.
3) Tính lượng kết tủa tích tụ suốt 1 năm nếu mỗi ngày đều thực hiện 3 lần đun nước, mỗi lần 1 L
Nhà hóa học trẻ Vasya quyết định giúp mẹ bằng cách đổ giấm vào ấm đun, và sau khi nghe tiếng rít, anh thấy cặn còn lại bên trong Giấy chỉ thị cho thấy pH ở mức trung tính, khiến Vasya cảm thấy phấn khởi Anh tìm hiểu về nồng độ cân bằng của carbon dioxide trong nước với không khí, biết rằng giá trị này là 1.3 x 10^-5 M Vasya cảm thấy hạnh phúc như một người hùng khi bắt đầu tính toán lượng cặn sẽ hòa tan, giả định rằng nó chỉ chứa calcium carbonate, và quyết định xác định giá trị này với thể tích dung dịch trong ấm là 1 L.
Sau khi thêm NaOH dư, toàn bộ magnesium kết tủa dưới dạng hydroxide Trong quá trình chuẩn độ, 10.0 mL EDTA được sử dụng để xác định nồng độ calcium Với 15.00 mL EDTA đã dùng cho tổng calcium và magnesium, cần 5.00 mL EDTA để chuẩn độ magnesium Kết quả cho thấy nồng độ calcium là 0.004 M và nồng độ magnesium là 0.002 M.
Hãy ước tính còn lại bao nhiêu magnesium trong dung dịch khi có kiềm 0.01 M (khụng tớnh đến sự pha loóng): [Mg 2+ ] = KS / [OH - ] 2 = 1.8 ã 10 -11 /
Magnesium hydroxide sẽ gần như kết tủa hoàn toàn với nồng độ 10 -4 ≈ 2ã10 -7 M Chỉ có calcium phản ứng với EDTA, điều này cho phép định lượng chọn lọc hàm lượng trong dung dịch.
Ở pH 6.7, nồng độ [OH-] khoảng 5 x 10^-8, dẫn đến [Mg2+][OH-]^2 khoảng 5 x 10^-18, nghĩa là không có kết tủa xảy ra Nồng độ cân bằng của ion carbonate cần thiết để kết tủa magnesium là [CO3 2-] = KS(MgCO3): [Mg2+] khoảng 10^-2, nhưng ở pH trung hòa, nồng độ này của CO3 2- không thể đạt được Do đó, trong trường hợp này, kết tủa chỉ có thể là calcium carbonate.
Trong 1 lít dung dịch có 0.20 gram calcium carbonate
3) 0.20 ã 3 ã 365 = 219 g (Hóy giữ cỏc ấm trà cẩn thận!)
Độ tan của CO2 trong nước không bị ảnh hưởng nhiều bởi pH trong môi trường acid và trung tính, vì sự chuyển hóa thành carbonic acid và phân li là rất nhỏ Ở một pH nhất định, nồng độ carbonate tổng trong dung dịch có thể được xác định từ nồng độ CO2 cân bằng với không khí Tại pH 7, ion hydrocarbonate chiếm ưu thế trong dung dịch, với một lượng nhỏ CO2 tự do Để tính toán nồng độ [CO3 2-], có thể sử dụng biểu thức của các hằng số acid.
] = K1K2 [CO2] / [H + ] 2 = 2.81ã10 -8 M, và từ tớch số tan ta tỡm được nồng độ cân bằng của calcium [Ca 2+ ] = KS/[CO3 2-] = 0.17 M, nghĩa là khoảng 17 gram calcium carbonate trong 1 lít nước
Kẽm(II)-hydroxit cú tớch số tan KSP =1.80ã10 -17
1) Tính độ tan của kẽm(II)-hydroxit trong nước
2) Tính giá trị pH của dung dịch bão hòa kẽm(II)-hydroxit, bỏ qua khả năng tạo phức trong dung dịch
Cho các thế khử chuẩn sau:
3) Tính hằng số tạo phức tetrahydroxozincat(II) từ Zn 2+ và OH -
4) Tính độ tan của kẽm(II)-hydroxit ở pH 9.58 nếu bỏ qua khả năng tạo phức tetrahydroxozincat(II)
5) Tính độ tan của kẽm(II)-hydroxit ở pH 9.58 nếu tính đến khả năng tạo phức tetrahydroxozincat(II)
6) So sánh kết quả ý 4 và 5 Nhận xét
[Zn 2+ ]ã[OH - ] 2 = KLP Sã(2S) 2 = 1.80ã10 -17 S = 1.65ã10 -6 mol/L
2) [OH - ] = 2S = 3.30ã10 -6 mol/L pOH = -log(3.30ã10 -6 ) = 5.48 pH = 14 - pOH = 8.52
E2° = -0.762 V ΔG2° = -zãFãE2° = 147.04 kJ/mol ΔG = ΔG1° + ΔG2° = -100.92 kJ/mol
4) [Zn 2+ ] ã [OH − ] 2 = 1.80 ã 10 −17 pH = 9.58 pOH = 4.42 [OH - ] = 10 -4.42 mol/L
6) Nếu xét đến khả năng tạo phức dẫn đến sự tăng gấp đôi độ tan
Nước thải từ một nhà máy xử lý nước thải có pH 7,88 và chứa tổng lượng photpho nguyên tố là 2,0 mg/lít, bao gồm axit photphoric, dihydrophotphat, hidrophotphat và photphat Hằng số axit của axit photphoric được xác định với pKa1 = 2,23; pKa2 = 7,21; và pKa3 = 12,32.
1) Các dạng nào của phopho có nồng độ cao nhất ở pH đã đề cập ở trên
Để làm sạch nước thải, các dung dịch muối kim loại, chủ yếu là Fe 3+, được thêm vào trước khi xử lý sinh học nhằm kết tủa photphat Tích số tan của FePO4 là T = 9.91 x 10^-16.
3) Tính lượng Fe 3+ phải thêm vào một lít nước thải để giảm hàm lượng photpho từ 2,0 mg/l xuống 0,5 mg/l Giả sử tất cả photpho đều nằm ở dạng ion phophat
Axit photphoric có thể ngưng tụ thành axit polyphotphoric với công thức phân tử chung Hn+2PnO3n+1 Trong đó, axit pyrophotphoric tương ứng với n = 2, còn axit triphotphoric tương ứng với n = 3.
Để xác định cấu trúc của hai axit polyphotphoric, cần chuẩn độ bằng dung dịch natri hydroxit Axit polyphotphoric có đặc điểm là chỉ một trong hai nhóm –OH ở đầu phân tử là axit yếu, trong khi tất cả các nhóm –OH còn lại đều là axit mạnh Phương pháp chuẩn độ cho phép chuẩn độ hai loại nhóm –OH khác nhau một cách riêng biệt bằng việc sử dụng hai chỉ thị axit-bazơ khác nhau.
Axit triphotphoric (n = 3) được chuẩn độ bằng dung dịch NaOH loãng với nồng độ xác định Để đạt được điểm tương đương đầu tiên, cần sử dụng 16,8 ml dung dịch, trong khi điểm tương đương thứ hai yêu cầu 28 ml dung dịch.
5) Mỗi nhóm –OH cần tốn bao nhiêu ml dung dịch NaOH để chuẩn độ?
Một axit polyphotphoric được chuẩn độ Để đạt được điểm tương đương đầu tiên cần dùng 30,4 ml, để đạt được điểm tương đương thứ hai thì cần 45,6 ml
6) Xác định công thức của axit polyphotphoric
[Fe 3+ ]ã[PO4 3-] = 9.91ã10 -16 → [Fe 3+ ] = 6.16ã10 -11 mol/L n Fe 3+
Một nhóm thực hành đã được giao nhiệm vụ đánh giá hằng số tích số tan của muối từ một acid yếu, có công thức chung là MX Để thực hiện các tính toán cần thiết, nhóm đã chuẩn bị hai dung dịch muối MX: một dung dịch có pH = 7.0 và một dung dịch khác có pH khác.
= 6.0 Họ thấy rằng nồng độ của ion M 2+ trong dung dịch đầu tiên bằng 0.001 mol dm -3 , trong khi đó với dung dịch thứ hai thì bằng 0.01 mol dm -
Giá trị logarithm âm của các hằng số phân li của acid yếu H2X được xác định là pKa1 = 10.0 và pKa2 = 13.0 Giả sử rằng cation M 2+ không có tính chất acid và không tạo phức với ion HX- hoặc X2- Để tìm phương trình nồng độ tổng của H+ trong dung dịch H2X, cần diễn đạt nồng độ tổng của acid này và các hằng số phân li của nó.
Trong giai đoạn tiếp theo, cần thực hiện các bước để đơn giản hóa và xác định pH của dung dịch H2X với nồng độ acid tổng là 0.1 mol/dm³ Tiếp theo, dẫn ra phương trình hằng số tích số tan của muối MX dưới dạng hàm của các nồng độ ion M²⁺ và H⁺ Cuối cùng, tính tích số tan của muối MX trong hai điều kiện pH khác nhau dựa trên các dữ liệu đã cho ở đầu bài.
Một ví dụ thú vị về muối không tan của acid yếu là PbCO3, với giá trị logarithm âm của hằng số tích số tan là 12.8 Các hằng số phân li của acid carbonic tương ứng là pKa1 = 6.4 và pKa2 = 10.3 Độ tan của muối này còn phụ thuộc vào một phản ứng có thể diễn đạt đơn giản.
Phản ứng Pb2+ với H2O tạo ra PbOH+ và H+ với pKa = 7.9 Để xác định hằng số tích số tan của PbCO3, cần xem xét các cân bằng acid-base liên quan đến cả anion và cation Khi tính độ tan của PbCO3 trong nước ở pH = 7.0, cần so sánh với độ tan của muối khi không tính đến các cân bằng acid-base.
Các hằng số phân li Ka1, Ka2 được định nghĩa là
Và tổng nồng độ H + bằng nồng độ của hai giai đoạn phân li:
[H + ]1 có thể được tính dựa trên giai đoạn đầu tiên của quá trình phân li bằng cách giải phương trình bậc 2:
Tính [H + ]2 thì phức tạp hơn, phụ thuộc vào giai đoạn đầu tiên của quá trình phân li Tuy nhiên, chúng ta có thể nhận thấy rằng:
Nồng độ của [HX - ] có thể viết là:
Thế các phương trình này vào phương trình Ka2:
Khi sự khác biệt giữa các giá trị nồng độ [H + ]1 và [H + ]2 lớn, tức là K2 nhỏ hơn nhiều so với [H + ]1 hoặc Ka2 nhỏ hơn nhiều so với Ka1, ta có thể coi [H + ]1 + [H + ]2 gần bằng [H + ]1 Trong trường hợp này, Ka2 sẽ gần bằng [H + ]2.
Khi không có mặt các ion của muối không tan, ta có thể nhận thấy rằng:
Tuy nhiên, X 2- là base yếu được mô tả bởi các cân bằng:
Các hằng số phân li Ka1, Ka2:
Giải phương trình thứ hai ta có:
Giải phương trình thứ nhất ta có:
Nếu hằng số tích số tan của muối MX bằng KS0 = [M 2+ ][X 2- ], thì độ tan mol thực S của muối này có thể mô tả là:
Sử dụng phương trình thứ hai, ta có:
Hằng số tích số tan của muối MX được xác định qua các anion đã nêu Đối với cation M²⁺, chúng ta có thể tìm thấy cân bằng tương ứng.
Do các lead ion tồn tại ở 2 dạng, độ tan mol là tổng của các nồng độ:
Với các anion ta có:
Sử dụng phương trình đã được dẫn ra với các nồng độ M 2+ và X 2- ion, chúng ta có thể viết phương trình cuối của các hằng số tích số tan: e)
Không sử dụng các cân bằng acid-base cho các ion, tích số tan của muối trong nước sẽ bằng:
Hồ núi lửa Nyos, còn được gọi là hồ tử thần, ghi dấu ấn bi thảm vào năm 1986 khi khí CO2 thoát ra từ lòng hồ đã cướp đi sinh mạng của 1.746 người dân xung quanh Một giả thuyết cho rằng những cơn mưa nhiệt đới đã làm thay đổi nhiệt độ của nước, khiến nước lạnh từ bề mặt không chỉ làm mát phần trên mà còn xuống sâu đến 130m, gây ra sự mất cân bằng sinh thái Hệ quả là khí carbonic thoát ra mạnh mẽ như một chai champagne được mở nắp.
Hồ có dạng hình trụ, diện tích 1.20 km² và độ sâu 210 m, với đáy hồ chủ yếu chứa FeCO3 Khí carbon dioxit được hình thành từ quá trình nóng chảy của FeCO3 Có thể khẳng định rằng không có sự trộn lẫn giữa lớp nước phía trên (50 m) và lớp nước phía dưới, trong khi nhiệt độ của vùng nước từ 50 m đến 180 m duy trì ở mức 23°C.
R = 8.314 J/(molãК), g = 9.81 m/s 2 , ỏp suất khớ quyển là 1 bar K 1(H2CO3) 3,57ã10 −7 M, K 2(H2CO3) = 4,40ã10 −11 M, K sp(FeCO3) = 5,91ã10 −11 M 2
2) Tính pH ở độ sâu pH 50 m
Trong trường hợp không làm được câu 2 hãy sử dụng giá trị pH ở độ sâu
50 m là pH=3.94, và 180 m là pH=3.50
3) Tính độ tan cực đại của CO2 (mol/L) ở: i) 50 m và ii) 180 m
4) Cho rằng trong khu vực từ 50 đến 180 m lượng CO2 biến thiên tuyến tính Hãy cho biết số mol, khối lượng và thể tích CO2 tạo thành từ lớp này ở 30 °C
1) ∆fH = -19,7 kJ/mol; ∆fS = -93,9 J/mol.K; ∆fG = 8094 J/mol
Vậy KH = exp(-8094/296/8,314) = 0,0373 Δf H°, кJ/mol Δf S°, J/(molãК)
Áp suất tại độ sâu h được xác định theo công thức p = ρgh Khi bọt khí hình thành ở độ sâu h, áp suất của CO2 có thể được tính bằng công thức: p(CO2) = p.w + ρghw, trong đó w là khối lượng riêng của nước.
Tổng nồng độ của CO2 c(CO2)o = [H2CO3] + [HCO3 -] + [CO3 2-]
Biến đổi thông qua áp suất CO2 ta có:
Vậy công thức tổng quát để tính nồng độ của cacbon dioxit là:
Biểu thức định luật bảo toàn khối lượng lúc này được viết lại:
[Fe 2+ ] = c(CO2)o = [H2CO3] + [HCO3 -] + [CO3 2-]
K K H H Đưa thêm vào giá trị tích số tan:
H H K K H H Đơn giản hóa biểu thức này thu được:
Thay số vào tính được: Ở độ sâu 50m: [H + ] = 1,13.10 -4 M, pH = 3,94; c(CO2)o = 0,221 M Ở độ sâu 180m: [H + ] = 3,59.10 -4 M, pH = 3,45; c(CO2)o = 0,697 M
Phương trình phụ thuộc độ sâu có dạng: c(CO2)o = (3,79.10 -2 + 3,66.10 -3 h)
Tổng lượng CO2 trong khoảng 50 – 180m được tính bởi:
Vậy khối lượng và thể tích CO2 trong khu vực đó là m(CO2) = 3150 tấn Thể tích CO2 ở 30 o C V = 1,74.10 6 m
Để xác định nồng độ bismuth, trộn 25.0 mL dung dịch Bi 3+ acid hoá với 20 mL chloroform và thêm chỉ thị methyltimol xanh dương Hỗn hợp sau đó được chuẩn độ bằng dung dịch ammonium oxalate, lắc đều sau khi thêm dung dịch chuẩn Sau khi thêm 14.36 mL dung dịch oxalate 0.100 M, màu xanh dương của huyền phù chuyển thành xanh lục, có thể quan sát được sau quá trình tách phase Kĩ thuật viên phân tích cho biết 1.000 mL dung dịch oxalate tương ứng với 13.93 mg Bi.
1) Viết phương trình phản ứng A, xác định sản phẩm ít tan tạo thành
2) Tính toán để xác định thành phần sản phẩm
3) Tính nồng độ Bi 3+ trong dung dịch phân tích theo mol/L và gam/L
Khi thêm chỉ thị methyltimol xanh dương vào dung dịch chứa muối bismuth, phức chất màu xanh dương BiInd được hình thành từ phản ứng giữa Bi3+ và Ind3- Nguyên lý của chỉ thị metalchromic này có thể được giải thích thông qua phương trình phản ứng với lượng dư chỉ thị, dẫn đến sự hình thành một sản phẩm có màu vàng.
Để xác định nồng độ bismuth thấp hơn, KBr được thêm vào 100.00 mL dung dịch cần phân tích, tạo thành kết tủa ngay lập tức (phản ứng D) và sau đó tan hoàn toàn (phản ứng E), dẫn đến dung dịch màu vàng nhạt Dung dịch này được trung hòa bằng sodium hydroxide cho đến khi hơi vẩn đục (phản ứng F) Tiếp theo, hexaammine chromium(III) nitrate được thêm vào để kết tủa bismuth hoàn toàn (phản ứng G) Kết tủa được lọc, rửa với KBr và nước nóng Trong quá trình này, kết tủa bị thủy phân tạo thành hợp chất bismuth ít tan (phản ứng H) Sau đó, NaOH dư được thêm vào huyền phù và đun nóng (phản ứng J) với hợp chất chromium, trong khi ammonia tạo thành được hấp thụ vào dung dịch boric acid (phản ứng K) Cuối cùng, dung dịch trong bình chứa được chuẩn độ với HCl 0.1000 M, có mặt methyl da cam, cần 17.2 mL acid (phản ứng L).
5) Viết các phương trình phản ứng D - L Gạch chân chất kết tủa trong các phản ứng D và H Khoanh tròn hơp chất có màu vàng trong phản ứng E
6) Tính nồng độ Bi 3+ trong dung dịch đầu theo mol/L
1) Phản ứng A tạo thành kết tủa bismuth oxalate: 2Bi 3+ + 3C2O4 2- Bi2(C2O4)3
2) Do 1 ml dung dịch oxalate tương đương với 13.93 mg Bi nên số mol oxalate là
Thành phần kết tủa nhận được tương ứng với công thức Bi2(C2O4)3
3) Theo kết quả chuẩn độ:
4) Ở điểm cuối chuẩn độ, phức BiInd bị phá huỷ, giải phóng chỉ thị tự do màu vàng:
6) Theo kết quả chuẩn độ
Thêm một lượng dư muối calcium vào dung dịch hợp chất hữu cơ A ở pH
8, thu được kết tủa B Nồng độ A có thể được xác định bằng cách chuẩn độ với dung dịch KBrO3 trong môi trường acid khi có KBr dư
Hợp chất A có tên thông thường là [tên thông thường] và tên hệ thống là [tên hệ thống] Các phương trình phản ứng liên quan đến hợp chất này được viết như sau: [phương trình phản ứng] Để xác định điểm cuối của chuẩn độ oxi hóa khử, có thể sử dụng các chỉ thị màu hoặc các thiết bị điện hóa để nhận diện sự thay đổi trong phản ứng.
Để xác định thành phần của kết tủa B dựa trên đường cong nhiệt trọng có 3 bước nhảy, cần phân tích các giai đoạn phản ứng xảy ra trong quá trình này Mỗi bước nhảy tương ứng với một phản ứng hóa học cụ thể, do đó cần viết phương trình phản ứng cho từng quá trình để hiểu rõ hơn về thành phần của kết tủa B.
Hợp chất Nhiệt độ của bước nhảy, o C
Bảng: Dữ liệu phân tích nhiệt trọng của B và C
Hợp chất C được hình thành từ phản ứng giữa hợp chất A và ion magnesium, với đường cong nhiệt trọng của C cho thấy hai bước nhảy trong khoảng 20 - 1000 o C Khi nung hỗn hợp B và C ở 500 o C, thu được 14.0 gam bã rắn, và sau khi nung tiếp ở 900 o C, thu được 9.6 gam bã rắn Cần xác định hàm lượng calcium trong hỗn hợp ban đầu dưới dạng CaO.
Để xác định hằng số proton hóa của anion A, cần dẫn ra phương trình mô tả sự phụ thuộc của độ tan B vào pH dung dịch Với tích số tan của B là 2.0 x 10^-9 và độ tan của B là 0.0105 gam/100 mL ở pH = 4.0, ta có thể tính được độ tan của B trong nước tinh khiết, không hòa tan carbon dioxide hoặc bất kỳ tạp chất nào.
Phương trình phản ứng giữa KBrO3, KBr và H+ dẫn đến sự hình thành 6K, 3Br2 và 3H2O Điểm cuối của quá trình chuẩn độ oxi hóa - khử có thể được xác định qua sự thay đổi màu sắc của chất chỉ thị, trong đó Br2 phản ứng với KI để tạo thành KBr và I2, khiến hồ tinh bột chuyển sang màu xanh dương.
Chất A không chỉ là một chất khử mà còn là một acid, trong khi chất B là muối, điều này được thể hiện qua hằng số proton hóa của anion, thành phần cấu thành của chất A Biến đổi khối lượng diễn ra trong khoảng nhiệt độ từ 100 độ.
Nhiệt độ 228 °C cho thấy quá trình loại nước khỏi muối B, dẫn đến sự giảm khối lượng liên quan đến việc tách các mảnh phân tử Đối với các muối của acid hữu cơ, điều này có thể tạo ra CO hoặc CO2 Tất cả những đặc điểm này đều phù hợp với acid oxalic và các muối của nó.
Vậy A là HOOC-COOH Tên thông thường là oxalic acid, còn tên hệ thống là ethanedioic aicd
3) Chất C là MgC2O4 Khi nung nóng chất này thì diễn ra các quá trình sau:
- trong khoảng 100 - 230 o C: loại nước hấp phụ vật lí;
- trong khoảng 397 - 478 o C: loại CO và CO2
Vậy ở 500 o C, bã rắn gồm CaCO3 và MgO; còn ở 900 o C chứa CaO và MgO
Dễ tính được n(CaC2O4.H2O) = n(MgC2O4) = 0.1 mol
CaO hh m 0.1 146 14.6 (gam) m 0.1 112 11.2 (gam) m 25.8 (gam) m 0.1 56 5.6 (gam)
Kí hiệu phần oxalate ion trong dung dịch là
1 K K K Độ tan S = [Ca 2+ ] = c(H2C2O4); tích số tan là
To calculate the protonation constant of the anion at pH = 4, the first carboxylic group of oxalic acid (K1 = 5.9 x 10^-2) undergoes complete dissociation, indicating a unidirectional reaction: the protonation of C2O4^2- to form HC2O4^-.
K Tính độ tan của CaC2O4.H2O trong nước tinh khiết
K K K Ở pH = 7.0 >> pK2, có thể bỏ qua sự thuỷ phân và giả sử độ tan bằng:
S K Ca C O 4.47 10 mol/L hay 4.47 ã 10 5 mol ã 146 gam/mol = 0.0065 gam/L
Tiến hành phân tích kết tủa NaH2PO4·nH2O bằng cách hòa tan 4.360 gram mẫu vào 100 mL nước, sau đó lấy 10.00 mL mẫu và thêm MgSO4 cùng muối ammonium để thu được kết tủa MgNH4PO4 dạng tinh thể hydrate Kết tủa này được sấy khô và cân được 0.4486 gram Tiếp theo, thêm 10.00 mL dung dịch HCl 1.000 M vào kết tủa để hòa tan hoàn toàn, sau đó pha loãng dung dịch thành 100 mL, tạo thành dung dịch A.
A (VMg = 20.00 mL), thêm methyl da cam (khoảng chuyển màu: pH 3.1
Trong quá trình chuẩn độ, dung dịch NaOH 0.0500 M được sử dụng cho đến khi chất chỉ thị chuyển hoàn toàn sang màu vàng, với thể tích NaOH tiêu tốn là 16.3 mL, tạo thành dung dịch B Cần viết các phương trình hòa tan kết tủa trong môi trường acid và thực hiện chuẩn độ Đồng thời, xác định hàm lượng phosphate có trong kết tủa MgNH4PO4 và số phân tử nước kết tinh trong NaH2PO4·nH2O.
2) Chuẩn độ dung dịch B với kiềm khi có chỉ thị p-xylenolphthalein
Để đạt được khoảng chuyển màu từ pH 9.3 đến 10.5, cần sử dụng 12.4 mL dung dịch NaOH 0.0500 M Trong quá trình thêm kiềm, có ít nhất 3 muối magnesium đã bị kết tủa Các phản ứng kết tủa này cần được viết thành phương trình hóa học.
Không phải tất cả các loại muối kém tan đều tạo ra kết tủa do các nguyên nhân động học Để xác định loại muối chiếm ưu thế trong quá trình kết tủa, cần xem xét các yếu tố khác nhau Kết quả từ quá trình chuẩn độ có thể giúp xác định hàm lượng phosphate trong mẫu, nhưng cần phải phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác.
Để xác định độ cứng tổng của nước ở mức độ kỹ thuật, 9.2 gram phức chất A (C10H14O8N2Na2ãnH2O) được sử dụng Độ chính xác của phép cân được xác thực bằng phương pháp chuẩn độ Mẫu A được hòa tan vào nước cất và pha loãng đến 1.0 L ± 1% Sau đó, hóa chất trong fixanal được hòa tan vào nước cất và pha loãng đến 200.0 ± 0.6 mL Cuối cùng, ba đơn vị mẫu (10.00 mL) của dung dịch cuối được đem chuẩn độ với dung dịch A trong sự hiện diện của hệ đệm và chất chỉ thị.
Thí nghiệm chuẩn độ số 1 2 3
1) Xác định độ cứng tổng của nước Ion nào được xác định?
Khi kết quả được tính toán dựa trên giá trị trung bình của nhiều phép đo, nó sẽ được ghi nhận kèm theo một khoảng tin cậy Δx, thể hiện độ dao động của các giá trị riêng lẻ.
= − , xi vàxlà kết quả của các phép đo riêng biệt và trung bình, n là số lượng phép đo
2) Vẽ cấu trúc của A Tính giá trị n (nguyên) và nồng độ của A
3) Lượng chất A đã được cân lấy chính xác không?
Kết quả của hai loạt phép đo có thể được xem xét dưới cùng điều kiện:
Khi bắt đầu tiến hành các thí nghiệm đo đạc, các giá trị nhiễu vượt quá trị trung bình đã được loại bỏ, cụ thể là những trị nhiễu lớn hơn 3 lần độ lệch chuẩn (3sn-1).
Các mẫu nước từ suối Alpha và Beta đã được thu thập, với mỗi mẫu có thể tích 100.0 mL, và sau đó được chuẩn độ bằng dung dịch A Kết quả của quá trình chuẩn độ được trình bày trong bảng dưới đây.
4) Viết các phương trình phản ứng chuẩn độ
5) Độ cứng của nước ở các con suối có khác nhau không?
Độ cứng tổng của nước là tổng hàm lượng các muối calcium và magnesium, bao gồm độ cứng carbonate (tạm thời) và không-carbonate (vĩnh cửu) Độ cứng carbonate có thể được loại bỏ bằng cách đun sôi, khi các hydrocarbonate chuyển thành carbonate ít tan và kết tủa Độ cứng thường được đo bằng đơn vị meq/L (mili-đương lượng/L), tương ứng với 2 lần hàm lượng tổng của Ca 2+ và Mg 2+.
2) Dựa vào công thức phân tử và việc được ứng dụng để chuẩn độ Ca 2+ ,
Mg 2+ , rất dễ để đoán được chất A là disodium ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA):
Dựa vào nhãn, fixanal được thiết kế để pha loãng trong 1 lít nước Nếu được hòa tan trong 200 mL, dung dịch sẽ có nồng độ 0.025 M ± 1.0% (Dưới đây: мл = mL)
Nồng độ EDTA được tính là 0.0246 M, với khối lượng mol khoảng 374 g/mol Từ đó, số nguyên n được xác định là 2.1, nhưng vì n phải là số nguyên nên n = 2 Trong quá trình tính toán, chỉ sử dụng các phép nhân và chia, do đó việc xem xét sai số đo sẽ dễ dàng hơn khi áp dụng sai số tương đối.
Sai số tương đối trong xác định nồng độ EDTA bằng tổng sai số trong các phộp đo nồng độ của fixanal và thể tớch: 1.0% + 0.6 ã 100% / 200 + 0.65% + 0.1% ≈ 2.0%
Khối lượng chính xác của EDTA là 372.24 g/mol, tương đương với 9.16 g ± 0.27 g (trong đó 3% sai số bao gồm 2% sai số nồng độ và 1% sai số thể tích) Sai số tuyệt đối của khối lượng được tính là 0.04 gram, thấp hơn nhiều so với 0.27 gram, cho thấy EDTA đã được cân chính xác.
4) H2Y 2- + M 2+ → [MY] 2- + 2H + ; M 2+ - Ca 2+ , Mg 2+ ; Y 4- là gốc EDTA
Thay vì so sánh độ cứng của nước, chúng ta sẽ so sánh thể tích dung dịch EDTA trong chuẩn độ Trước hết, cần phân tích xem chuẩn độ đầu tiên với mẫu nước suối Beta có sai sót hay không, vì kết quả này rất chênh lệch với các kết quả khác Để đơn giản hóa các tính toán, đơn vị đo mL sẽ được bỏ qua.
Vậy 6.8 mL là một giá trị sai, sẽ gây ảnh hưởng đến các tính toán
Để so sánh các giá trị thể tích của mẫu nước suối Alpha, cần tính giá trị s cho toàn bộ các chuẩn độ Từ đó, thể tích trung bình của các chuẩn độ sẽ được xác định.
Sai lệch trong các kết quả đo được coi là không đáng kể, cho thấy nước từ hai con suối có độ cứng tương đương Điều này không gây ngạc nhiên, bởi vì chúng có chung địa hình.
Chuyên đề 31: Phản ứng oxid hóa-khử và chuẩn độ
Nitrite ion có thể được định lượng thông qua phản ứng chuẩn độ với permanganate ion (MnO4 -) trong dung dịch acid, theo phản ứng: 2MnO4 – + 5NO2 – + 6H + → 2Mn 2+ + 3H2O + 5NO3 – a) Hai bán phản ứng của phản ứng tổng là: 1) MnO4 - + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O và 2) NO2 - + 2H+ + e- → NO3 - + H2O b) Trong thí nghiệm xác định nồng độ nitrite ion, 25.0 mL dung dịch potassium permanganate(VII) 0.0200 mol L -1 được acid hóa, đun ở 40 o C và chuẩn độ với 26.0 mL dung dịch sodium nitrite i) Tại điểm cuối chuẩn độ, màu sắc chuyển từ tím sang trong suốt ii) Nồng độ NO2 - trong dung dịch được tính toán dựa trên thể tích và nồng độ của dung dịch chuẩn.
NO2 – + H2O → NO3 – + 2H + + 2e – b) i) Xuất hiện màu hồng nhạt của permanganate dư ii) [NO2 -] = 5/2 ã [MnO4 -] ã V(MnO4 -) / V(NO2 -)
Mùn là một loại vật chất hữu cơ phức tạp trong đất, có vai trò quan trọng trong độ màu mỡ của đất Hàm lượng mùn và độ màu mỡ có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Để xác định hàm lượng mùn trong đất, có thể sử dụng phương pháp potassium dichromate bằng cách cân 0.1500 gam mẫu đất khô và cho phản ứng với 5 mL dung dịch K2Cr2O7.
Trong thí nghiệm, 0.10 mol L -1 H2SO4 được đun nóng để phản ứng oxi hóa carbon xảy ra hoàn toàn, chuyển đổi carbon thành CO2 Mùn có chứa 58% carbon, trong đó 90% lượng carbon này có khả năng bị oxi hóa Dung dịch thu được được chuẩn độ bằng (NH4)2SO4.FeSO4 0.1221 mol L -1 với chỉ thị phenanthroline, và lượng chất chuẩn tiêu tốn là 10.02 mL Để kiểm tra độ chính xác, thí nghiệm mẫu trắng được thực hiện bằng cách nung mẫu đất ở nhiệt độ cao, sau đó cân một lượng đất tương tự và xử lý trong cùng điều kiện, cho kết quả tiêu tốn 22.35 mL dung dịch (NH4)2SO4.FeSO4.
1) Viết phương trình phản ứng oxid hóa carbon thành CO2 bởi K2Cr2O7 trong môi trường acid
2) Viết phương trình của chuẩn độ bởi ferrous ammonium sulfate
3) Tính hàm lượng (% m) của mùn trong mẫu đất
Hoặc 2K2Cr2O7 + 3C + 8H2SO4 → 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 3CO2 + 8H2O
2) Cr2O7 2- + 6Fe 2+ + 14H + → 6Fe 3+ + 2Cr 3+ + 7H2O hoặc K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4→ 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Một chất oxid hóa có công thức MOxCly, trong đó M là kim loại chuyển tiếp, x và y là các số nguyên dương Sau khi hòa tan 2.905 gam mẫu trong nước và pha loãng thành 100 mL, 20.00 mL dung dịch được lấy ra và thêm dung dịch nitric acid loãng cùng với AgNO3, thu được 1.436 gam kết tủa trắng Tiếp theo, 20 mL dung dịch được thêm sulfuric acid và chuẩn độ với ferrous ammonium sulfate, sử dụng chỉ thị 2-(phenylamino)benzoic acid, với 3.350 mmol chất chuẩn được tiêu thụ tại điểm cuối Từ các dữ liệu trên, cation MOx y+ và công thức phân tử của hợp chất MOxCly có thể được xác định, cùng với phương trình phản ứng chuẩn độ giữa MOx y+ và ferrous ammonium sulfate.
Hướng dẫn n(Cl – )= 1.436g / (107.9+35.45) g mol -1 = 0.01002 mol = 10.02 mmol
MOx y+phản ứng với Fe 2+ : Fe 2+ → Fe 3+ ， n(Fe 2+ ) =3.350 mmol
Nếu phản ứng là MOx y++ Fe 2+ →MOp q+ + Fe 3+ ， n(M) = n(MOx y+) = 3.350 mmol n(Cl – )/ n(MOx y+) = 10.02 mmol/3.350 mmol = 2.991 ≈ 3, y=3
Khối lượng mol của MOxCl3 là:
Khối lượng mol của MOx 3+ là: 173.4 – 3 ã 35.45 = 67.1 (g mol -1 )
Nếu x = 1 thì giá trị của M là = 67.1 - 16.00 = 51.1 (g mol -1 )
Khối lượng mol này tương đương với giá trị của vanadium, vậy M là V Công thức chất đầu： VOCl3
Phản ứng chuẩn độ： VO 3+ + Fe 2+ → VO 2+ + Fe 3+
Một oxide hỗn hợp chứa lanthanum, calcium và manganese với tỉ lệ mol 2:2:1 đã được tổng hợp trong không khí ở nhiệt độ 900 °C Manganese có thể tồn tại ở các số oxi hóa +2, +3, +4 hoặc ở dạng hỗn hợp Để xác định công thức của oxide hỗn hợp này, cần tiến hành phân tích theo quy trình đã được thiết lập.
1) Lấy chính xác 25.00 mL dung dịch sodium oxalate 0.05301 mol L -1 , cho vào bình nón, thêm vào 25 mL nước cất và 5 mL dung dịch HNO3 6 mol
L -1 Đun nhẹ tới 60 - 70 o C và chuẩn độ với dung dịch KMnO4 thì thấy hết 27.75 mL Viết phương trình phản ứng chuẩn độ và tính nồng độ dung dịch KMnO4
Suất điện động của pin
Trong bài viết này, chúng ta xem xét một pin điện hóa với Pt, H2, HBr, và CuBr, với thế khử chuẩn Cu là 0.559 V ở 298 K, giả định rằng tất cả các chất trong pin đều hành xử lý tưởng Đầu tiên, chúng ta cần viết các bán phản ứng ở nửa pin bên phải và bên trái, cùng với phương trình Nernst cho pin và thế khử chuẩn của điện cực CuBr Thế khử chuẩn của cặp Cu/Cu+ (aq) được xác định là 0.522 V Từ đó, chúng ta tính toán G° của sự phân ly CuBr ở 298 K và suy ra tích số tan của CuBr Tiếp theo, chúng ta sẽ tính nồng độ ion Cu+ (aq) trong pin này Cuối cùng, nếu áp suất khí hydro được tăng gấp đôi, chúng ta sẽ phân tích sự thay đổi của suất điện động của pin.
Hướng dẫn a) Nửa phải pin: CuBr (r) + e → Cu (r) + Br – (aq)
= − E = +0.086V b) Sử dụng biểu thức ∆G o = -nE o F
∆G o (CuBr (r) + e → Cu (r) + Br – (aq) ) = -8.3 kJ mol -1
∆G o (Cu + (aq) + e → Cu (r) ) = -50.4 kJ mol -1
Lấy hiệu hai biểu thức:
∆G o (CuBr (r) + e → Cu + (aq) + Br – (aq) ) = +42.1 kJ mol -1
Sử dụng biểu thức ∆G o = -RTlnKs , Ks = 4.2 x 10 -8 c) Do [Br – (aq)] = 1.0 x 10 -4 M , [Cu + ] = 4.2 x 10 -4 M d) Sử dụng phương trình Nernst:
Pin galvanic đầu tiên được A Volta chế tạo vào năm 1800, dựa trên thí nghiệm của L Galvani Kể từ đó, pin galvanic đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ và trong đời sống hàng ngày.
Nửa bên trái của pin có điện cực sắt (dư) bị oxi hóa trong quá trình hoạt động, kết hợp với dung dịch iron(III) nitrate nồng độ 0.01 M Trong khi đó, nửa bên phải chứa điện cực than chì và hỗn hợp iron(II) và (III) nitrate với nồng độ lần lượt là 0.05 M và 0.30 M Mỗi nửa pin có thể tích 1 L.
1) Xác định điện cực nào là cathode, điện cực nào là anode Chỉ rõ các điện cực này thuộc loại nào
2) Viết sơ đồ pin theo dạng (-) … | … || … | … (+)
3) Viết các bán phản ứng ở mỗi điện cực và phản ứng tổng
4) Sử dụng các thông tin về độ linh động ion (μ 0 ), chọn ra (các) hợp chất ion phù hợp nhất làm cầu muối
Từ dữ kiện nhiệt động, biết rằng entropy chuẩn của Fe(s), Fe 2+ (aq),
Fe 3+ (aq) ở 25 o C là 27.3, -137.7 và -316.0 kJ/mol Tăng nhiệt độ thêm 20 o C sẽ làm giảm hằng số cân bằng K 85 lần
Trong dung dịch nước, ion có entropy chuẩn được giả định là bằng 0 Nguyên nhân khiến entropy của ion có trị số điện tích bằng 3 thấp hơn nhiều so với ion có trị số điện tích bằng 2 là do sự tương tác mạnh mẽ hơn giữa ion có điện tích cao với các phân tử nước, dẫn đến việc hạn chế khả năng tự do di chuyển của chúng Để tính toán entropy, enthalpy và năng lượng Gibbs của phản ứng tổng ở 25°C, cần lưu ý rằng các hằng số detalrH o và delarS o là không đổi trong khoảng nhiệt độ này, với R = 8.314 J/mol.K.
Tính suất điện động (EMF) ban đầu của pin và các thế ban đầu của cathode, anode ở nhiệt độ 25°C, với giá trị E0 (Fe2+/Fe) là -0.447 V, và độ chính xác là 3 chữ số thập phân.
Pin hoạt động trong 3 giờ 20 phút cho đến khi được sử dụng hoàn toàn
7) Tính cường độ trung bình của dòng
Điện cực sắt bị oxid hóa tạo thành anode ở bên trái và cathode ở bên phải Anode bao gồm kim loại sắt (Fe) và dung dịch chứa ion sắt (Fe 3+), trong khi cathode là graphite, không tham gia vào phản ứng, mà chỉ có dung dịch chứa cặp oxi hóa khử.
Fe 3+ /Fe 2+ nên đây là điện cực loại 3
3) (A) Anode (oxid hóa): Fe → Fe 3+ + 3e
(B) Cathode (khử hóa): Fe 3+ + e → Fe 2+
(C) Phản ứng tổng: Fe + 2Fe 3+ → 3Fe 2+
Cầu muối mang lại lợi ích lớn nhất khi sử dụng các muối có cation và anion có độ linh động tương tự, giúp ngăn chặn hiện tượng khuếch tán trong vùng biên nửa pin Các muối phù hợp nhất cho ứng dụng này là KNO3.
Ion là H+ Điện tích của ion càng lớn thì trường tĩnh điện càng mạnh, dẫn đến việc các phân tử dung môi gần ion được sắp xếp tốt hơn Biến thiên entropy trong phản ứng Fe + 2Fe 3+ → 3Fe 2+ cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.
Hãy tính enthalpy phản ứng ∆rH 0 :
r G (298.15) 0 = r H 0 − = −T S r 0 175182 298.15 191.6 232308 J/mol− 6) Các bán phản ứng:
Suất điện động ban đầu của pin là chênh lệch giữa thế của cathode và anode ở các nồng độ đầu (C là phản ứng sinh thế [xem ý 3]).Ta có:
Do (C) = 3ã(3) - (2), sử dụng cụng thức tổng quỏt ∆rG = -nFE, trong đú n là số electron trong phản ứng, ta có thể viết:
Để tìm riêng thế cathode và anode, cần biết thế chuẩn của chúng Ngoài chênh lệch đã tính được ở trước E3 0 - E2 0 = 0.803 V, hãy sử dụng phương trình ∆rG3 0 = ∆rG2 0 - ∆rG1 0 hoặc -FE3 0 = -3FE2 0 + 2FE1 0, từ đó ta có hệ phương trình cần giải để xác định giá trị của từng thế.
Sử dụng giá trị đã cho E1 0 = -0.447 V, ta tìm được: E2 0 = -0.046 V, E3 0 0.758 V
Bây giờ, chúng ta có thể tính các thế điện cực ban đầu:
Kỹ thuật điện hóa thường được dùng để xác định độ tan của các muối khó tan Cho pin điện hóa:
(-) Zn | Zn(NO3)2 0,2M || AgNO3 0,1 M | Ag (+)
Các dung dịch Zn(NO3)2 và AgNO3 trong pin đều có thể tích 1,00L và ở
Khi pin phóng điện ở nhiệt độ 25 oC, phương trình phản ứng ở mỗi điện cực cần được xác định rõ ràng Sức điện động (sđđ) của pin sẽ được tính toán dựa trên các phản ứng này Đồng thời, tổng lượng điện có thể giải phóng khi pin phóng điện hoàn toàn cũng cần được tính toán, cùng với hằng số cân bằng của phản ứng diễn ra trong pin.
Trong thí nghiệm, khi KCl(r) được thêm vào dung dịch AgNO3, xảy ra sự kết tủa AgCl(r) và sự thay đổi điện thế của pin Sau khi thêm KCl(r), điện thế pin đạt 1,04V với nồng độ ion K+ là 0,300M Cần tính nồng độ mol của ion Ag+ tại trạng thái cân bằng, nồng độ mol của ion Cl- và tích số tan của AgCl.
Cho biết: E o (Zn 2+ /Zn) = -0,76V; E o (Ag + /Ag) = +0,80V
Trong các tính toán, dùng nồng độ thay cho hoạt độ
Hướng dẫn a) Trong pin: (-) Zn | Zn(NO3)2 0,2M || AgNO3 0,1 M | Ag (+) Xảy ra các phản ứng: Ở anot (-): Zn(r) → Zn 2+ (aq) + 2e Ở catot (+): Ag + (aq) → Ag(r) + e
Phản ứng của pin: Zn(r) + 2Ag + (aq) → Zn 2+ (aq) + 2Ag (1)
Sức điện động của pin (Epin):
2 o Zn Ag Zn m pin pin 2 2
= − = − a - Hoạt độ; hoạt độ của chất rắn bằng 1; một cách gần đúng, hoạt độ được tính theo nồng độ: pin 0,0592 0,200 2
= − Epin > 0 và ∆G = -nFE < 0; chứng tỏ phản ứng (1) tự xảy ra trong quá trình pin phóng điện b) Tính điện lượng Q và hằng số cân bằng K:
Khi phóng điện hoàn toàn Epin = 0 và phản ứng đạt cân bằng
= − 2 K rất lớn, nên cân bằng của phản ứng (1) chuyển hẳn về bên phải, và do đó thực tế không còn Ag + trong dung dịch
Số mol electron giải phóng ne = 0,1.1 = 0,1 (mol) Do đó lượng điện giải phóng trong pin
Để tính nồng độ mol của ion Ag+ và Cl- tại cân bằng, ta sử dụng công thức Q = nF, với Q = 0,1.96500, dẫn đến Q = 9650,0 Culong Ở phía bên trái, nồng độ ion Zn2+ được duy trì ổn định ở mức 0,200M Gọi x là nồng độ mol của ion Ag+ sau khi thêm KCl.
Nồng độ mol của ion Cl - tại cân bằng:
[Cl - ] = nồng độ thêm – nồng độ giảm do AgCl kết tủa
= 0,300 – (0,1 – 7,354.10 -10 ) = 0,200M d) Tích số tan TAgCl = [Ag + ][Cl - ] = 7,354.10 -10 0,2 = 1,47.10 -10
Pin lithium-ion đang dần thay thế pin chì-acid truyền thống nhờ vào tính năng vượt trội và an toàn hơn Gần đây, sự chú ý của truyền thông đã đổ dồn vào vấn đề an toàn của các loại pin lithium, đặc biệt sau sự cố vào năm 2016 khi một nhà sản xuất lớn phải thu hồi hàng triệu điện thoại di động do cháy nổ liên quan đến pin.
Pin lithium-ion sử dụng các hợp chất lithium được xâm nhập vào vật liệu điện cực, trong đó quá trình xâm nhập diễn ra khi một phân tử hoặc ion được chèn vào cấu trúc lớp của vật liệu.
Khi xả điện, cathode là cobalt oxide với các lithium ion xâm nhập, trong khi anode là graphite cũng với các lithium ion Trong quá trình sạc và xả, lithium ion di chuyển giữa hai điện cực qua chất điện giải, thường là muối lithium hòa tan trong dung môi hữu cơ Nếu tuân thủ đúng hướng dẫn của nhà sản xuất, lithium đơn chất sẽ không hình thành trong pin Khi xả điện, bán phản ứng tại cathode là CoO2 + Li+ + e- → LiCoO2, trong đó số oxid hóa của cobalt trong CoO2 là +4 và trong LiCoO2 là +3 Nếu pin bị nạp quá tải, kim loại lithium có thể hình thành tại một trong các điện cực, gây ra nguy cơ cháy nổ nghiêm trọng.
A Ở anode, đó là điện cực cobalt oxide
B Ở cathode, đó là điện cực cobalt oxide
C Ở anode, đó là điện cực graphite
Điện cực graphite được sử dụng làm cathode trong quá trình điện phân Dung môi hữu cơ phổ biến nhất cho chất điện giải là EC, với công thức phân tử C3H4O3, và đây là một trong các sản phẩm thủy phân quan trọng.
EC là 1,2-ethanediol Vẽ cấu tạo của EC
Khi lithium cháy trong không khí, nó tạo ra hỗn hợp lithium oxide và lithium peroxide Phương trình phản ứng đốt cháy lithium trong không khí có thể được viết như sau: 4Li + O2 → 2Li2O + 2Li2O2 Trong phản ứng này, tỉ lệ mol của hai sản phẩm lithium oxide và lithium peroxide là 1:1.
Lithium peroxide được sử dụng để lọc không khí trong các khu vực hạn chế như tàu ngầm và tàu vũ trụ, nhờ khả năng loại bỏ carbon dioxide và tạo ra oxygen Phương trình phản ứng giữa lithium peroxide và carbon dioxide là: 2Li2O2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + O2.
Trên Tạm Vũ trụ Quốc tế, hợp chất A được dùng để lưu trữ oxygen Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy hợp chất A chứa 6.52 % lithium và 33.32
Hợp chất A chứa % clo về khối lượng Để nghiên cứu hợp chất này, trước tiên cần xác định công thức kinh nghiệm của nó Tiếp theo, vẽ công thức Lewis cho anion trong hợp chất A và xác định dạng hình học của anion này Cuối cùng, viết phương trình phân hủy hợp chất A, giả sử rằng toàn bộ nguyên tử oxy trong hợp chất A được giải phóng dưới dạng oxy phân tử trong quá trình phân hủy.
Hiệu quả của một hợp chất lưu trữ hydrogen được xác định bởi tỉ lệ thể tích oxygen:thể tích (OV):
= thể tích oxygen giải phóng
OV thể tích hợp chất giải phóng nó
Khối lượng riêng của hợp chất A là 2.42 gam cm -3 g) Tính tỉ lệ oxygen:thể tích (OV) của hợp chất A ở nhiệt độ và áp suất thường
Hướng dẫn về quá trình phản ứng hóa học liên quan đến điện cực graphite tại cathode, với cấu tạo của A là 4Li + 3/2O2 → Li2O + Li2O2 hoặc 8Li + 3O2 → 2Li2O + 2Li2O2 Quá trình tiếp theo là 2Li2O2 + 2CO2 → O2 + 2Li2CO3 hoặc Li2O2 + CO2 → O2 + Li2CO3 Các hợp chất liên quan bao gồm LiClO4, với công thức Lewis và cấu trúc tứ diện, và phản ứng phân hủy của LiClO4 tạo ra 2O2 + LiCl Cuối cùng, 2 mol oxygen được tạo ra từ sự phân hủy 1 mol A.
2 mol oxygen có thể tích 48.0 dm 3
1 mol A có khối lượng 106.39 gam, do đó:
Thể tích = (106.39 gam) / (2.42 gam cm -3 ) = 43.96 cm 3
Do đó OV = 48000 cm 3 / 43.96 cm 3 = 1090
Các thiết bị như video camera, camera và đồng hồ cần pin để hoạt động Một pin lý tưởng nên có thời gian sử dụng lâu dài, trọng lượng nhẹ, độ bền cao và thân thiện với môi trường Cấu tạo của pin bao gồm anot, catot và môi trường điện phân.
Kim loại thường được dùng làm anot Ở đây nêu một số kim loại được dùng nhiều nhất để làm anot
1 Viết bán phản ứng của các kim loại này
2 Tính dung lượng điện hóa của các pin này Dung lượng điện hóa được định nghĩa là lượng điện mà
1 g kim loại có thể sản sinh ra
3 Kim loại nào phù hợp nhất để làm anot của pin? Nêu hai lý do
Giá trị thế khử chuẩn của nước là -0,83 V
4 Viết bán phản ứng khử nước
5 Kim loại nào trong số các kim loại cho trên có thể phản ứng được với nước ở nhiệt độ phòng? Viết phản ứng và giải thích đáp án
6 Tính hằng số cân bằng của phản ứng giữa nước và liti Phản ứng này có tự phát không? Giải thích
Trong quá trình oxy hóa kim loại, ion sẽ bị solvat hóa trong dung dịch điện phân, và dung dịch này cần có tính dẫn điện tốt Để tăng cường độ dẫn điện của dung môi, liti hexaflorophotphat(V) được bổ sung vào dung dịch.
7 Dung môi nào trong số các dung môi sau: (a) nước, (b) etanol, (c) dimetyl sunfoxit, (d) hexan là tốt nhất đối với pin liti? Giải thích đáp án
8 Vẽ cấu trúc của dimetyl sunfoxit và liti hexaflorophotphat (V) dựa trên mô hình VSEPR Cho biết điện tích riêng phần và dạng lai hóa của lưu huỳnh và photpho
Sunfua, oxit và các halogenua thường được dùng làm catot
9 Viết và cân bằng phản ứng tổng quát diễn ra trong pin liti nếu catot được dùng là (a) Bi2O3,
(b) FeS2, (c) CuCl2 và nguyên tố kim loại được giải phóng Đối với pin nào (a-c) thì khả năng non- expansion work của phản ứng là lớn nhất? Thế
Gibbs tạo thành chuẩn của các chất được cho ở bảng bên
FeS2 được dùng làm catot trong pin liti và chất điện phân được sử dụng là liti hexaflorophotphat (V) được solvat hóa trong dimetyl sunfoxit
10 Đề nghị một lưu ý ngắn đối với pin liti này Viết bán phản ứng xảy ra ở catot và tính thế chuẩn của nó
Trong sơ đồ của một pin lithium, các thành phần chính bao gồm lithium (Li), sắt(II) sulfide (FeS2), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), điện cực anode (A), điện cực cathode (K), dung dịch điện phân và nguồn điện Khi pin hoạt động, electron di chuyển từ anode đến cathode qua mạch ngoài, tạo ra dòng điện.
12 Chất nào nên dùng với lượng dư trong pin liti? Giải thích ΔG 0 = -RT ln K ΔG 0 = -nFE 0 R = 8,314 J/(mol K) F = 96490 C/mol
3) Li (a) E 0 (Li + /Li) âm nhất (b) Q(Li + /Li) lớn nhất
At T%°C Al không thể phản ứng với nước do có lớp phủ Al2O3 bên ngoài mặc dù kết quả E 0 >0
1mol phản ứng tự phát
7) (c) dimetylsunfoxit có khả năng solvat hóa ion và có độ dẫn điện tốt
Các dung môi proton (H2O, EtOH) không phù hợp do nó phản ứng với kim loại
Hexan (C6H14) không phù hợp do không cực và không thể solvat hóa ion
8) dimetyl sunfoxit SO(CH3)2 liti hexaflorophotphat(V) LiPF6
9) (a) Bi2O3 + 6Li = 2Bi + 3Li2O kJ/mol -1192,9 kJ/mol ]
(b) FeS2 + 4Li = Fe + 2Li2S n = 4 (II)
= −G 0 [2 ( 439,08) ( 160,07)]kJ/mol -718,09 kJ/mol− − (c) CuCl2 + 2Li = Cu + 2LiCl
= −G 0 [2 ( 384,02) ( 173,81)]kJ/mol -594,23kJ/mol− − 10) Li(s) | LiPF6 (SO(CH3)2) | FeS2(s)
Phản ứng ở catot: FeS2 + 4Li + + 4e - = Fe +
Vì nếu litit còn dư nó sẽ phản ứng mãnh liệt với nước gây nổ
Ph ầ n A: Các quá trình điệ n hóa trong pin s ạ c ( ắ c quy) chì - acid
Pin sạc chì - acid truyền thống là loại pin phổ biến nhất cho ô tô và các bộ đảo điện Một bộ pin này bao gồm hai điện cực: một điện cực dương PbO2(s) và một điện cực âm Pb(s), cả hai đều được ngâm trong dung dịch điện ly H2SO4.
Hình 1: Sơ đồ pin sạc chì - acid truyền thống
Thế điện cực chuẩn của một số bán phản ứng ở 298 K được cho dưới đây
PbO2(s) + SO4 2−(aq) + 4H + (aq) + 2e − → PbSO4(s) + 2 H2O(l) +1.69 PbO2(s) + 4 H + (aq) + 2e − → Pb 2+ (aq) + 2H2O(l) +1.46
Khi pin xả điện ở 298 K, các bán phản ứng xảy ra tại cathode và anode được xác định như sau: tại cathode, ion dương nhận electron và diễn ra phản ứng khử, trong khi tại anode, phản ứng oxi hóa xảy ra khi electron được giải phóng Phương trình phản ứng xả điện tổng thể của pin có thể được viết bằng cách kết hợp các bán phản ứng này Để tính E° của pin sạc, cần áp dụng công thức liên quan đến điện thế tiêu chuẩn của các bán phản ứng, từ đó xác định điện thế hoạt động của pin trong quá trình xả điện.
Enthalpy tạo thành mol của một số tiểu phân được cho ở dưới đây:
2) Tính biến thiên enthalpy (∆H o rxn) và năng lượng tự do Gibbs (∆G o rxn) cho phản ứng xả điện tổng của pin sạc ở ý 1
Trong pin Galvanic, hóa năng được giải phóng trong quá trình xả điện tạo ra công điện Biến thiên năng lượng Gibbs trong quá trình này tương ứng với công điện cực đại (wmax(el)) có thể thu được từ pin Công điện cực đại được tính bằng công thức wmax(el) = -∆G o rxn.
Công cực đại của pin đạt được khi hoạt động ở cường độ rất thấp, trong điều kiện thuận nghịch Pin được thiết kế để trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh, giúp ngăn ngừa tình trạng quá nhiệt hoặc quá lạnh.
Với hoạt động thuận nghịch của pin ở nhiệt độ 298 K và các tiểu phân trong pin ở trạng thái tiêu chuẩn, ta cần xác định lượng nhiệt hấp thụ bởi pin từ môi trường xung quanh trên mỗi mol phản ứng theo phương trình đã nêu Đồng thời, cần tính toán phần wmax(el) nhận được từ quá trình nhiệt trao đổi thuận nghịch với môi trường xung quanh.
Nồng độ của một tiểu phân trong dung dịch liên quan đến hoạt độ của nó qua công thức a = γc, trong đó γ là hệ số hoạt độ Đối với các dung dịch có nồng độ cao, tỷ lệ phản ứng Q cần được thể hiện theo hoạt độ của các tiểu phân, tức là γ khác 1.
Dung dịch H2SO4 (aq.) đặc là thành phần chính trong pin sạc chì - acid thương mại Trong phản ứng hóa học, các thành phần rắn và lỏng thường được giả định ở “trạng thái tiêu chuẩn” với hoạt độ bằng 1 Tuy nhiên, vì nồng độ cao của axit sulfuric trong chất điện li, hoạt độ của nước không thể coi là 1.
Để tính suất điện động (EMF) của pin sạc trong phản ứng xả điện, ta cần xây dựng biểu thức dựa trên hoạt độ của các tiểu phân tham gia phản ứng Giả sử H2SO4(aq.) phân li hoàn toàn và các chất rắn được coi là ở trạng thái tiêu chuẩn.
Pin sạc chì - acid được coi là đã xả hết khi dòng điện lấy ra từ pin giảm xuống dưới một mức nhất định Quá trình xả điện này đồng thời dẫn đến sự giảm nồng độ H2SO4 trong dung dịch.
Hoạt độ của nước và tích các hoạt độ của các tiểu phân acid sulfuric ở 298 K trong pin sạc chì - acid có mối liên hệ quan trọng Bài viết này sẽ phân tích hai giá trị nồng độ của acid sulfuric và ảnh hưởng của chúng đến hoạt động của pin.
STT Nồng độ molal H2SO4 a H O 2 + 2 −
5) Giả sử rằng các trạng thái xả và nạp điện tương ứng với nồng độ H2SO4
1.00 molal và 5.00 molal, hãy tính sự giảm giá trị EMF khi xả điện ở
Sau đây là một số dữ kiện về pin ở Hình 1
(i) PbSO4(s) chủ yếu bám trên các điện cực và không có ở các phần khác của pin
(ii) PbSO4(s) bám trên cả hai điện cực
(iii) Trở khỏng của kết tủa PbSO4(s) (3ã10 9 Ω cm) cao hơn nhiều so với PbO2(s) (2ã10 -4 Ω cm)
(iv) Trở khỏng của PbO2(s) (2ã10 -4 Ω cm) gần với Pb(s) (0.2ã10 -4 Ω cm)
6) Những dữ kiện nào ở trên là yếu tố giúp pin có khả năng sạc lại?
Sự điện phân nước có thể trở thành quá trình cạnh tranh khi sạc pin ở hình 1 Các bán phản ứng liên quan được cho dưới đây:
Khi phân tích hoạt động của pin sạc ở 298 K, ta có thể xác định một số phát biểu như sau: a) Trong quá trình sạc pin, đầu dương của nguồn điện một chiều được kết nối với điện cực bị khử, trong khi đầu âm kết nối với điện cực bị oxi hóa b) EMF của pin chịu ảnh hưởng từ số lượng tiểu phân Pb có trong pin c) Việc sạc quá tải trong thời gian dài có thể dẫn đến sự phóng thích oxygen ở một đầu và hydrogen ở đầu kia, tạo ra hỗn hợp nổ d) Khi quá trình sạc hoàn tất, oxygen bắt đầu hình thành trên điện cực âm e) Tổng năng lượng lưu trữ trong pin bị giới hạn bởi số mol Pb(s) trong điện cực âm hoặc số mol Pb4+ trong điện cực dương, phụ thuộc vào lượng nào ít hơn.
Một kiểu pin Galvanic trên cơ sở chì khác được cho dưới đây Pin sạc này chứa Pb 2+ với độ tan lớn trong dung dịch methane-sulphonic acid
CH3SO3H là một chất điện li, trong đó hai điện cực trơ được ngâm trong dung dịch Khi nguồn điện được kết nối với pin, ion Pb2+ sẽ trải qua quá trình khử tại một điện cực và quá trình oxi hóa tại điện cực còn lại, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm bám trên các điện cực tương ứng.
Hình 2: Sơ đồ giản lược của pin sạc acid - chì từ methane-sulphonic acid
8) Viết bán phản ứng diễn ra ở cathode và anode của pin sạc ở hình 2 trong quá trình xả điện ở 298 K Viết phản ứng xả điện tổng và tính E o của pin
Vào đầu thế kỷ 21, acquy chì-acid tái sạc vẫn là một trong những loại acquy phổ biến nhất cho ô tô nhờ vào các đặc tính vượt trội và khả năng tái chế gần như hoàn toàn Khi acquy xả điện, tại cực dương (anode), chì (Pb) chuyển hóa thành chì sulphate (PbSO4), trong khi tại cực âm (cathode), chì (IV) oxide (PbO2) cũng chuyển hóa thành chì sulphate (PbSO4) Phản ứng tổng thể của acquy acid-chì khi xả điện là: Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O.
PbSO4 có Ksp = 1.6 × 10^-8 Giản đồ Latimer của chì trong môi trường axit cho thấy phản ứng dị phân của ion chì(II) có khả năng tự oxid hoá-khử Để xác định tính tự diễn biến, cần thực hiện các phép tính liên quan Thêm vào đó, việc tính toán thế mạch hở (E°cell) của một tế bào trong acquy nạp đầy điện cũng là cần thiết Cuối cùng, cần tính thế mạch hở (Ecell) của tế bào trong điều kiện tương tự.
25 o C) chứa sulphuric acid có khối lượng riêng bằng 1.275 gam.cm -3
5 Ở 5 o C, thế mạch hở của một tế bào trong acquy chì-acid là E o cell = 2.033
Để tính hệ số nhiệt độ (dE o cell/dt) của một tế bào trong acquy chì-acid trong khoảng nhiệt độ nhất định, cần phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu điện thế Dự đoán dấu enthalpy phản ứng của quá trình xả điện acquy cũng là một bước quan trọng, vì nó giúp hiểu rõ hơn về năng lượng sinh ra trong quá trình này Trong quá trình xả điện acquy, các phản ứng hóa học diễn ra và ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như tuổi thọ của acquy.
C Nhiệt độ acquy không thay đổi
Hơi nước thoát ra từ acquy do sự quá nhiệt, với điện áp đầu ra của acquy chì-acid thông thường là 12 V và bao gồm nhiều tế bào Để chế tạo acquy 12V, cần sử dụng 6 tế bào, mỗi tế bào có điện áp 2V Mạch điện cần thiết để ghép các tế bào riêng biệt trong acquy chì-acid có thể được vẽ để minh họa cách kết nối Tính điện áp đầu ra lý thuyết của acquy chì-acid 12V dựa trên thế mạch hở đã được tính ở câu d.
Acquy chì-acid thương mại có trọng lượng 4.05 kg, kích thước 9.75 × 9.8 × 15.01 cm, dung lượng 12 A.h và điện trở trong 100 mΩ Từ một acquy nạp đầy, có thể tính toán được điện tích tối đa mà nó có thể cung cấp.
Sau khi xả điện acquy, khối lượng riêng của chất điện giải được đo là 1.195 gam/cm³ Acquy nạp đầy chứa 580 cm³ axit sulfuric Để tính thời gian cần thiết để nạp đầy acquy bằng dòng điện có cường độ trung bình 3A với hiệu suất nạp điện là 65%, cần xem xét các yếu tố liên quan Trong quá trình xả điện, điện trở trong của acquy cũng cần được tính đến.
D Không thay đổi n) Thế mạch hở của acquy
A Không thay đổi trong quá trình nạp điện
B Không thay đổi trong quá trình xả điện
C Tăng trong quá trình xả điện
D Tăng trong quá trình nạp điện
E Giảm trong quá trình nạp điện
Hiệu suất nạp điện giảm đáng kể dưới 100% do điện áp quá mức tại các điện cực, dẫn đến các phản ứng phụ như giải phóng hydrogen và oxygen Các phản ứng này xảy ra tại anode và cathode trong quá trình xả điện.
Hiệu năng của các thiết bị lưu trữ năng lượng có thể so sánh qua mật độ năng lượng cực đại Wmax = qE/m, với q là điện lượng, E là cửa sổ điện áp, và m là khối lượng Siêu tụ điện Maxwell BCAP3000 có điện dung 3000 F, cửa sổ điện áp 2.7 V và khối lượng 510 gam Cần xác định thiết bị lưu trữ điện nào có mật độ năng lượng cực đại (Wh/kg) cao hơn giữa acquy thương mại và siêu tụ điện Trong quá trình xả acquy, điện áp duy trì ổn định, trong khi điện áp của tụ điện giảm gần như tuyến tính, cho phép sử dụng điện áp trung bình Mật độ năng lượng của acquy chì-acid cũng cần được xem xét.
C Không thay đổi theo nhiệt độ
Hướng dẫn a) Anode (-): Pb(s) +SO4 2-(aq) - 2e- →PbSO4(s)
Cathode (+): PbO2(s) + SO4 2-(aq) + 4H + (aq) + 2e - → PbSO4(s) + 2H2O Phản ứng tổng: Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O b) Các bán phản ứng:
PbO2(s) + 4H + (aq) + 2e - → Pb 2+ (aq) + 2H2O (I) ΔrGI 0 = -nIFEI 0 (nI = 2)
Pb 2+ (aq) + 2e - → Pb(s) (II) ΔrGII 0 = -nIIFEII 0 (nII = 2)
Phản ứng dị phân của các ion Pb(II):
2Pb 2+ (aq) + 2H2O = Pb(s) + PbO2(s) + 4H + (aq) (III) ΔrGIII0 = -nIIIFEIII 0 (nIII = 2)
Phản ứng dị phân không tự diễn biến c) PbSO4(s) → Pb 2+ (aq) + SO4 2–(aq) (IV) ΔrGIV 0 = -RTãlnKsb
2Pb 2+ (aq) + 2H2O → Pb(s) + PbO2(s) + 4H + (aq) (III) ΔrGIII 0 = -nIIIFIII 0
Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O (-III – 2.IV) ΔG 0 = -(ΔG 0 + 2ΔG 0 ) = -nFE 0 (n = 2)
Ecell 0 = -(nIIIlnEIII 0 + 2RTI(nF).lnKsb)
E E ln E ln H SO E 0.02569ln H SO
H SO 4.836 M E 2.081 V e) dE o cell/dt = (2.041 V – 2.033)/(25 °C – 5 °C) = 0.0004 V/°C = +0.4 mV/°C
> 0 f) lnK = nFEcell 0/RT lnK25 °C = 2ã 96485 C/mol ã 2.041 V/(8.314 J/(molãK) ã 298.15 K) = 159 lnK5 °C= 170
Khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch
Theo nguyên lí Le Chatelier thì đây là phản ứng thu nhiệt g) A và D đúng h) N = 12 V / 2.081 V = 5.8
Cần dùng 6 tế bào i) j) Emax = 6 ã 2.081 V = 12.49 V k) Q = 12 A ã 1 h ã 3600 s/1 h = 43 200 C = 43.2 kC l) Khoảng 13,9 giờ m) A Tăng n) D Tăng trong quá trình nạp điện o) Cathode (−): 2H + (aq) + 2e − = H2(g)
Anode (+): 2H2O − 4e − = O2(g) + 4H + (aq) p) Wmax(ac quy) = 12 Ahã12 V / 4.05 kg = 36 Wh/kg
Wmax(siờu tụ điện) = 3000 F ã 2.7 Vã2.7 V / 2 / 0.510 kgã1 h/3600 s = 6.0 Wh/kg
Mật độ năng lượng cực đại của acquy cao hơn q) B Giảm theo nhiệt độ và E Tăng khi xả điện
Gần đây, một nghiên cứu mới đã công bố về loại acquy thuận nghịch, trong đó điện cực âm được làm từ kim loại nhôm và điện cực dương sử dụng vật liệu khác.
Cn[AlCl4] là một hệ thống điện hóa học, trong đó Cn đại diện cho graphite và dung dịch điện li là chất lỏng ion được hình thành từ imidazolium cation thế alkyl (R +) và AlCl4-anion Khi pin xả điện, phức hai nhân được hình thành gần cực âm Trong suốt quá trình nạp và xả điện, cation trong chất lỏng ion vẫn giữ nguyên.
1) Viết phương trình phản ứng xảy ra ở cực dương, cực âm và trong cả acquy khi xả điện
Graphite (than chì) được hình thành qua quá trình nhiệt phân methane, trong đó methane bị phân hủy khi có mặt một lượng lớn hydrogen, dẫn đến sự hình thành carbon bám trên bề mặt nickel bọt Phương trình phản ứng nhiệt phân methane có thể được biểu diễn như sau: CH₄ → C + 2H₂ Việc sử dụng nickel bọt trong quá trình này nhằm tăng cường hiệu suất phản ứng và tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành carbon có cấu trúc tốt.
3) Viết phương trình phản ứng của nickel sau khi graphite được tạo thành
4) Dung dịch điện li của acquy được điều chế bằng cách hòa tan aluminum trichloride khan vào hydrocarbon trong chất lỏng ion imidazole chloride Viết phương trình phản ứng
1) Cực dương: Cn[AlCl4] + e →AlCl4 − + Cn
Cực âm: Al + 7AlCl4 − → 4Al2Cl7 − + 3e
Acquy: Al + 3Cn[AlCl4] + 4 AlCl4 − → 4Al2Cl7 − + 3Cn
Nickel bọt xúc tiến phản ứng nhiệt phân methan, tạo ra graphite xốp, giúp duy trì tính chất thuận nghịch của acquy Điều này hạn chế sự thay đổi thể tích của điện cực dương trong quá trình nạp và xả điện.
Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 30,00 °C, sử dụng một pin điện hóa với nửa pin hydrogen Điện cực platinum kim loại được nhúng vào dung dịch đệm trong môi trường khí hydrogen, tạo thành cấu trúc [Pt(s) | H2(g)].
Pin bán phần hydrogen được kết nối với pin bán phần của thanh kim loại M trong dung dịch M 2+ (aq) với nồng độ chưa xác định Hai pin bán phần này được liên kết qua một cầu muối như minh họa trong hình 1.
1) Khi tỉ số phản ứng (tỉ số nồng độ các chất lúc chưa cân bằng, Q) của pin
Galvanic bằng 2,18.10 -4 ở 30,00 o C thì suất điện động bằng +0,450 V Tính giá trị thế khử chuẩn (E o ) và xác định kim loại M
Bảng 1: Thế khử chuẩn (trong khoảng 298 – 308 K)
2) Viết phương trình phản ứng các quá trình oxid hóa – khử trong pin Galvani
Để xác định nồng độ chưa biết của dung dịch M 2+ (aq) trong pin, phương pháp chuẩn độ iod được sử dụng Một mẫu dung dịch M 2+ (aq) có thể tích 25,00 mL được cho vào bình định mức và thêm một lượng dư KI Kết quả cho thấy cần 25,05 mL dung dịch sodium thiosulfate 0,800 M để đạt điểm tương đương.
Viết tất cả các phương trình phản ứng oxid hóa-khử liên quan tới phép chuẩn độ này và tính nồng độ dung dịch M 2+ (aq)
[Nếu thí sinh không tìm được câu trả lời, có thể sử dụng giá trị nồng độ
M 2+ là 0,950 M cho các tính toán tiếp theo.]
4) Khi pin bán phần hydrogen (trong hình 1) ở dưới khí quyển hydrogen
0,360 bar và điện cực platinum bị nhúng vào 500 mL dung dịch đệm chứa 0,050 mol lactic acid (HC3H5O3) và 0,025 mol sodium lactate (C3H5O3Na) thì suất điện động đo được là +0,534 V
Tính pH của dung dịch đệm và hằng số phân li (Ka) của lactic acid ở 30,00 oC
[Nếu thí sinh không tìm được câu trả lời, có thể sử dụng giá trị pH đệm là 3,46 để tính Ka.]
Hoặc viết theo cách sau:
Năm 1936, trong những cuộc khai quật gần
Baghdad (Iraq), nhà khảo cổ học Wilhelm Koenig đã khám phá ra một chiếc bình thuộc thời kì
Vào khoảng năm 0 sau Công nguyên, một chiếc bình Parthian được phát hiện, bên trong chứa một ống trụ bằng đồng và một thanh sắt cắm vào Việc sử dụng chiếc bình này đã dẫn đến nhiều giả thuyết gây tranh cãi Các quan điểm khác nhau đã được đưa ra để giải thích chức năng và ý nghĩa của nó trong bối cảnh lịch sử.
Koenig thì thiết bị này là một nguồn điện hóa học
Koenig đã phát triển một thiết bị tương tự hay pin điện hóa, sử dụng chất điện giải CH3COOH, và đạt được suất điện động khoảng 0.5 V để củng cố cho giả thuyết của mình.
1) a) Viết phương trình phản ứng diễn ra trong pin b) Kim loại nào ở cathode, kim loại nào ở anode trong HIT? c) Viết phương trình diễn ra ở các điện cực
Chất điện li mà người Parthian sử dụng có thể là nước nho lên men, chứa các axit như axit acetic, axit lactic, axit citric và axit butyric Để sắp xếp các axit này theo thứ tự tăng dần độ mạnh của hằng số phân ly axit (Ka1), ta có thể đưa ra thứ tự như sau: axit butyric, axit lactic, axit citric, và cuối cùng là axit acetic Để hoàn thành các phương trình chuyển hóa đường C6H12O6 thành từng axit này, cần thực hiện các phản ứng lên men khác nhau tương ứng với từng loại axit.
C6H12O6 + O2 → (citric acid) c) Dung dịch acid nào sẽ tạo ra HIT có thế lớn nhất, giả sử rằng nồng độ các acid trong các dung dịch giống nhau
Giả sử người Parthian phát hiện ra dung dịch acid mạnh với pH = -1, chúng ta cần đánh giá các đặc tính kỹ thuật của pin Đầu tiên, xác định EMF cực đại khi nồng độ [Fe 2+] là 10^-4 M Tiếp theo, tính điện lượng Q (C) có thể được tạo ra bởi HIT nếu khối lượng trụ sắt là 25 gram.
4) Những người phản đối quan điểm của Koenig đã hỏi về mục đích sử dụng thiết bị này Cần bao nhiêu quả pin HIT để tạo được thế U = 220
V (sử dụng Emax cho các tính toán)? Đối với bán phản ứng aA + ne - → bB, phương trình Nernst là:
Hằng số Faraday (điện tích của 1 mol electron) F = 96500 C / mol
Công thức cấu tạo của lactic, butyric và citric acid lần lượt là:
Phản ứng giữa sắt và axit acetic được biểu diễn bằng phương trình hóa học: Fe + 2CH3COOH → Fe(CH3COO)2 + H2↑ Trong quá trình này, sắt đóng vai trò là anode (A) và đồng là cathode (K), với phản ứng oxi hóa xảy ra tại điện cực sắt và phản ứng khử diễn ra tại điện cực đồng.
2) a) Hằng số phân li acid chịu ảnh hưởng bởi các hiệu ứng cảm ứng của các nhóm thế
Tính acid của các axit hữu cơ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng cảm ứng của nhóm thế, liên quan đến bậc của nhóm thế và độ âm điện của nguyên tử Chẳng hạn, butyric acid yếu hơn acetic acid do nhóm ethyl thay vì hydrogen Trong khi đó, lactic acid mạnh hơn acetic acid nhờ có nguyên tử oxy ở vị trí Cα của nhóm carboxylic, nhưng lại yếu hơn citric acid do có thêm hai nhóm acetocarbocylic bên cạnh nhóm α-OH.
Trật tự tăng dần tính acid: butyric (4.82) < acetic (4.71) < lactic (3.86) < citric (3.13) b) c) Citric acid, là acid mạnh nhất, sẽ có [H + ] lớn nhất và thế lớn nhất
Tế bào điện hóa galvanic bao gồm hai nửa pin, mỗi nửa chứa dung dịch sulfate đồng và sulfate kẽm Hai điện cực đồng và kẽm được nhúng vào các dung dịch này, tạo ra phản ứng điện hóa.
Thể tích đầu của các dung dịch là 50.0 mL Khi thêm 5.00 mL dung dịch CuSO4 0.100 M vào dung dịch CuSO4, suất điện động (EMF) tăng 0.0077 V Tiếp theo, sau khi thêm 5.00 mL dung dịch ZnSO4 0.100 M vào dung dịch ZnSO4, EMF giảm 0.0012 V Thế khử chuẩn của điện cực đồng và kẽm lần lượt là 2 + = + 2 + = o o.
E 0.337 V, E -0.763 V.Thế của điện cực có thể được tính theo phương trình Nernst:
E E lg n Kh - trong đó n là số electron trong bán phản ứng EMF bằng chênh lệch thế giữa các điện cực
1) Viết các phương trình phản ứng diễn ra trên các điện cực Điện cực nào là cathode, điện cực nào là anode?
2) Tính EMF của pin điện chứa dung dịch ZnSO4 0.01 M và CuSO4 0.05 M
3) Xác định nồng độ đầu của các muối đồng và kẽm
4) Tính EMF sau khi thêm các dung dịch vào
5) Khi thêm dung dịch ammonia (V = 25.0 mL, c = 0.24 M) vào 50.0 mL dung dịch CuSO4 9.94 mmol/L thì EMF giảm 0.2289 V Xác định hằng số bền của phức chất [Cu(NH3)4] 2+ , ( )
1) Cathode là điện cực đồng: Cu → Cu 2+ + 2e
Anode là điện cực kẽm: Zn 2+ + 2e → Zn
3) Xét điện cực đồng Trước khi thêm dung dịch, thế điện cực là
2 , trong đó [Cu 2+ ]0 kí hiệu là c1 Sau khi thêm dung dịch, thế của điện cực là = + +
Nếu cx > c1 thì E2 > E1, khi đó = +
5) Trước khi thờm ammonia, nồng độ của copper ion là c1(Cu 2+ ) = 9.94ã10 -
3 M, sau khi pha loóng với dung dịch ammonia c1 (Cu 2+ ) = 9.94ã10 -
Nồng độ ammonia trong dung dịch là 0.24 ã 25/(25 + 50) = 0.08 (M) Nồng độ của phức là 6.627ã10 -3 - 1.730ã10 -10 = 6.627ã10 -3 (M)
Nồng độ ammonia khụng tạo phức là 0.08 - 4ã6.627ã10 -3 = 5.349ã10 -2
Hằng số bền của phức chất là:
Chất H2 A là dạng khử của chất A (C6H4O2), với phổ H-NMR của A chỉ có một tín hiệu tại 6.73 ppm, trong khi H2 A có hai tín hiệu tại 7.79 ppm và 6.68 ppm với tỉ lệ cường độ 1:2 Phức chất đẳng phân tử X từ các chất này thường được sử dụng trong hóa phân tích để xác định pH bằng phương pháp điện thế Để xác định hàm lượng axit boric trong 250 mL mẫu dung dịch, thêm 12.5 mL dung dịch NaCl 2M, vài giọt bromothymol xanh và NaOH đến gần điểm kết thúc phản ứng trung hòa Sau đó, thêm khoảng 0.2 gram X vào dung dịch, nhúng vào dung dịch hai điện cực bạc-chloride và platine, kết nối với điện kế galvano Cẩn thận thêm NaOH cho đến khi galvano kế chỉ 0, thu được pH 7.3 Cuối cùng, thêm 10 gram mannitol, kim chỉ của galvano kế sẽ lệch khỏi vạch 0, và dung dịch được chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0.0231.
M đến khi kim galvano kế chỉ về 0 Thể tích NaOH dùng để chuẩn độ là 3.46 mL
1) Vẽ công thức cấu tạo các chất A, H2 A và cho biết tên gọi của X
Để xác định pH dung dịch, người ta đo điện thế của điện cực với phức chất X so với điện cực tiêu chuẩn calomel bão hòa, thu được giá trị 0.322 V Biết rằng điện thế của điện cực calomel bão hòa là Ecal = 0.246 V và E o A,2H+/H2A = 0.699 V, cùng với nhiệt độ đo là 22 o C và hằng số Faraday là 96500 C/mol, có thể tính được pH của dung dịch.
3) Viết phương trình dạng tổng quát của phản ứng xảy ra khi thêm mannitol vào dung dịch
4) Tính hàm lượng boric acid trong dung dịch ban đầu (theo đơn vị mg nguyên tố B)
5) Tính sai số (φ) định lượng boron trong dung dịch nếu giả sử rằng tại điểm tương đương pH = 7.0
Tính toán năng lượng tự do Gibbs tiêu chuẩn (22 oC, không phụ thuộc pH) cho nửa phản ứng oxi hóa-khử A,2H+/H2 A có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phương trình ΔG = -nFE Để xác định mối quan hệ giữa năng lượng Gibbs và pH dung dịch, cần viết phương trình phụ thuộc của ΔG vào pH Kết quả sẽ được thể hiện qua một giản đồ cho thấy sự biến đổi của ΔG theo pH dung dịch, giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của pH đến năng lượng tự do trong phản ứng.
Dựa vào công thức phân tử và phổ NMR, chất A chỉ chứa một loại proton, cho phép xác định đó là 1,4-benzoquinone (p-quinone) Khi chất này được khử, nó sẽ tạo thành hydroquinone H2 A.
Trong hóa phân tích, phức chất đẳng phân tử với tỉ lệ mol 1:1 của hai hợp chất, gọi là chất X, thường được sử dụng Điện cực quinhydrone được tạo ra từ chất X cho độ chính xác cao hơn trong các phép đo pH so với điện cực thủy tinh.
2) Thế của điện cực quinhydrone so với điện cực hydrogen chuẩn
E + =0.322 0.246 0.568 V+ Phương trình Nernst của bán phản ứng khử quinone thành hydroquinone là (nồng độ quinone và hydroquinone trong quinhydrone là giống nhau):
3) Boric acid phản ứng với alcohol đa chức như mannitol, tạo thành một acid phức đủ mạnh, có thể được chuẩn độ
Trong quá trình phân tích, hợp chất được chuẩn độ là mannitiboric acid, có số mol tương đương với số mol boric acid trong dung dịch Điểm cuối của quá trình chuẩn độ đạt được khi mũi tên điện kế trở về vị trí 0 Nồng độ của boric acid trong dung dịch có thể xác định từ kết quả này.
=G -nFE(pH)= −nF(E 0 −0.059pH)= +G 0 0.059 n F pH
Giản đồ phụ thuộc của ΔG vào pH dung dịch.
Dung dịch A chứa FeSO4 0,020 M, Fe2(SO4)3 và H2SO4 Khi lấy 25,00 ml dung dịch A, Fe 3+ được khử thành Fe 2+ và chuẩn độ Fe 2+ bằng 11,78 ml K2Cr2O7 0,0180 M Phương trình ion của phản ứng chuẩn độ cần được viết và nồng độ M của Fe 2+ trong dung dịch A sẽ được tính toán.
Fe2(SO4)3 trong dung dịch A b) Tính nồng độ M của H2SO4 trong dung dịch A, biết dung dịch này có pH
= 1,07 c) Ghép cực Pt nhúng trong dung dịch A (qua cầu muối) với cực Ag nhúng trong dung dịch AgNO3 0,0190 M có thêm K2CrO4 cho đến nồng độ 0,0100
M (coi thể tích được giữ nguyên)
Hãy cho biết anot, catot và viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động Tính sức điện động của pin
Cho pKa: HSO4 - 1,99; Fe 3+ ( Fe 3+ + H2O FeOH 2+ + H + ) 2,17;
Chỉ số tích số tan pKs của Ag2CrO4 11,89
E o : Fe 3+ / Fe 2+ 0,771 V; Ag + /Ag 0,799 V; (RT/F)ln = 0,0592 lg
Hướng dẫn a) Phản ứng c/độ Cr2O 2 7 − + 6 Fe 2+ + 14 H + → 2 Cr 3+ + 6 Fe 3+ + 7 H2O
C1 = 0,01544 M hay C Fe 2 (SO 4 ) 3 = 0,01544 M b) Trong dd A có: Fe 2+ 0,020 M; Fe 3+ 2C1; H + (C, M); HSO 4 − (C, M); các cân bằng:
So sánh ta thấy (3) và (4) là chủ yếu và tương đương nhau Áp dụng đ/luật bảo toàn proton, ta có [H3O + ] = CH + + [FeOH 2+ ] + [SO 2 4 − ] (a)
Từ (3) có [FeOH 2+ ] / [Fe 3+ ] = Ka2 / [H3O + ] → [FeOH 2+ ] / CFe 3+ = Ka2 / Ka2 +
T/ tự, từ (4) có [SO 2 4 − ] / [HSO 4 − ] = Ka / [H3O + ]
0,07483 M c) EPt = E Fe 3+ / Fe 2+ = E 0 Fe 3+ / Fe 2+ + 0,0592 lg([Fe 3+ ]/[Fe 2+ ])
= 0,02862 M → [Fe 2+ ] = CFe 2+ = 0,020 M (vì Ka1 rất bé)
Ag2CrO4↓ → 2 Ag + + CrO 2 4 − Ks = 10 -11,89
EAg = E o Ag + / Ag + 0,0592 lg [Ag + ] = 0,799 + 0,0592 lg4,96.10 -5 = 0,544 V
Vì EAg < EPt nên cực Ag là anot; cực Pt catot
Phản ứng trong pin: anot 2 Ag + CrO 2 4 − Ag2CrO4↓ + 2e catot 2x│ Fe 3+ + e Fe 2+
2 Ag + CrO 2 4 − + 2Fe 3+ Ag2CrO4↓ + 2 Fe 2+
Pin điện hóa sau đây dựa trên phản ứng ở pha rắn và hoạt động thuận nghịch ở 1000K dưới dòng khí O2 Các ion F - khuếch tán thông qua CaF2(r) ở 1000K
Các nửa phản ứng trong pin được xác định như sau: ở điện cực âm, MgO(r) phản ứng với ion F - để tạo ra MgF2(r), 1/2O2(k) và 2e Tại điện cực dương, MgF2(r) phản ứng với Al2O3(r) và 1/2O2(k) để tạo ra MgAl2O4(r) và ion F - Phương trình Nernst cần được viết cho từng nửa pin, cùng với phương trình phản ứng tổng cộng khi pin hoạt động và phương trình Nernst tương ứng, giả định áp suất O2(k) giống nhau ở cả hai điện cực Nồng độ ion F - được duy trì bằng nhau ở hai điện cực nhờ dòng khuếch tán qua CaF2(r) Để tính ∆G o của phản ứng ở 1000K, cần biết giá trị E o (ở 1000K) là 0,1529V Cuối cùng, sức điện động chuẩn của pin sẽ được xác định trong khoảng nhiệt độ từ 900K đến 1000K.
E o (V) = 0,1223 + 3,06.10 -5 T Giả thiết ∆H o và ∆S o là hằng số, tính các giá trị này
Hướng dẫn a) Các nửa phản ứng theo đầu bài:
Phản ứng tổng cộng: Al2O3(r) + MgO(r) ⇌ MgAl2O4(r)
Phương trình Nernst cho mỗi nửa tế bào và phương trình tổng cộng khi pin hoạt động:
Ký hiệu (1), (2) chỉ các nửa phản ứng ở điện cực (+) và (-) tương ứng trong pin
Phương trình Nernst cho phản ứng tổng cộng:
Do nồng độ F- và áp suất O2 bằng nhau cho cả hai điện cực của pin, ta có E(pin) = E o + - E o - = E o pin = 0,1529V Tính toán ∆G o = -nFE o cho thấy ∆G o = -2.96500.0,1529 = -29,510 (kJ.mol -1) Hơn nữa, ∆G o cũng có thể được tính bằng công thức ∆G o = ∆H o – T.∆S o = -nF(0,1223 + 3,06.10 -5 T).
Oxit có cấu trúc tinh thể dạng CaF2 với nhiều hốc oxy cho khả năng dẫn điện kiểu oxit-ion khi được nung nóng ở nhiệt độ cao, được gọi là chất dẫn điện rắn Tế bào điện hóa sử dụng chất dẫn điện rắn và điện cực Pt nhiều lỗ có thể ứng dụng trong đầu dò oxy, bơm oxy và pin nhiên liệu.
Trong quá trình bơm oxy, phân tử oxy được khử thành ion oxit tại catot, sau đó ion oxit di chuyển đến anot và bị oxy hóa thành phân tử oxy nhờ vào hiệu điện thế bên ngoài Khi áp suất riêng phần của oxy khác nhau giữa hai cực trong mạch điện hở, sẽ sinh ra sức điện động giữa chúng, hiện tượng này được ứng dụng để tạo ra đầu dò oxy Cụ thể, phản ứng xảy ra ở anot và catot cần được ghi rõ Để chuyển ion oxy từ catot sang anot, cần áp dụng dòng điện có cường độ 1.93 A trong 500 giây, từ đó tính toán thể tích khí oxy (mL) sinh ra ở anot.
Ở nhiệt độ 800 ºC và áp suất 1.01 x 10^5 Pa, cần ghi kết quả đến hai chữ số có nghĩa Để tính sức điện động (V) giữa hai cực, tỉ lệ áp suất riêng phần của oxy P1 và P2 phải được điều chỉnh sao cho P1/P2 = 100.
800 ºC Bỏ qua sự dẫn điện của chất dẫn điện rắn
Anot : 2 O 2- → O2 + 4e b) 1/4 mol O2 di chuyển khi có 1 mol electron chạy qua
V = nRT/P = 2.5 x 10 -3 x 8.314 x1073 / 1.01 x 10 5 = 2.208 x 10 -4 (m 3 ) = 2.208 x 10 2 (cm 3 ) Ans 2.2 x 10 2 mL c) Trong một pin nồng độ oxyl, ∆Gº và Eº là 0 và z = 4
E = －(RT/4F) ln (Pox/ Pred) = (RT/4F) ln (P catot/ P anot)
Quá trình tạo ảnh chụp đen trắng bao gồm bốn giai đoạn chính: đầu tiên là phơi, trong đó AgBr bị phân hủy dưới tác động của ánh sáng; tiếp theo là rửa ảnh, sử dụng dung dịch C6H4(OH)2 trong môi trường kiềm; sau đó là cố định, xử lý với dung dịch Na2S2O3; và cuối cùng là rửa bằng nước để hoàn thiện quá trình.
Trong quá trình quang phân, các tâm nhạy cảm (sensitive centers - CS, là các cụm Ag4) được tạo thành ở dạng vi tinh thể (microcrystal - MC) Các
CS tăng tốc độ rửa, khử toàn bộ MC thành Ag, với độ nhạy cảm của các lớp ảnh được xác định bởi ngưỡng SDo+0.1 Giá trị này tương ứng với năng lượng cần thiết để tạo ảnh, trong đó mật độ quang (D) ở các vùng phơi sáng cao hơn 0.10 đơn vị D so với các vùng không phơi sáng (Do) Giả định rằng các khối lập phương MC có độ dài cạnh 4.2×10^-5 cm được sắp xếp trong một đơn lớp, hàm lượng bạc trong lớp ảnh là 2.8 gam/m² Quá trình phơi được thực hiện với ánh sáng (λ = 550 nm, công suất 5.0×10^-3 J s^-1 cm^-2) hoàn toàn hấp thụ bởi MC Độ bao phủ của bạc là m/s = 5.0 gam/m², trong đó m là khối lượng bạc tạo thành trong ảnh.
1) Viết các phương trình phản ứng ion xảy ra khi phơi, rửa và cố định ảnh
2) Sử dụng các giá trị ΔG o theo kJ/mol của AgBr (-97), S2O3 2- (-514), Ag(S2O3) 2- (-486), Ag(S2O3)2 3- (-1027), OH - (157), Br - (104), H2O (-237),
C6H4(OH)2 (-222) và C6H4O2 (-91) là các hợp chất quan trọng trong quá trình cố định Để thiết lập công thức phức chất chủ yếu hình thành trong quá trình này, cần xác định giá trị pH cực tiểu khi cố định, với giả định rằng tất cả các giá trị hoạt độ đều chuẩn, ngoại trừ OH- Để tính toán, cần lưu ý rằng F = 96500.
3) Tính số MC của AgBr chứa trong 1 cm 2 lớp ảnh Biết khối lượng riêng của AgBr là 6.47 gam/cm 3
4) Ước lượng thời gian phơi cần thiết để nhận được ảnh với D = 0.50 Biết rằng hiệu suất lượng tử bằng 1 và MC không phơi thì không xuất hiện Cho h = 6.626ã10 -34 J.s
5) Ước lượng SDo+0.1 của lớp ảnh
Rửa: C6H4(OH)2 + 2AgBr + 2OH - → C6H4O2 + 2Ag + 2Br - + 2H2O (1)
Cố định: AgBr + S2O3 2- → [Ag(S2O3)] - + Br - (2)
2) a) Với phản ứng (2): ΔG o 2 = -486 - 104 + 514 + 97 = 21 kJ/mol;
Với phản ứng (3): ΔG o 3 = -1027 - 104 + 2ã514 + 97 = -6 kJ/mol
Do đó, phản ứng (3) chiếm ưu thế Phức chất tạo thành trong quá trình cố định là [Ag(S2O3)2] 3- b) Với phản ứng (1): ΔG o 1 = -91 - 2ã104 - 2ã237 + 222 + 2ã97 + 2.157 = -43 kJ/mol
3) Khối lượng AgBr là AgBr 188 m 2.8 4.87 gam
= 108 Thể tích và khối lượng của 1 MC của AgBr là
Do đó, số MC của AgBr, chứa trong 1 cm 3 là
4) Để thu được ảnh D = 0.5, cần Ag 5.0 0.5 2 4 m 2.5 10 gam
Do nMC = 4.79ã10 -13 gam, sau khi rửa tạo thành lượng Ag sau:
Do đó số MC là
Để tạo thành CS Ag4 với hiệu suất lượng tử 1 thì mỗi MC phải hấp thụ 4 lượng tử Do đó, 1 cm 2 thì phải là 4 9.09 10 8 =3.64 10 9 lượng tử ánh sáng
Năng lượng của 1 lượng tử ánh sáng là
Do đó với 1 cm 3 thì E 3.61 10= − 19 3.64 10 9 =1.32 10 J 9
Điện cực chọn lọc ion là công cụ quan trọng trong phân tích hiện đại, nhờ vào tính đơn giản và chi phí thấp Chúng thường được sử dụng trong phân tích lâm sàng và môi trường Thế của điện cực này được mô tả qua một phương trình cụ thể.
Nhiệt độ T được tính theo Kelvin (K), trong khi n đại diện cho điện tích của ion phân tích với nồng độ ci Nồng độ của các ion gây nhiễu trong dung dịch được ký hiệu là cj, và Ki,j là hệ số chọn lọc của ion j, với yêu cầu giá trị của hệ số này phải thấp Phương trình này chỉ thỏa mãn khi điện tích của các ion phân tích và ion gây nhiễu là giống nhau.
Các điện cực chọn lọc nhạy ion có cấu trúc tương tự, với thành phần quan trọng là màng nhựa polyvinyl chloride có các phụ gia Màng này chứa ionophore, một chất hữu cơ có khả năng tạo phức chọn lọc với các cation nhất định.
Màng của điện cực chọn lọc K+ sử dụng valinomycin làm thể mang tự ion tự nhiên Nồng độ K+ trong huyết thanh dao động từ 3⋅10^-3 đến 6⋅10^-3 mol/dm^3 Để tính giá trị thế tăng lên ở điện cực chọn lọc ion, cần xác định sự chuyển đổi từ nồng độ potassium thấp nhất đến cao nhất.
Điện cực được đo trong dung dịch KCl 0.01 mol/dm³ cho giá trị 0.371 V, trong khi trong dung dịch NaCl cùng nồng độ chỉ đạt 0.123 V Dựa trên các giá trị này, có thể tính toán hệ số chọn lọc của Na⁺, K⁺ và Na Nguyên nhân khiến tương tác giữa K⁺ với valinomycin tốt hơn so với Na⁺ là do kích thước và tính chất ion của K⁺ phù hợp hơn với cấu trúc của valinomycin.
Để xác định thế điện cực trong dung dịch KCl 10^-3 mol/dm^3, cần xem xét ảnh hưởng của các ion gây nhiễu như Na+ Khi có Na+ trong dung dịch, giá trị thế đo được sẽ khác so với khi không có Để thế đo được chỉ tăng thêm 1 mV, nồng độ NaCl trong dung dịch KCl phải lớn hơn nồng độ K+ một tỷ lệ nhất định.
Một ví dụ điển hình về nguyên mẫu chưa hoàn thiện của các điện cực chọn lọc ion hiện đại là điện cực chlorine-silver (AgCl phủ bạc), có độ nhạy cao với ion Cl- Phương trình mô tả sự phụ thuộc của thế điện cực này vào nồng độ ion chloride sẽ được dẫn ra, sử dụng các chất rắn được cung cấp ở cuối bài Ngoài ra, cần tính toán thế của điện cực chlorosilicate trong dung dịch NaCl với nồng độ 0.01 mol/dm³.
Để xác định hệ số chọn lọc ion Br- của điện cực chlorine, cần xác định thế của điện cực trong dung dịch NaBr với nồng độ 0.01 mol/dm³ Trong trường hợp này, phản ứng hóa học xảy ra là sự chuyển đổi giữa ion Br- và ion Cl- Phương trình ion cho phản ứng có thể được viết như sau: Cl2 + 2Br- → 2Cl- + Br2 Khi cân bằng được thiết lập, giá trị thế của dung dịch sẽ phụ thuộc vào nồng độ các ion trong dung dịch Hệ số chọn lọc của Br- (KCl,Br) có thể được tính toán dựa trên giá trị thế thu được Nhận xét về giá trị này cho thấy điện cực chlorine có khả năng hoạt động hiệu quả như một điện cực chọn lọc ion trong các ứng dụng phân tích và đo lường.
Điện cực chlorine không bị ảnh hưởng bởi nồng độ ion chloride trong mẫu khi nồng độ này nhỏ hơn 10^-5 mol/dm^3 Điều này có thể giải thích bởi sự ổn định của điện cực trong điều kiện nồng độ thấp, cho phép nó duy trì giá trị thế không đổi Các dữ liệu được đo ở nhiệt độ 25 độ C hỗ trợ cho nhận định này.
Hằng số khí, R = 8.314 J / (mol K); hằng số Faraday, F = 96484 C / mol Thế khử tiêu chuẩn Ag + /Ag: E 0 = 0.799 V
Tích số tan: Ks0(AgCl) = 1.610- 10 ; Ks0(AgBr) = 5⋅10 -13
Khi không có ion gây nhiễu:
Chênh lệch thế phụ thuộc vào các nồng độ c1 và c2
2) Trong dung dịch KCl và NaCl: trong đó cK và cNa là nồng độ của cation tương ứng hay hay KK,Na = 6,4⋅10 -5
Tương tác của K + tốt hơn Na + là do kích thước của K + phù hợp với thể mang ion hơn
Trong dung dịch NaCl 0.01 mol/dm 3 thì
5) Trong dung dịch NaBr, do độ hòa của AgBr < AgCl, phản ứng sau xảy ra:
Vì AgBr kết tủa nằm cân bằng với các ion Ag + và Br - nên có thể viết phương trình Nernst như dung dịch chlorie hay KCl,Br = 318
Giá trị KCl,Br lớn hơn 1 gây bất lợi vì việc bổ sung một lượng nhỏ Br- vào dung dịch Cl- có thể làm thay đổi điện thế một cách đáng kể, từ đó làm giảm tính hữu dụng của điện cực chlorine trong vai trò điện cực chọn lọc ion.
Bạc chloride có độ tan cao hơn một chút so với bạc clorua Giả sử độ tan của AgCl là S, với [Ag+] = [Cl-], tích số tan được tính là Ks0 = S², dẫn đến S = √𝐾𝑠0 = 1.3⋅10⁻⁵ mol/dm³ Khi nồng độ ion trong mẫu nhỏ hơn 10⁻⁵ mol/dm³, các ion chloride sinh ra từ phản ứng phân li của AgCl sẽ quyết định thế của điện cực.
Potassium permanganate (KMnO4), hay còn gọi là khoáng chameleon hoặc “tinh thể của Condy”, là một hợp chất hữu cơ tan trong nước, tạo ra dung dịch màu tím hoặc hồng đậm Khi dung dịch này bay hơi, nó sẽ hình thành các tinh thể lấp lánh màu đen ánh tía với hình dạng lục lăng Potassium permanganate có thể được điều chế từ phản ứng tự oxi hóa khử của potassium manganate trong môi trường acid.
1) Viết phương trình của phản ứng này
2) Vẽ cấu trúc Lewis của các tiểu phân manganate và permanganate Xác định tiểu phân nào có tính thuận từ Tính moment từ của tiểu phân thuận từ
3) Khi thêm H2SO4 đặc vào KMnO4 thì thu được dimanganese heptaoxide dạng dầu màu, có xanh lục a) Viết phương trình phản ứng b) Vẽ cấu trúc của dimanganese heptaoxide
4) Oxide trên bị phân hủy tạo thành manganese dioxide Viết phương trình phản ứng
Dưới đây là giản đồ Latimer của các tiểu phân manganese trong môi trường acid (pH = 1) Các giá trị E o là thế khử chuẩn, tính theo volt
Trong môi trường acid, MnO2 rắn chuyển đổi thành Mn 2+ và MnO4 - Để giải quyết bài toán này, cần viết các bán phản ứng và phản ứng tổng Sử dụng giản đồ Latimer, ta tính toán thế chuẩn của từng điện cực và suất điện động của pin Cuối cùng, tính hằng số K của toàn phản ứng để hoàn thiện quá trình phân tích.
Trong môi trường acid, MnO4 - là tác nhân oxi hóa mạnh, thường được sử dụng trong chuẩn độ oxi hóa-khử Dung dịch H2O2 6 % (w/w) được bán tại các cửa hàng dược phẩm như một loại thuốc tẩy uế Khi chuẩn độ dung dịch H2O2 với dung dịch KMnO4 0.02 M trong môi trường acid, cần sử dụng 15.0 mL dung dịch chuẩn.
6) Viết phương trình phản ứng chuẩn độ Tính khối lượng H2O2 đã đem chuẩn độ
Giản đồ Frost, hay còn gọi là giản đồ trạng thái oxid hóa, là một biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa thế cân bằng (NE o ) của một cặp nguyên tố X.
Đồ thị dưới đây mô tả hệ carbonic acid-carbonate với nồng độ CO3 2- là 1.0×10 -2 mol L -1, thể hiện mối liên hệ giữa sự hiện diện của uranium và thế điện cực tương ứng với pH (biểu đồ E-pH, sử dụng điện cực hydrogen chuẩn làm điện cực tham chiếu) Để so sánh, đường nét đứt thể hiện mối liên hệ E-pH với các cặp H+/H2 và O2/H2O.
1) Tính nồng độ các tiểu phân tồn tại chính trong hệ carbonic acid- carbonate ở pH 4.0 và 6.0 Cho biết với H2CO3: Ka1 = 4.5ã10 -7 , Ka2 4.7ã10 -11
2) Trong đồ thị trên, a và b là các đường thẳng ở pH = 4.4 và 6.1 Viết phương trình phản ứng tạo thành các tiểu phân tương ứng với a, b
3) Viết các phương trình phản ứng tương ứng với c, d
4) Thêm UCl3 vào hệ đệm ở pH = 4.0 Viết phương trình phản ứng xảy ra
5) Trong khoảng pH 8.0 - 12, thì UO2(CO3)3 4- và U4O9(s) có thể cùng tồn tại trong hệ không? Giải thích Tương tự với trường hợp UO2(CO3)3 4- và UO2(s)
1) Trong dung dịch có cân bằng sau: H2CO3 H + + HCO3 -
HCO3 - = H + + CO3 2- Ka2 = c(H + ) c(CO3 2-)/c(HCO3 -) = 4.7ã10 -11 Ở pH = 4.4，c(H + ) = 1.0ã10 -4 mol L -1 c(H2CO3) = c(H + ) c(HCO3 -)/4.5ã10 -7 = 2.2ã10 -7 c(HCO3 -) c(CO3 2—) = c(HCO3 -) ã4.7ã10 -11 /c(H + ) = 4.7ã10 -7 c(HCO3 -)
Trong dung dịch chủ yếu tồn tại H2CO3, c(H2CO3) = 1.0ã10 -2 mol L -1
Tương tự với trường hợp pH = 6.0 c(HCO3 -) = 1.0ì10 —2 mol L -1 /3.2 = 3.1ã10 -5 mol L -1 c(H2CO3) = 2.2 c(HCO3 -) = 6.8ã10 -3 mol L -1
2) a: UO2 2- + H2CO3 → UO2CO3 + 2H + b: UO2CO3 + 2HCO3 - → UO2(CO3)2 2- + H2CO3
4) Ở pH = 4.0, E(UO2/U 3+ ) bé hơn E(H + /H2) nhiều, do đó khi thêm UCl3 vào thì xảy ra phản ứng oxid hóa khử (d)
5) UO2(CO3)3 4- và U4O9(s) có thể cùng tồn tại Nguyên nhân: E(UO2(CO3)3 4-
/U4O9) nhỏ hơn E(O2/H2O) và lớn hơn E(H + /H2) Do đó UO2(CO3)3 4- không thể oxid hóa nước tạo thành O2, U4O9(s) cũng không thể khử nước tạo thành H2
UO2(CO3)3 4- và UO2(s) thì không thể cùng tồn tại
UO2(CO3)3 4- + 3 UO2 + H2O → U4O9 +2HCO3 - + CO3 2-
“Copper Man” là xác ướp của một thợ mỏ đồng người Chile, bị mắc kẹt trong mỏ vào năm 550 sau công nguyên và đã bị “đồng hóa” với cơ thể phủ đồng Xác ướp này thu hút sự chú ý trong nhiều lĩnh vực như khảo cổ học, luyện kim và nghệ thuật hiện đại.
Trong những điều kiện thích hợp, bụi than có khả năng thúc đẩy phản ứng dẫn đến sự hình thành lớp phủ đồng trên Copper Man.
Cu2O và Cu 0 - được tạo ra từ các muối Cu 2+ trong mỏ đồng Xác định vai trò của than trong phản ứng này
E) không phải các phương án trên
2) Cho các phản ứng và thế khử tương ứng sau:
Cu2O + 2H + + 2e - → 2Cu + H2O E 0 red = 0.471 - 0.059(pH) CuO + 2H + + 2e - → Cu + H2O E 0 red = 0.570 - 0.059(pH)
Hãy xây dựng một giản đồ Latimer cho các cặp oxid hóa/khử trên và tính thế khử của CuO/Cu2O trong môi trường trung tính (pH = 7.0)
Chalcanthite, dạng pentahydrate của sulfate đồng, là khoáng chất mà Copper Man khai thác từ mỏ đồng Để chiết xuất đồng từ chalcanthite, Copper Man nung khoáng chất này ở nhiệt độ trên 700°C, có sự hiện diện của Na2O, dẫn đến khả năng xảy ra các phản ứng nổ.
4CuSO4 + 4Na2O → 4Na2SO4 + 2Cu2O + O2 Phản ứng I
Cu2O + CO → 2Cu 0 + CO2 Phản ứng II
Sử dụng các giá trị thế khử chuẩn của các bán phản ứng, hãy tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs của từng phản ứng Cho biết:
Trong một cuộc triển lãm, cần phải dùng pin Galvani để phục chế Copper Man Xét giản đồ Pourbaix của đồng
Trong pin Galvani, điện cực Copper Man được đặt trong dung dịch X và kết hợp với điện cực kim loại Y trong dung dịch chứa ion của kim loại đó Thành phần chính của dung dịch X là
D CuCl b) Kim loại Y phù hợp với quá trình mạ đồng trong pin Galvani là
Giản đồ pin Galvani bao gồm các thành phần chính như điện cực âm (cathode), điện cực dương (anode) và chất điện li Trong quá trình hoạt động, tại điện cực dương xảy ra phản ứng oxi hóa, trong khi tại điện cực âm diễn ra phản ứng khử Các phản ứng này tạo ra dòng điện, cho phép pin Galvani hoạt động hiệu quả.
4) a) D CuCl b) A Zn c) Vẽ giản đồ pin Galvani
Phản ứng ở cathode: Cu 2+ + 2e - → Cu
Phản ứng ở anode: Zn - 2e - → Zn 2+
Cầu muối KNO 3 cathode anode
Tên gọi "chromium" xuất phát từ tiếng Hi Lạp, có nghĩa là "màu sắc", phản ánh sự đa dạng và màu sắc của các hợp chất cũng như ion của nó Dưới đây là giản đồ Latimer thể hiện một số ion có màu ở pH = 0, với tất cả giá trị thế được tính bằng đơn vị volt.
1) Tính các giá trị thế x, y còn thiếu
2) Chứng minh bằng tính toán rằng Cr(VI) có thể dị phân (tự oxid hóa- khử) thành Cr(III) và Cr(VI)
3) Tính hằng số cân bằng của phản ứng dị phân này ở 25 o C
4) Cr(II) có xu hướng dị phân thành Cr(III) và Cr(0) không? Minh họa qua giản đồ Frost
Bằng việc đồ thị hóa các giá trị thế oxi hóa-khử của các tiểu phân chromium theo pH, chúng ta thu được giản đồ Pourbaix Giản đồ này được xây dựng dựa trên giả định rằng hoạt độ của tất cả các tiểu phân tham gia vào cân bằng với H+ (H3O+) đạt đến a = 1.
Xác định hai tiểu phân từ giản đồ có thể xảy ra phản ứng oxi hóa khử không phụ thuộc vào pH trong một khoảng pH nhất định.
6) Xác định hai tiểu phân từ giản đồ mà giữa chúng xảy ra một phản ứng chuyển proton không phụ thuộc vào thế
Hệ oxid hóa-khử dichromate/chromium (III) thường được sử dụng trong hóa phân tích Thế chuẩn của cặp này là E 0 (Cr2O7 2-/Cr 3+ ) = +1.33 V
7) Trong khoảng pH nào Cr2O7 2- bị chuyển thành Cr 3+ ?
8) Viết bán phản ứng của cặp oxid hóa-khử Cr2O7 2-/Cr 3+
9) Dẫn ra phương trình E = f(pH) cho đường giữa các tiểu phân Cr2O7 2- và Cr 3+ ở 298 K (Giả sử: Hoạt độ của tất cả các tiểu phân chromium vẫn không thay đổi.)
10) Sử dụng phương trình đã dẫn ra, tính giá trị E ở pH = 2
2) Cr(IV) bị dị phân
9) Thế thay đổi theo pH:
Các phản ứng oxi hóa khử đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp, giống như trái tim của nó Một số phản ứng trong quá trình này là tự diễn biến, được gọi là phản ứng thải nhiệt (exergonic), với giá trị ΔG âm.
0)
Mọi phản ứng oxi hóa khử bao gồm hai quá trình liên hợp: quá trình oxi hóa và quá trình khử, diễn ra đồng thời trong phản ứng quang hợp Trong các cơ thể sống, các phản ứng này thể hiện qua nhiều bước liên quan đến các chất hữu cơ sinh học như enzym và cofactor, là những nhân tố thiết yếu cho hoạt động của enzym.
Mọi nửa phản ứng đều có thế oxi hóa khử chuẩn E o, liên quan đến dung dịch nồng độ 1M cho tất cả các chất và áp suất 1 bar cho các chất khí Giá trị E o cho một số phản ứng trong quá trình quang hợp được trình bày trong bảng dưới đây Các nhà hóa sinh thường sử dụng thế chuẩn ở pH = 7,0, ký hiệu là E o.
Phản ứng quang hợp trong cây xanh và tảo có thể được mô tả bằng một phản ứng tổng cộng:
Trong quá trình quang hợp, nước được oxi hóa thành O2, trong khi cacbonic bị khử thành cacbohiđrat Phản ứng đầu tiên, diễn ra dưới tác dụng của ánh sáng, được gọi là giai đoạn sáng; phản ứng tiếp theo là phản ứng thải nhiệt, liên quan đến giai đoạn tối.
Nửa phản ứng Thế oxi hóa khử tiêu chuẩn, E (V)
1 Tính thế oxi hóa khử sinh học chuẩn cho tất cả các nửa phản ứng trên?
2 Sử dụng các kết quả thu được ở câu 2, xác định E o và E o cho nửa phản ứng của CO2 khử thành CH2O?
Một số vi khuẩn có khả năng chuyển đổi CO2 thành các vật liệu hữu cơ mà không sản sinh ra khí oxy Thay vì sử dụng nước, các vi khuẩn này oxi hóa các chất khác như H2S hoặc H2.
Quá trình quang hợp trong vi khuẩn sulfur có thể được mô tả bằng phương trình phản ứng tổng cộng, trong đó hiđro sulfua (H₂S) bị oxi hóa thành lưu huỳnh nguyên tố (S) Để phân tích phương trình này, ta cần tách nó thành các bước oxi hóa và khử Tính toán năng lượng Gibbs tiêu chuẩn cho phản ứng tại nhiệt độ 298 K cũng rất quan trọng Nếu quá trình quang hợp diễn ra dưới ánh sáng, ta cần xác định số lượng photon tối thiểu cần thiết để oxi hóa một phân tử hiđro sulfua, với bước sóng trung bình là 840 nm.
Các phản ứng sáng trong cây xanh diễn ra trong quá trình quang hợp, nơi nước bị oxy hóa và NADP+ được khử thành NADPH Đồng thời, adenosine triphosphate (ATP) được tạo ra từ adenosine diphosphate (ADP) và ion HPO4²⁻.
Pi) Quá trình tạo ra ATP được mô tả bằng phương trình:
Viết phương trình tổng cộng của giai đoạn sáng của quá trình quang hợp trong cây xanh?
Trong giai đoạn sáng, năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học dưới dạng ATP và NADHH Năng lượng này sau đó được giải phóng trong các phản ứng tối Câu hỏi đặt ra là phản ứng nào trong số đó thu năng lượng cao hơn?
Tính năng lượng Gibbs của phản ứng tổng cộng là yếu tố quan trọng trong giai đoạn sáng của quá trình quang hợp, với năng lượng Gibbs hình thành sinh-hóa học tiêu chuẩn của ATP đạt +30,5 kJ.mol-1.
Các tính chất oxi hóa khử của phân tử có thể thay đổi khi electron bị kích thích, dẫn đến việc hình thành chất oxi hóa và chất khử mạnh hơn so với trạng thái cơ bản Quá trình kích thích này có thể được hiểu như sự chuyển giao electron giữa HOMO và LUMO.
Trong quá trình quang hợp, trạng thái kích thích được xác định là các chất khử mạnh Phương trình liên hệ giữa thế oxi hóa khử của trạng thái kích thích, thế oxi hóa khử của trạng thái cơ bản và năng lượng kích thích được biểu diễn bằng Ekt = hν Áp dụng phương trình này, ta có thể tính toán thế oxi hóa khử chuẩn cho các phản ứng: P680 + + e → P680* (λkt = 680 nm) và Chlorophyll + + e → Chlorophyll* (λkt = 680 nm), trong đó dấu sao (*) biểu thị trạng thái kích thích.
1 Áp dụng phương trình Nernst cho nửa phản ứng và đưa giá trị [H + ] = 10 -7 , ta thu được các thế oxi hóa khử sinh học tiêu chuẩn:
2 Sức điện động tiêu chuẩn cho phản ứng là khác nhau giữa thế oxi hóa khử tiêu chuẩn cho chất oxi hóa và các chất khử
Với phản ứng này, năng lượng Gibbs tiêu chuẩn là 480,5 kJ/mol, và có 4 electron được chuyển từ H2O sang CO2 Do đó, sức điện động tiêu chuẩn là:
Với quá trình khử CO2 thành cacbohiđrat thế oxi hóa khử tiêu chuẩn là E o 1
= - 0,01 V Thế oxi hóa khử sinh học là:
Sức điện động tiêu chuẩn:
Năng lượng Gibbs tiêu chuẩn:
Năng lượng của ánh sáng với bước sóng 840 nm:
Một lượng tử cho đủ năng lượng để oxi hóa hai phân tử H2S
Quá trình khử NADP+ và hình thành ATP đều yêu cầu proton, trong khi quá trình oxi hóa H2O thải ra hai proton Do đó, phản ứng tổng cộng của bước sáng diễn ra như sau:
Trong phương trình này, nước không xuất hiện vì số phân tử nước bị oxy hóa thành O2 bằng với số phân tử nước được tạo ra trong quá trình phosphoryl hóa ADP.
5 Phương trình tổng cộng của hai phản ứng: và
Năng lượng Gibbs sinh học được xác định là 30,5 kJ/mol, trong khi giá trị năng lượng phản ứng trước đó được tính toán từ thế oxi hóa khử sinh học tiêu chuẩn.
Phản ứng tổng cộng trong giai đoạn sáng không bao gồm proton, do đó năng lượng Gibbs tiêu chuẩn là giống với năng lượng Gibbs sinh học tiêu chuẩn:
Hiệu ứng này có thể được giải thích dễ dàng qua giản đồ obitan, như trình bày trong “Molecular Mechanisms of Photosynthesis” của R.E Blankendship Trong trạng thái cơ bản, các electron được mất từ mức năng lượng thấp HOMO, trong khi một electron được nhận từ mức năng lượng cao LUMO, khiến phân tử không phải là chất oxi hóa hay chất khử mạnh Ngược lại, trong trạng thái kích thích, quá trình mất electron từ LUMO và nhận electron vào HOMO trở nên thuận lợi về mặt năng lượng, cho phép phân tử vừa đóng vai trò là chất oxi hóa mạnh vừa là chất khử mạnh.
7 Xem xét hai nửa phản ứng:
Ox + e → R Thế oxi hóa chuẩn E o Ox/R và Ox + e → R * Thế oxhi hóa khử E o Ox/R*
Sự khác nhau của các giá trị năng lượng Gibbs là bằng với năng lượng kích thích:
E o (FeO4 2-/Fe 3+ ) = 2.20 V và E o (FeO4 2-/Fe(OH)3) = 0.72 V a) Phương trình phản ứng giữa chlorine và iron(III) trichloride để tạo thành ferrate ion là: 3Cl2 + 2FeCl3 → 2FeO4^2- + 6Cl- b) Phương trình phản ứng phân hủy potassium ferrate trong dung dịch acid là: K2FeO4 + 2HCl → 2KCl + FeCl3 + H2O + O2 c) Khi ghép các điện cực potassium ferrate và magnesium với các phần khác của pin kiềm, phương trình phản ứng khi pin hoạt động là: Mg + 2FeO4^2- → MgO + 2FeO4^3-.
Hướng dẫn a) 2Fe 3+ + 3Cl2 + 16OH - → 2FeO4 2- + 6Cl - + 8H2O b) 4FeO4 2- + 20H + → 4Fe 3+ + 3O2 + 10H2O c) Cực dương: FeO4 2- + 4H2O + 3e - → Fe(OH)3 + 5OH -
Cực âm: Mg + 2OH - - 2e - → Mg(OH)2
Hình bên mô tả “Volta kế” (dạng bình điện phân) là một thiết bị dùng để đo điện lượng
Dung dịch trong bình bên phải là K2SO4 10%, khi áp dòng điện vào sẽ thấy ngay sự thoát khí
Cho một số các dữ kiện cần thiết để giải bài tập này:
1) Sản phẩm nào thoát ra ở platinum-cathode và ở platinum-anode? Giải thích câu trả lời dựa trên việc so sánh các thế phân hủy
Trong thí nghiệm điện phân, một dòng điện cường độ 805 mA đã được áp dụng qua volta kế trong 7.00 phút Dòng điện này chỉ được sử dụng cho quá trình điện phân sản phẩm Nhiệt độ của khí thoát ra từ ống bên trái là 20.0°C, với áp suất khí đo được là 998 mbar.
3) Tính lượng sản phẩm phân hủy và từ đó xác định tổng thể tích khí thoát ra từ ống bên trái trong hình
1) H2 ở cathode và O2 ở anode, do cặp chất này có thế phân hủy nhỏ nhất
Điện phân dung dịch đồng sunfat trong 30,0 giờ với cường độ dòng điện 1,00 A đã thu được 31,75 g đồng kết tủa a) Hợp chất còn lại trong dung dịch là đồng(II) sunfat b) Lượng đồng(II) sunfat tạo thành tương ứng với 0,5 mol c) Thể tích khí thoát ra ở catot là 0,0224 L và ở anot là 0,0224 L (điều kiện tiêu chuẩn) d) Các phản ứng xảy ra bao gồm: tại catot, Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu; tại anot, 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻.
Khi thực hiện quá trình điện phân dung dịch đồng sunfat, hydro được sinh ra tại catot và oxy tại anot Sau quá trình điện phân, dung dịch chứa axit sunfuric với n(H2SO4) = nCu = 0,500 mol.
Nguyên liệu chính để sản xuất nhôm là quặng bauxite Quá trình sản xuất nhôm bao gồm việc tách nhôm oxit từ quặng bauxite, sau đó thực hiện điện phân dung dịch nhôm oxit trong criolit ở nhiệt độ khoảng 970 độ C, với điện áp từ 5 đến 7 V và dòng điện 130 kA.
1 Hãy trình bày quy trình tách nhôm oxit từ quặng boxit, viết các phương trình phản ứng
2 Viết công thức criolit và giải thích vai trò của nó Viết đầy đủ phương trình các phản ứng xảy ra ở anot, catot và phản ứng tổng quát
3 Tính năng lượng theo kWh, khối lượng boxit (chứa 60% nhôm oxit) và khối lượng graphit dùng làm anot để sản xuất 1 tấn nhôm Biết điện áp 5
V và hiệu suất dòng là 95%
4.Bảng sau đây cho các số liệu tại 970 o C
Al(lỏng) O2(khí) Al2O3(rắn) ΔHs theo kJ/mol ở
Tính điện áp lí thuyết cần dùng trong quá trình điện phân
5.Hãy giải thích vì sao không thể điều chế nhôm bằng cách điện phân dung dịch nước của muối nhôm trong môi trường axit
1 Trộn bột quặng boxit với dung dịch NaOH 35% rồi đun trong autoclave
(nhiệt độ 170-180 o C) Các phản ứng xảy ra là:
Al2O3 + 2OH - + 3H2O → 2Al(OH)4 -(dd)
Lọc bỏ Fe(OH)3 Pha loãng dung dịch để cho Al(OH)4 - thuỷ phân:
Phản ứng Al(OH)4 - trong dung dịch nước dẫn đến sự hình thành Al(OH)3.aq kết tủa và ion OH - Để tăng cường quá trình thủy phân, có thể thêm mầm tinh thể nhôm oxit hoặc sục khí CO2, điều này giúp dịch chuyển cân bằng của phản ứng thủy phân.
Al(OH)4 - + CO2 → Al(OH)3↓ + HCO3 -
Lọc lấy Al(OH)3 rồi nung ở nhiệt độ cao để thu Al2O3
Công thức hóa học của criolit là Na3AlF6, và nó đóng vai trò quan trọng như một dung môi với nhiệt độ nóng chảy lên tới 1000 °C, giúp hòa tan Al2O3 và giảm nhiệt độ nóng chảy của hợp chất này.
+ Sự điện li của Al2O3: Al2O3 ⎯⎯⎯⎯→(Na AlF )n/c 3 6 2Al 3+ + 3O 2
+ Phản ứng ở catot: Al 3+ + 3e → Al
+ Phản ứng phụ: oxi phản ứng với cacbon ở điện cực than chì:
3 Năng lượng: 15700 kWh; Khối lượng quặng boxit: gần 3 tấn;
∆H = 3526 kJ/mol; ∆S = 674 J/mol.K; ∆G = 2688,18 kJ/mol
∆E = 2,32 V (Điện áp lý thuyết cần dùng trong quá trình điện phân)
Khử tiêu chuẩn của cặp Al³⁺/Al là -1,66 V, do đó trong quá trình điện phân dung dịch nước, ion H⁺ sẽ được phóng điện tại catot thay vì Al³⁺ Nếu Al³⁺ được phóng điện để tạo thành nhôm kim loại, nhôm này sẽ phản ứng ngay với nước, tạo ra phản ứng Al + H₂O → Al(OH)₃ + H₂, dẫn đến sản phẩm cuối cùng vẫn là hiđro.
Dòng điện liên tục 0.04193 A được áp dụng qua một tế bào điện hóa ở nhiệt độ 25 °C và áp suất 101.325 kPa Tại cathode (Pt, HNO3 0.1 mol L -1), hydrogen được giải phóng, trong khi tại anode (Cu, NaCl 0.1 mol L -1), dung dịch Cu 2+ được hình thành Quá trình chuẩn độ dung dịch Cu 2+ với dung dịch EDTA 0.05115 mol L -1 yêu cầu 53.12 mL chất chuẩn.
1) Tính thể tích hydrogen giải phóng từ cathode
2) Tính thời gian điện phân cần thiết
Phản ứng điện phân: Cu (s) + 2H2O → Cu 2+ + H2(g) + 2OH -
Cu 2+ và EDTA kết hợp theo tỉ lệ 1:1, dẫn đến số mol hydrogen giải phóng từ cathode tương đương với số mol Cu 2+ hình thành tại anode, đồng thời cũng bằng số mol EDTA đã được tiêu thụ.
H EDTA EDTA n n M V 0.05115molL 53.12mL 2.717 10 mol
2) Để tạo thành 66.48 mL hydrogen cần 2.717 mmol ã 2 = 5.434 mmol electron Thời gian điện phân cần thiết là
Trong quá trình điện phân dung dịch hỗn hợp axit etanoic và natri etanoat, khí thoát ra ở điện cực Pt được thu lại và làm sạch bằng dung dịch KOH bão hòa Kết quả cho thấy khối lượng dung dịch KOH tăng lên 5,213 g Điều kiện thực hiện quá trình điện phân là nhiệt độ 25 °C và áp suất 1,0 bar.
1) Viết các phản ứng xảy ra ở điện cực
Tính toán lượng khí được giải phóng ở anot (đơn vị mol và dm³) có khả năng phản ứng và không phản ứng với dung dịch KOH Khí không phản ứng với dung dịch KOH có tỉ khối so với hydro là 15,0.
3) Tính đơn vị tiêu thụ (đơn vị Ah) nếu hiệu suất phản ứng hình thành sản phẩm ở anot trong điều kiện điện phân đạt 100%
Để tính thời gian điện phân với cường độ dòng điện 706 mA, ta cần xác định khối lượng đồng (Cu) giải phóng ra trong quá trình điện phân Khi đồng calomen được mắc nối tiếp với thiết bị điện phân, việc tính toán này sẽ giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất và khả năng sản xuất đồng trong hệ thống.
5) Tính thế cân bằng khi tỉ lệ nồng độ axit etanoic và natri etanoat là 1:3, và áp suất riêng phần của hydro đi qua dung dịch là 1,0 bar
R = 8,314 JK -1 mol -1 ; A(Cu) = 63,55, F = 96485 Cmol -1 ; Kd(CH3COOH) 1,8510 -5
Anot: Phản ứng Kolbe: 2CH3COO - (s) –2e = C2H6 (g) + 2CO2 (g)
Copper(I) oxide không tan trong nước, bền trong không khí khô, nhưng không khí ẩm có thể xúc tác cho một chuyển hóa (phản ứng 1)
Khi đồng(I) oxit tan trong sulfuric acid loãng, dung dịch thu được có màu xanh dương và chứa kết tủa mà không giải phóng khí Ngược lại, khi sử dụng sulfuric acid đặc và nóng, kết tủa không còn xuất hiện nhưng sinh ra khí có mùi Khí này cũng được tạo ra khi hòa tan kết tủa từ phản ứng với sulfuric acid đặc và nóng.
1) Viết các phương trình phản ứng 1-3
Có nhiều phương pháp để tạo ra oxide đồng(I) (Cu2O), trong đó đun nóng đồng trong không khí là một trong những cách phổ biến để tổng hợp bán dẫn này Trong môi trường oxy tinh khiết, ba hợp chất chứa đồng, bao gồm Cu(s), Cu2O(s) và CuO(s), có khả năng chuyển hóa lẫn nhau.
Giả sử rằng các dữ liệu về ΔfH o and S o cho sau đây ở 10 5 không phụ thuộc vào nhiệt độ: ΔfH o , kJ.mol -1 S o , J.mol -1 K -1
2) Xác định các khoảng nhiệt độ, nếu có, của độ bền nhiệt động của đồng và các oxide của nó từ 500 – 1500 K trong khí quyển oxygen 10 5 Pa
Cho các giá trị sau ở 298 K Sử dụng nhiệt độ này cho các tính toán tiếp theo:
Một phương pháp hiệu quả để sản xuất Cu2O là thông qua quá trình oxi hóa anode đồng Quá trình điện phân diễn ra trong dung dịch kiềm, chẳng hạn như NaOH, sử dụng catot bạch kim và anot đồng, từ đó tạo ra oxit đồng(I) trên bề mặt anode.
Trong quá trình sản xuất Cu2O bằng phương pháp anode trong dung dịch NaOH, các phản ứng xảy ra trên các điện cực được mô tả như sau: Tại điện cực anode bằng đồng, đồng sẽ bị oxi hóa thành ion đồng II (Cu²⁺), trong khi tại điện cực cathode bằng platinum, ion hydroxide (OH⁻) sẽ khử ion đồng II (Cu²⁺) để tạo thành Cu2O Các phản ứng này không chỉ tạo ra Cu2O mà còn tạo ra khí hydro ở điện cực cathode.
Một phương pháp khác là khử điện phân dung dịch chứa copper(II) ion
4) a) Viết bán phản ứng xảy ra trên cathode để tạo thành Cu2O trong môi trường acid
Nguyên liệu chính để sản xuất nhôm là quặng boxit, từ đó nhôm oxit được tách ra Quá trình sản xuất nhôm bao gồm việc điện phân dung dịch nhôm oxit trong criolit ở nhiệt độ khoảng 970 độ C, với điện áp từ 5 đến 7 V và dòng điện 130 kA.
1 Hãy trình bày quy trình tách nhôm oxit từ quặng boxit, viết các phương trình phản ứng
2 Viết công thức criolit và giải thích vai trò của nó Viết đầy đủ phương trình các phản ứng xảy ra ở anot, catot và phản ứng tổng quát
3 Tính năng lượng theo kWh, khối lượng boxit (chứa 60% nhôm oxit) và khối lượng graphit dùng làm anot để sản xuất 1 tấn nhôm Biết điện áp 5
V và hiệu suất dòng là 95%
4.Bảng sau đây cho các số liệu tại 970 o C
Al(lỏng) O2(khí) Al2O3(rắn) ΔHs theo kJ/mol ở
Tính điện áp lí thuyết cần dùng trong quá trình điện phân
5.Hãy giải thích vì sao không thể điều chế nhôm bằng cách điện phân dung dịch nước của muối nhôm trong môi trường axit
1 Trộn bột quặng boxit với dung dịch NaOH 35% rồi đun trong autoclave
(nhiệt độ 170-180 o C) Các phản ứng xảy ra là:
Al2O3 + 2OH - + 3H2O → 2Al(OH)4 -(dd)
Lọc bỏ Fe(OH)3 Pha loãng dung dịch để cho Al(OH)4 - thuỷ phân:
Phản ứng Al(OH)4 - trong dung dịch dẫn đến sự hình thành Al(OH)3.aq và ion OH - Để tăng cường quá trình thủy phân, có thể thêm mầm tinh thể nhôm oxit hoặc sục khí CO2 nhằm chuyển dịch cân bằng thủy phân.
Al(OH)4 - + CO2 → Al(OH)3↓ + HCO3 -
Lọc lấy Al(OH)3 rồi nung ở nhiệt độ cao để thu Al2O3
Công thức hóa học của criolit là Na3AlF6, đóng vai trò quan trọng như một dung môi với nhiệt độ nóng chảy lên tới 1000 °C, giúp hòa tan Al2O3 và giảm nhiệt độ nóng chảy của nó.
+ Sự điện li của Al2O3: Al2O3 ⎯⎯⎯⎯→(Na AlF )n/c 3 6 2Al 3+ + 3O 2
+ Phản ứng ở catot: Al 3+ + 3e → Al
+ Phản ứng phụ: oxi phản ứng với cacbon ở điện cực than chì:
3 Năng lượng: 15700 kWh; Khối lượng quặng boxit: gần 3 tấn;
∆H = 3526 kJ/mol; ∆S = 674 J/mol.K; ∆G = 2688,18 kJ/mol
∆E = 2,32 V (Điện áp lý thuyết cần dùng trong quá trình điện phân)
Khử tiêu chuẩn của cặp Al³⁺/Al là -1,66 V, điều này có nghĩa là trong quá trình điện phân dung dịch nước, ion H⁺ sẽ được phóng điện ở catot thay vì Al³⁺ Nếu Al³⁺ được phóng điện để tạo thành nhôm kim loại, nhôm sẽ ngay lập tức phản ứng với nước, theo phản ứng Al + H₂O → Al(OH)₃ + H₂, dẫn đến sản phẩm cuối cùng vẫn là hiđro.
Dòng điện liên tục 0.04193 A được dẫn qua một tế bào điện hóa ở nhiệt độ 25 o C và áp suất 101.325 kPa Tại cathode (Pt, HNO3 0.1 mol L -1), khí hydro được giải phóng, trong khi tại anode (Cu, NaCl 0.1 mol L -1), dung dịch Cu 2+ được hình thành Quá trình chuẩn độ dung dịch Cu 2+ với dung dịch EDTA 0.05115 mol L -1 tiêu tốn 53.12 mL chất chuẩn.
1) Tính thể tích hydrogen giải phóng từ cathode
2) Tính thời gian điện phân cần thiết
Phản ứng điện phân: Cu (s) + 2H2O → Cu 2+ + H2(g) + 2OH -
Cu 2+ kết hợp với EDTA theo tỉ lệ 1:1, do đó số mol hydrogen giải phóng từ cathode tương đương với số mol Cu 2+ hình thành từ anode và cũng bằng số mol EDTA đã tiêu thụ.
H EDTA EDTA n n M V 0.05115molL 53.12mL 2.717 10 mol
2) Để tạo thành 66.48 mL hydrogen cần 2.717 mmol ã 2 = 5.434 mmol electron Thời gian điện phân cần thiết là
Quá trình điện phân dung dịch hỗn hợp axit etanoic và natri etanoat diễn ra tại điện cực Pt, trong đó khí thoát ra được thu lại và làm sạch bằng dung dịch KOH bão hòa Kết quả cho thấy khối lượng dung dịch KOH tăng lên 5,213 g trong quá trình điện phân, với điều kiện nhiệt độ 25°C và áp suất 1,0 bar.
1) Viết các phản ứng xảy ra ở điện cực
Để tính lượng khí giải phóng ở anot (đơn vị mol và dm³) có khả năng phản ứng và không phản ứng với dung dịch KOH, cần lưu ý rằng khí không phản ứng với dung dịch KOH có tỉ khối so với hydro là 15,0.
3) Tính đơn vị tiêu thụ (đơn vị Ah) nếu hiệu suất phản ứng hình thành sản phẩm ở anot trong điều kiện điện phân đạt 100%
Để tính thời gian điện phân với cường độ dòng điện 706 mA, trước tiên cần xác định khối lượng đồng (Cu) được giải phóng trong quá trình điện phân Đồng calomen được mắc nối tiếp với thiết bị điện phân, ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình này.
5) Tính thế cân bằng khi tỉ lệ nồng độ axit etanoic và natri etanoat là 1:3, và áp suất riêng phần của hydro đi qua dung dịch là 1,0 bar
R = 8,314 JK -1 mol -1 ; A(Cu) = 63,55, F = 96485 Cmol -1 ; Kd(CH3COOH) 1,8510 -5
Anot: Phản ứng Kolbe: 2CH3COO - (s) –2e = C2H6 (g) + 2CO2 (g)
Copper(I) oxide không tan trong nước, bền trong không khí khô, nhưng không khí ẩm có thể xúc tác cho một chuyển hóa (phản ứng 1)
Khi đồng(I) oxit tan trong axit sulfuric loãng, dung dịch thu được có màu xanh dương và xuất hiện kết tủa mà không giải phóng khí Ngược lại, khi sử dụng axit sulfuric đặc và nóng, kết tủa không còn xuất hiện nhưng khí có mùi được hình thành Khí này cũng được sinh ra khi hòa tan kết tủa từ phản ứng với axit sulfuric đặc và nóng.
1) Viết các phương trình phản ứng 1-3
Có nhiều phương pháp để tổng hợp oxide đồng(I), trong đó việc đun nóng đồng trong không khí là một cách phổ biến để tạo ra bán dẫn Cu2O Trong môi trường có oxygen tinh khiết, ba hợp chất chứa đồng gồm Cu(s), Cu2O(s) và CuO(s) có khả năng chuyển hóa lẫn nhau.
Giả sử rằng các dữ liệu về ΔfH o and S o cho sau đây ở 10 5 không phụ thuộc vào nhiệt độ: ΔfH o , kJ.mol -1 S o , J.mol -1 K -1
2) Xác định các khoảng nhiệt độ, nếu có, của độ bền nhiệt động của đồng và các oxide của nó từ 500 – 1500 K trong khí quyển oxygen 10 5 Pa
Cho các giá trị sau ở 298 K Sử dụng nhiệt độ này cho các tính toán tiếp theo:
Một phương pháp hiệu quả để sản xuất Cu2O là thông qua quá trình oxi hóa anode đồng Quá trình này diễn ra bằng cách điện phân dung dịch kiềm, chẳng hạn như NaOH, với catot platinum và anode đồng, dẫn đến sự hình thành oxit đồng(I) tại anode.
Trong quá trình sản xuất Cu2O bằng phương pháp anode trong dung dịch NaOH, các phản ứng xảy ra trên điện cực platinum (cathode) và copper (anode) rất quan trọng Tại điện cực anode, đồng (Cu) bị oxy hóa thành ion đồng (Cu²⁺) và giải phóng electron Ngược lại, tại điện cực cathode, ion đồng (Cu²⁺) được khử thành đồng nguyên tố (Cu) thông qua việc nhận electron Quá trình này không chỉ tạo ra Cu2O mà còn giúp duy trì sự cân bằng điện tích trong dung dịch.
Một phương pháp khác là khử điện phân dung dịch chứa copper(II) ion
4) a) Viết bán phản ứng xảy ra trên cathode để tạo thành Cu2O trong môi trường acid
Thực hiện phản ứng điện phân dung dịch Cu 2+ 0,100 mol dm -3 với các điện cực platinum Cần xác định giá trị pH cực đại mà tại đó nồng độ Cu 2+ có thể duy trì ở mức 0,100 dm -3.
Khi pH quá thấp, quá trình khử để tạo thành đồng kim loại sẽ chiếm ưu thế so với phản ứng tạo ra copper(I) oxide Để sản xuất Cu2O từ dung dịch Cu2+ 0,100 mol dm-3, cần xác định giá trị pH cực tiểu cho phép.
2) ΔfG(CuO) = −156000 J mol −1 + 84 J mol −1 K −1 T ΔfG(Cu2O) = −170000 J mol −1 + 72 J mol −1 K −1 T
Cả hai giá trị năng lượng tạo thành Gibbs đều âm trong khoảng 500-1500
K, do vậy các oxide bền hơn đơn chất Cu không bền
Xét chuyển hóa: 2CuO → Cu2O + 0.5 O2 ΔrG = 142000 J mol −1 − 96 J mol −1 K −1 T
Năng lượng Gibbs của phản ứng có giá trị âm ở nhiệt độ trên1480 K CuO bền dưới 1480 K, Cu2O trên 1480 K
4) a) 2Cu 2+ + H2O + 2e – ⟶ Cu2O + 2H + b) Nếu pH quá cao, Cu(OH)2 sẽ kết tủa Ksp ≥ 0.1[OH – ] 2
Quá trình Haber là phương pháp chính để sản xuất ammonia, một thành phần quan trọng trong phân bón được phun lên cây trồng Hiện nay, khoảng 1% tổng nguồn năng lượng toàn cầu được tiêu thụ cho quá trình này Do đó, các nhà nghiên cứu đang tích cực tìm kiếm những phương pháp hiệu quả hơn để sản xuất ammonia nhằm giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ.
- n là số electron di chuyển trong phương trình phản ứng của pin;
- F là hằng số Faraday (điện tích được mang bởi 1 mol electron), bằng 9.65ã10 4 C mol -1 ;
- E o pin là hiệu thế của pin điện hóa, tính theo volt (1 V = 1 J C -1 )
- Q là điện tích, theo coulomb;
- I là cường độ dòng điện, theo ampere;
- t là thời gian, theo giây
Một hướng tiếp cận được công bố gần đây để sản xuất ammonia sử dụng phương pháp 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Điện phân lithium hydroxide nóng chảy ở 750 K tạo thành kim loại lithium: 4LiOH → 4Li+ 2H2O + O2
Giai đoạn 2: Phản ứng của kim loại lithium với nitrogen tạo thành lithium nitride
Giai đoạn 3: Phản ứng của lithium nitride với nước tái tạo lithium hydroxide và ammonia
Lithium hydroxide được hình thành trong Giai đoạn 3 có khả năng tái sử dụng trong Giai đoạn 1, cho phép quá trình này lặp lại Để tạo thành phương trình tổng trong Giai đoạn 1, cần viết hai bán phản ứng kết hợp lại.
Bảng dưới đây trình bày các dữ kiện nhiệt động học với ba chữ số có nghĩa cho Giai đoạn 1 Tại nhiệt độ 750 K, cần tính các giá trị sau: i ∆H° theo kJ mol⁻¹, ii ∆S° theo J K⁻¹ mol⁻¹, và iii ∆G° theo kJ mol⁻¹.
Quá trình điện phân chỉ diễn ra khi thế áp vào vượt quá suất hiệu thế của pin điện hóa 0.60 V Để tính thế tối thiểu cần áp vào ở Giai đoạn 1, cần xác định các yếu tố liên quan Phương trình cho Giai đoạn 2 và Giai đoạn 3 cũng cần được viết rõ ràng Cuối cùng, tính tỉ lệ hợp thức giữa lithium tạo thành trong Giai đoạn 1 và ammonia tạo thành trong Giai đoạn 3 là một bước quan trọng trong quá trình phân tích này.
Trong một thí nghiệm quy mô lớn, các nhà nghiên cứu đã áp dụng dòng điện 0.200 A trong 1000 giây, đạt hiệu suất tạo thành lithium là 88.5% Hiệu suất của Giai đoạn 2 và Giai đoạn 3 được giả định là 100% Cần tính khối lượng lithium tạo thành trong Giai đoạn 1 và thể tích ammonia theo cm³ ở nhiệt độ và áp suất thường Ứng dụng tiềm năng của phương pháp này là sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để điện phân và sản xuất ammonia tại trang trại, với kích thước trang trại trung bình ở Anh Quốc.
Mỗi trang trại cần 0.0770 tấn ammonia trên mỗi mẫu Anh hàng năm, với tổng diện tích là 130 mẫu Anh Nếu lithium hydroxide không được tái sinh sau quá trình sản xuất, cần tính toán tổng khối lượng lithium (theo tấn) cần thiết để sản xuất lượng ammonia yêu cầu trong một năm.
Hướng dẫn a) Li + + e - → Li 4OH - → 2H2O + O2 + 4e - b) i = (2 ã -268 kJ mol -1 ) + 15.8 kJ mol -1 + (4 ã 15.0 kJ mol -1 ) - (4 ã -446 kJ mol -1 ) = +1,320 kJ mol -1 ii = (4 ã 63.7 J K -1 mol -1 ) + (2 ã 224 J K -1 mol -1 ) + 236 J K -1 mol -1 - (4 ã 128
J K -1 mol -1 ) = +427 J K -1 mol -1 iii = 1,320 kJ mol -1 - (750 K ã 427 J K -1 mo -1 ã 10 -3 kJ J -1 ) = +1,004 kJ mol -1 c) +3.20 V d) 6Li + N2 → 2Li3N Li3N + 3H2O → NH3 + 3LiOH Tỉ lệ Li:NH3 là 3:1 e) Q = 0.2 A ã 1000 s = 200 C
Số mol Li = 88.5% ã 0.00207 mol = 0.00183 mol
Khối lượng lithium (Li) là 0.00183 mol với khối lượng mol là 6.94 gam/mol, tương ứng với 0.0127 gam Số mol amoniac (NH3) tính được là 0.00183 mol nhân với 1/3, bằng 6.11 x 10^-4 mol Thể tích NH3 tương ứng là 6.11 x 10^-4 mol nhân với 24000 cm³/mol, cho kết quả 14.7 cm³ Để đáp ứng nhu cầu cho trang trại ở Anh Quốc, khối lượng NH3 cần thiết là 130 mẫu nhân với 0.077 tấn/mẫu, tổng cộng là 10.01 tấn.
Số mol NH3 = 10.01 ã 106 gam / 17.034 g mol -1 = 5.88 ã 105 mol
Số mol Li = 5.88 ã 105 mol ã 3 = 1.76 ã 10 6 mol
Khối lượng Li = 1.76 ã 106 mol ã 6.94 g mol -1 = 1.22 ã 107 gam = 12.2 tấn
Hướng dẫn tổng hợp phức chất triphenylphosphonitetracloro cobantat(II):
Trong một tế bào điện hóa, 1g triphenylphosphin được hòa tan trong 40 mL axetonitrin và 2.5 mL dung dịch HCl bão hòa Điện cực platin được sử dụng làm catot, trong khi điện cực coban được cân và gắn làm anot Hai điện cực được nối với nhau qua dây dẫn có ampe kế, và quá trình điện phân diễn ra trong 90 phút Sau khi điện phân, dung dịch màu xanh thu được được bay hơi, hòa tan vào một lượng nhỏ axetonitrin, và cô bay hơi đến khi còn khoảng 5 mL trước khi tinh thể được tạo ra trong tủ lạnh Tinh thể màu xanh sáng sau đó được lọc, rửa bằng ete, làm khô và cân Điện cực coban cũng được làm khô và cân lại.
Một sinh viên đã làm thí nghiệm trên và thu được các số liệu sau:
Khối lượng anot trước khi điện phân: mtrước = 10.542 g
Khối lượng anot sau khi điện phân: msau = 10.440 g
Khối lượng sản phẩm: mphức = 1.015 g
Thời gian điện phân: t = 90 ph
Cường độ dòng điện là 100 mA a) Cần viết phản ứng xảy ra trên các điện cực dưới dạng ion b) Cần xác định công thức của phức c) Tính hiệu suất của phản ứng dựa trên khối lượng sản phẩm và lượng coban sử dụng ban đầu d) Tính hiệu suất dòng điện η.
Hướng dẫn a) anot: Co + 4Cl - → [CoCl4] 2- + 2e - catot: 2H + + 2e - → H2 b) ((C6H5)3H)2[CoCl4] c) m(Co)dùng = 10.542 – 10.440 = 0.102 g → 0.00173 mol Co
Như vậy khối lượng phức thu được là
→ 0.00173M(complex) = 0.0017327.342 = 1.259 g phức chất hiệu suất w = 100 1.015/1.259 = 80.6 % so với lý thuyết d) = = =
Quá trình phủ kim loại bằng chromium được thực hiện qua điện phân dung dịch acid cromic (H2CrO4) với dòng điện 1500 A trong 7 giờ Anode trơ không thay đổi, trong khi tại cathode, sản phẩm phụ là 4,15 m³ hydrogen được sinh ra ở điều kiện chuẩn (25°C, 1,00 bar), ảnh hưởng đến hiệu suất dòng điện của quá trình mạ chromium Tại anode cũng có sự hình thành khí.
1) Viết các phương trình tương ứng với mỗi điện cực
2) Tính hiệu suất dòng (%) của quá trình mạ chromium ở cathode
3) Tính khối lượng chromium được mạ lên
4) Tính thể tích khí được tạo thành ở anode tại trạng thái chuẩn (25 o C, 1.00 bar)
6∙96485𝐴𝑠𝑚𝑜𝑙 −1 ≈ 9.5𝑚𝑜𝑙 Khối lượng Cr: m = n ∙ M = 9.5mol ∙ 52gmol −1 = 492g
Vào năm 1914, Tubandt và Lorenz chứng minh rằng ở nhiệt độ trên
Khi đạt đến nhiệt độ 147 °C, bạc iodua rắn chuyển đổi thành dạng α - AgI, dẫn đến việc tăng cường tính dẫn điện Nhiệt độ này có thể xem như nhiệt độ nóng chảy của mạng tinh thể do các nguyên tử bạc (Ag) tạo thành, trong khi phần mạng tinh thể do các nguyên tử i-ốt (I) tạo thành vẫn bền vững đến 557 °C I-ốt tạo thành mạng tinh thể lập phương tâm khối (bcc) với thông số mạng a = 5,04 × 10^-10 m Hình ảnh bên cạnh minh họa sơ đồ của một tế bào điện hóa Tubandt.
Trong thí nghiệm này, mỗi điện cực bạc (0,1000 g) tiếp xúc với AgI Dòng điện có cường độ 35,2 mA được cho đi qua mạch trong 15,5 phút Sau khi kết thúc, các điện cực bạc được lấy ra và cho vào hai bình có thể tích 100,0 cm³, trong đó dung dịch A được ký hiệu cho anot.
Trong thí nghiệm, sau khi hòa tan kim loại bằng dung dịch HNO3, thêm nước để đạt thể tích 100,0 cm³ cho hai dung dịch A và B Mỗi dung dịch được sử dụng để chuẩn độ 10,00 cm³ dung dịch NaCl nồng độ 0,0113 mol.dm⁻³ có K2CrO4, với điểm cuối chuẩn độ xác định khi xuất hiện kết tủa đỏ gạch Các phản ứng xảy ra tại điện cực và khi hòa tan kim loại cần được viết rõ Kết tủa đỏ gạch xuất hiện tại điểm cuối chuẩn độ là của Ag2CrO4 Tỉ lệ thể tích VA/VB cần tính toán để chuẩn độ 10,00 cm³ dung dịch NaCl Bán kính của iot trong mạng bcc cũng cần xác định Khối lượng riêng của AgI rắn được tính toán và khả năng nhạy sáng của AgI cho phép ứng dụng trong nhiếp ảnh Sau khi có phim đen trắng, hình ảnh sẽ được chỉnh sửa bằng cách hòa tan AgI dư hoặc muối bạc halogenua bằng dung dịch Na2S2O3, tạo ra hợp chất chứa 26,9% bạc theo khối lượng Cần viết phản ứng xảy ra trong quá trình này.
Hướng dẫn a) Ở catot: Ag → Ag + + e ; Ở anot Ag + + e - → Ag b) 3Ag + 4HNO3 = 3AgNO3 + NO + 2H2O (Chấp nhận sản phẩm là NO2) c) Ag2CrO4 d) Ag + + Cl - = AgCl
Số mol electron = số mol Ag = Q/F = I.t/F = 3,393.10 -3 mol
Khối lượng Ag còn lại ở catot = 0,0634 g
Khối lượng Ag sinh ra ở anot = 0,1366g
Tỉ lệ thể tích hai dung dịch tỉ lệ nghịch với lượng Ag có trong mỗi bình Có nghĩa là
V m(Ag) e) Trong ô mạng lập phương tâm khối thì 4r = a 3 =a 3 r 4 = 2,18 Å 2,18.10 -10 m f) Trong một ô mạng cơ sở của AgI có 2 ion Ag + và 2 ion I -
Khối lượng của AgCl trong ô mạng cơ sở = M(AgCl) / NA = 7,81.10 -22 g
Như vậy d = mô mạng / V = 6,1 g/cm 3 g) AgI + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaI
Nguyên lý cơ bản trong việc tạo lớp phủ điện hóa cho thiết bị là sử dụng thiết bị đó làm catot trong bình điện phân Công ty Solutia, có trụ sở tại Werndorf gần Graz, Áo, đã phát triển một loại nhựa tan trong nước.
Vật cần phủ đã được chuẩn bị với loại nhựa tổng hợp chứa 20% polymer hữu cơ mang nhóm RNH3 +- Quá trình làm sạch catot trước khi phủ giúp phân cực hóa catot, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phủ Chỉ trong vài phút, lớp phủ đủ dày đã hình thành trên bề mặt vật cần phủ.
Trong một thí nghiệm điện phân, một tấm kim loại kích thước 10x20 cm được nhúng vào bình điện phân 2 lít với hiệu điện thế 295 V trong 2 phút, tạo ra lớp phủ dày 20 µm pH ban đầu của dung dịch là 7.0 và điện lượng cần thiết cho quá trình này là Q = 20 As Phản ứng xảy ra ở catot liên quan đến ion ankylamoni, mặc dù ion này vẫn mang điện Đáng ngạc nhiên, pH của dung dịch không thay đổi sau khi kết thúc quá trình điện phân, điều này có thể giải thích bởi sự cân bằng giữa các phản ứng hóa học diễn ra trong quá trình điện phân.
Chuyên đề 33: Chuẩn độ điện lượng và đo độ dẫn điện
Chuẩn độ điện lượng là phương pháp hiệu quả để xác định hợp chất trong dung dịch, trong đó chất phân tích tương tác với chất chuẩn, tạo ra phản ứng điện hoá trên các điện cực Lượng chất chuẩn sinh ra tỉ lệ thuận với điện lượng, và các tính toán dựa vào quy tắc Faraday Trong quá trình chuẩn độ, cần duy trì dòng điện có cường độ cao Chất chuẩn có thể được tạo ra từ các phản ứng điện hoá của dung môi, chất phản ứng, hoặc vật liệu điện cực Điểm cuối của chuẩn độ điện lượng có thể xác định qua các phương pháp thông thường như các chuẩn độ khác.
Vẽ đường cong chuẩn độ cho ba dung dịch chứa ion Cl-, Br- và I- với ion Ag+ trên điện cực bạc Tích số tan (Ks) của các halogen bạc được xác định như sau: Ks(AgCl) = 1.8.
Để vẽ các đường cong chuẩn độ cho các ion halide, chúng ta sử dụng hệ tọa độ p[Hal -] - f, trong đó p[Hal -] = -lg[Hal -] Hằng số tan của AgBr là Ks(AgBr) = 6 × 10^-13, và hằng số tan của AgI là Ks(AgI) = 1.1 × 10^-16 Nồng độ mol ban đầu của các ion halide trong ba dung dịch được giữ bằng nhau Các phương trình phản ứng tương ứng với các phép chuẩn độ cần được xác định để phân tích sự thay đổi nồng độ ion trong quá trình chuẩn độ.
Tiến hành chuẩn độ dung dịch chứa hỗn hợp chlordie, bromide và iodide của một kim loại chưa biết trong buồng đo điện lượng điện cực bạc, có thể sử dụng điện lượng kế hydrogen-oxygen để xác định điện lượng tiêu thụ Đường cong chuẩn độ bao gồm ba giai đoạn, với các điểm tương đương tại 2.0, 5.0 và 10.0 phút, tổng thể tích khí tạo thành là 16.8 cm³ (ở điều kiện thường) Hằng số Faraday là 9.65 × 10⁴ C/mol a) Viết các phương trình phản ứng trên các điện cực của điện lượng kế hydrogen-oxygen b) Tính tổng thể tích khí tạo thành khi sử dụng điện lượng kế nitrogen-hydrogen và viết các phương trình phản ứng trên các điện cực c) Tính nồng độ của Cl⁻, Br⁻ và I⁻ (theo mol/L) trong dung dịch với 2.0 mL mẫu cho phép chuẩn độ, xác định cation chưa biết trong các muối với 4.5 gam muối để điều chế 100.0 mL dung dịch d) Tính cường độ dòng điện sử dụng trong phép chuẩn độ điện lượng.
Tổng thể tích tạo thành là 16.8 cm 3 c) Cation Na + d) I = 96.5/600 = 0.16 A
Hòa tan 10.2 g tinh thể không màu A vào 1000 mL nước, sau đó lấy 10.0 mL dung dịch này cho vào bình chuẩn độ chứa KBrO3 và KBr theo tỉ lệ mol 1:5 Sau khi phản ứng oxy hóa - khử kết thúc, hỗn hợp còn lại được chuẩn bằng dung dịch natri formate 0.050 M, tiêu tốn 7.5 mL Tiếp theo, 10 mL dung dịch A được chuẩn độ bằng phương pháp điện lượng với ion OH - tạo dòng điện, và trên đường cong chuẩn độ chỉ xuất hiện một bước nhảy.
Chất A khi được đun nóng ở nhiệt độ trên 200 °C sẽ mất 6.6% khối lượng và chuyển thành chất A1 Tiếp tục đun nóng A1 ở nhiệt độ trên 600 °C, chất này sẽ mất thêm 31.5% khối lượng Các phương trình phản ứng chuẩn độ và chuyển hóa của chất A trong quá trình đun nóng cần được xác định rõ ràng.
2) Xác định lượng điện tích cần thiết để chuẩn độ chất A, biết rằng hiệu suất dòng đạt 90% (hằng số Faraday F = 96500 C/mol)
3) Xác định hằng số phân li Ka của nhóm acid trong chất A, biết rằng pH của dung dịch A có nồng độ 0.10 M là 1.54
4) Người ta dùng phương pháp phân tích khối lượng để xác định nồng độ A bằng cách kết tủa nó dưới dạng tinh thể màu trắng B (tích số tan
Ks o = 1.3⋅10 -10 ) Xác định chất B, biết rằng khối lượng phân tử của nó lớn hơn A xấp xỉ 1.7 lần
5) Tính độ tan của B trong nước tinh khiết (mg/L)
1) Từ điều kiện thấy rằng chất A có chứa nhóm acid, do đó phản ứng chuẩn độ sẽ là:
Br2 tạo thành được chuẩn bằng formiate (chỉ bị oxy hóa thành CO2):
Cơ sở của phân tích điện thế là phản ứng:
Từ các phản ứng đã phân tích, chất A có khối lượng 10.2 g chứa 0.075 mol proton phân ly, cho thấy khối lượng phân tử của A là 136 g/mol Việc hao hụt 6.6% khối lượng khi đun nóng trên 200 °C cho thấy sự tách một phân tử nước và hình thành anhydride, với khối lượng phân tử sản phẩm là 254 g/mol Tiếp tục, sự thất thoát 31.5% khối lượng làm giảm khối lượng phân tử thêm 80 g/mol, cho thấy độ bền nhiệt cao của hợp chất, xác nhận đây là hợp chất vô cơ Chất A có thể là acid vô cơ rắn hoặc muối acid, nhưng acid vô cơ rắn tương tự không tồn tại Hydrocarbonate, hydrosulphite hay hydrophosphate không tham gia phản ứng do dung dịch trung hòa, trong khi dung dịch hydrosulphate với pH < 7 có khả năng tham gia phản ứng Xét đến MeHSO4 với Mr(HSO4) = 97 và Mr(Me) = 39 g/mol, ta có thể kết luận rằng chất A cần tìm là KHSO4.
Chuyển hóa nhiệt của KHSO4 được mô tả bởi các phản ứng sau:
2) Để xác định lượng điện đã tiêu thụ ta sử dụng định luật Faraday:
Điện lượng Q được tính bằng công thức Q = C * n * z * F, trong đó C là lượng chất tham gia phản ứng điện hóa tính bằng mol, z là số electron của một phân tử chất tham gia phản ứng, và F là hằng số Faraday Hiệu suất dòng được ký hiệu là φ.
3) Trong dung dịch kali hydrosulphate có cân bằng sau: