Phản ứng tạo kết tủa

Phản ứng tạo kết tủa

PHẢN ỨNG TẠO KẾT TỦA

TS Vi Anh Tuấn Khoa hóa học – Trường Đại học KHTN - ĐHQG Hà Nội

Phản ứng tạo kết tủa là phản ứng tạo thành chất rắn từ các chất tan trong dung dịch

Thí dụ:

Ag+ + Cl- → AgCl (r)

Ca2+ + C2O42- → CaC2O4 (r)Trong hoá phân tích, phản ứng tạo kết tủa được sử dụng để:

•Tách chất cần xác định khỏi các chất cản trở

•Phân tích khối lượng

•Phân tích gián tiếp

• So sánh độ tan của các chất ít tan "đồng dạng"

• Xem một dung dịch đã bão hoà hay chưa:

X

m

M C C

Q = > T: dung dịch quá bão hoà => xuất hiện kết tủa

X

m

M C C

Q = = T: dung dịch bão hoà

X

m

M C C

Q = < T: dung dịch chưa bão hoà => không xuất hiện kết tủa

• Tính độ tan của các chất ít tan (muối, hidroxit)

Câu 1.1 So sánh độ tan của AgCl và AgBr trong nước cất Biết TAgCl = 10-10, TAgBr = 10

-13

Hướng dẫn giải (AgCl > AgBr)

*Chú ý: Mặc dù TAgCl= 10-10 > TMg(OH)2= 1,2.10-11, nhưng trong nước cất, độ tan của Mg(OH)2 lại lớn hơn độ tan của AgCl

Câu 1.2 (a) Trộn 1 ml dung dịch K2CrO4 0,12M với 2 ml dung dịch Ba(OH)2 0,009M

Có kết tủa BaCrO4 tạo thành không? Biết TBaCrO4= 1,2 10-10

(b) Tính nồng độ cân bằng của các cấu tử sau khi trộn

(b) Hãy tính Kb của metylamin

(c) Nếu thêm 0,05 mol La(NO3)3 vào 1,00 L dung dịch chứa 0,20 mol CH3NH2 và 0,20 mol CH3NH3Cl Có kết tủa La(OH)3 xuất hiện không? Cho tích số tan của La(OH)3 là 1.10-

Câu 1.4 MgF2(r) ¬  → Mg2+(aq) + 2 F-(aq)

Trong dung dịch bão hoà MgF2 ở 18° C, nồng độ của Mg2+ là 1,21.10-3 M

(a) Hãy viết biểu thức tích số tan, T, và tính giá trị này ở 18° C

(b) Hãy tính nồng độ cân bằng của Mg2+ trong 1,000 L dung dịch MgF2 bão hoà ở 18°C chứa 0,100 mol KF

(c) Hãy dự đoán kết tủa MgF2 có tạo thành không khi trộn 100,0 mL dung dịch Mg(NO3)2

3.10-3 M với 200,0 mL dung dịch NaF 2,00.10-3 M ở 18°C

(d) Ở 27°C nồng độ của Mg2+ trong dung dịch bão hoà MgF2 là 1,17.10-3 M Hãy cho biết quá trình hoà tan MgF2 là toả nhiệt hay thu nhiệt? Giải thích

(a) Tính nồng độ ion sunfua trong dung dịch H2S 0,100 M khi điều chỉnh pH = 2,0

(b) Một dung dịch A chứa các cation Mn2+, Co2+, và Ag+ với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng 0,010 M Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh pH = 2,0 thì ion nào tạo kết tủa?

Cho: TMnS = 2,5× 10-10 ; TCoS = 4,0× 10-21 ; TAg2S = 6,3× 10-50

(c) Hãy cho biết có bao nhiêu gam kết tủa chì(II) sunfua được tách ra từ 1,00 lit dung dịch bão hòa chì(II) sunfat? biết nồng độ sunfua được điều chỉnh đến 1,00 10-17 M? Cho các giá trị tích số tan: TPbSO4 = 1,6 ·10-8 và TPbS = 2,5 ·10-27

Hướng dẫn giải

2 1 1 2

2 1

] [ ] [ ] [

2

− +

+

+ +

a a a

a

K K K H H

K K S

b) Có: [Mn 2+ ] [S 2- ] = 10 -2 ×1,3 10 -17 = 1,3 10 -19 < T MnS = 2,5 10 -10 ; không có kết tủa

[Co 2+ ] [ S 2- ] = 10 -2× 1,3 10 -17 = 1,3 10 -19 > T CoS = 4,0 10 -21 ; có kết tủa CoS [Ag + ] 2 [S 2- ] = (10 -2 ) 2× 1,3 10-17 = 1,3 10 –21 > T Ag2S = 6,3 10 -50 ; có kết tủa

Ag 2 S

c) Có: [Pb 2+ ][SO 4 2- ] = 1,6.10 -8

⇒

Khi nồng độ sunfua đạt 1,00.10 -17 M thì nồng độ Pb 2+ còn lại trong dung dịch là:

[Pb 2+ ] = 2,5.10 -27 / 1,00.10 -17 = 2,5.10 -10

⇒ m PbS = ( 1 , 265 10 − 4 − 2 , 5 10 − 10 ) × 239 , 2 × 1 = 3 , 03 10 − 2gam= 30 , 3mg )

1.2 Quan hệ giữa độ tan và tích số tan

Độ tan (S, solubility) của một chất là nồng độ của chất đó trong dung dịch bão hoà

Độ tan thường được biểu diễn theo nồng độ mol/l

Độ tan và tích số tan là những đại lượng đặc trưng cho dung dịch bão hoà của chất ít tan Do đó, tích số tan và độ tan có mối quan hệ với nhau, điều đó có nghĩa là ta có thể tính được độ tan của một chất ít tan từ tích số tan của nó và ngược lại

*Nhận xét: Công thức trên chỉ đúng nếu Mn+ và Xm- không tham phản ứng nào khác

Câu 1.6 Cho tích số tan của Ag2CrO4 ở 25oC là 2,6.10-12

(a) Hãy viết biểu thức tích số tan của Ag2CrO4

(b) Hãy tính [Ag+] trong dung dịch bão hòa Ag2CrO4

(c) Hãy tính khối lượng Ag2CrO4 có thể tan tối đa trong 100 ml nước ở 25oC

(d) Thêm 0,1 mol AgNO3 vào 1,0 lit dung dịch bão hòa Ag2CrO4 Giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi Hãy cho biết [CrO42-] tăng, giảm hay không đổi? Giải thích

Trong dung dịch bão hòa Ag3PO4 ở 25oC, nồng độ Ag+ là 5,3.10-5 M

(e) Hãy tính tích số tan của Ag3PO4 ở 25oC

(g) Làm bay hơi 1,00 lit dung dịch bão hòa Ag3PO4 ở 25oC đến còn 500 ml Hãy tính [Ag+] trong dung dịch thu được

Nếu trong dung dịch có chứa hai hay nhiều ion có khả năng tạo kết tủa với cùng một ion khác, nhưng các kết tủa hình thành có độ tan khác nhau nhiều thì khi thêm chất tạo kết tủa vào dung dịch, các kết tủa sẽ lần lượt được tạo thành Hiện tượng tạo thành lần lượt các kết tủa trong dung dịch được gọi là kết tủa phân đoạn

*Điều kiện kết tủa hoàn toàn:

• [X] < 10-6M, hoặc

• %X còn lại trong dung dịch < 0,1%

Câu 2.1 Thêm AgNO3 rắn vào dung dịch NaCl 0,10 M và Na2CrO4 0,0010 M Cho tích

số tan của AgCl là 1,8.10-10 và của Ag2CrO4 là 2,4.10-12

(a) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất hiện kết tủa AgCl

(b) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất hiện kết tủa Ag2CrO4

(c) Kết tủa nào được tạo thành trước khi cho AgNO3 vào dung dịch trên?

(d) Hãy tính phần trăm ion Cl- còn lại trong dung dịch khi Ag2CrO4 bắt đầu kết tủa?

Câu 2.2 Độ tan là một yếu tố quan trọng dùng để đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi Độ tan là một yếu tố quan trọng

trường của muối Độ tan của muối phụ thuộc nhiều vào bản chất của muối, dung môi và các điều kiện thí nghiệm như nhiệt độ, pH và sự tạo phức

Một dung dịch chứa BaCl2 và SrCl2 có cùng nồng độ là 0,01 M Câu hỏi đặt ra là liệu

có thể tách hoàn toàn hai muối này ra khỏi nhau bằng cách thêm dung dịch bão hòa natri sunfat hay không Biết điều kiện để tách hoàn toàn là ít nhất 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa ở dạng BaSO4 và SrSO4 chiếm không quá 0,1 % khối lượng kết tủa Biết các giá trị tích số

tan như sau: TBaSO4 = 1× 10-10 và TSrSO4 = 3× 10-7

(a) Hãy tính nồng độ của Ba2+ còn lại trong dung dịch khi 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa và cho biết phương pháp này có dùng được để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau hay không?

Sự tạo phức có thể làm tăng đáng kể độ tan Biết tích số tan của AgCl là 1,7× 10-10,

(b) Hãy chứng minh (bằng phép tính cụ thể) độ tan của AgCl trong dung dịch amoniac 1,0

M cao hơn so với độ tan trong nước cất

Hướng dẫn giải

100

9 , 99 100 ]

Sau khi 99,9% Ba 2+ đã bị kết tủa thì nồng độ SO 4 2- trong dung dịch là:

M Ba

T

5

10 2

2

10 0 , 1

10 1 ] [ ]

−

− +

10 3 ] [ ]

5

7 2

⇒ Sr 2+ chưa kết tủa Vậy có thể sử dụng phương pháp này để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau.

b Độ tan của AgCl trong nước cất:

M T

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

Trong thực tế, ion kim loại của kết tủa có thể tạo phức với OH- và anion của kết tủa

có thể phản ứng với H+ trong dung dịch Ngoài ra, những cấu tử khác có trong dung dịch cũng có thể tham gia phản ứng với các ion của kết tủa hoặc ít nhất cũng làm biến đổi hệ số hoạt độ của chúng Những yếu tố đó đều ảnh hưởng đến độ tan của kết tủa

3.1 Ảnh hưởng của pH

Câu 3.1 (a) Hãy cho biết dung dịch của các muối sau có tính axit, bazơ hay trung tính?

Giải thích Natri photphat, đồng (II) nitrat và xesi clorua

(b) Hãy tính khối lượng bạc photphat cần dùng để pha 10 lit dung dịch bão hòa Khi tính

bỏ qua sự thủy phân của ion photphat

c Chưa, vì PO 4 3- bị thủy phân làm tăng độ tan của muối)

Câu 3.2 Tính độ tan của AgOCN trong dung dịch HNO3 0,001M

Cho TAgOCN= 2,3.10-7; HOCN có Ka=3,3.10-4

Hướng dẫn giải

AgOCN ¬  → Ag + + OCN - T = [Ag + ][OCN - ] (1)

OCN - + H + ¬  → HOCN K a =[H[HOCN+][OCN]−] (2) Lập phương trình

Giải hệ:

(2, 4) ⇒ 3 , 3 10 (10 [[ ])[] ]

3 4

+ +

=

OCN

OCN OCN

3 , 3

x

x x

⇒ x 3 + 1,33.10 -3 x 2 - 2,3.10 -7 x - 7,59.10 -11 = 0

(b) Dung dịch FeCl2 0,010 M được bão hòa H2S bằng cách xục liên tục dòng khí H2S vào dung dịch Cho TFeS = 8,0 10-19 H2S có Ka1 = 9,5 10-8 và Ka2 = 1,3 10-14 Hằng số ion của nước Kw = 1 10-14.Hãy cho biết để thu được nhiều kết tủa FeS hơn thì cần phải tăng hay giảm pH của dung dịch?

(c) Hãy tính pH cần thiết lập để nồng độ Fe2+ giảm từ 0,010 M xuống còn 1,0 10-8 M.(d) Người ta thêm axit axetic vào dung dịch ở phần (b) để nồng độ đầu của axit axetic đạt0,10 M Hãy tính nồng độ đầu của natri axetat cần thiết lập để nồng độ Fe2+ trong dung dịch thu được là 1,0.10-8 M Khi tính chú ý sự tạo thành H+ do phản ứng: Fe2+ + H2S →

FeS (r) + 2H+ Biết axit axetic có Ka = 1,8 10-5 Giả sử việc thêm axit axetic và natri axetat không làm thay đổi thể tích của dung dịch

(e) Hãy tính pH của dung dịch đệm trước khi xục khí H2S

4 , 22

44 , 0 ]

10 0 , 1

10 0 , 8 ] [ ]

] [

] [ ]

H

K K S H

S

K K S H

11

14 8

2 2 1

10 8

10 3 , 1 10 5 , 9 196 , 0 ]

[

] [ ]

COO CH pK

25 , 1 log 74 , 4 ] [

] [

COO CH pK

Câu 3.4 (QG 2007) Một dung dịch có ba chất HCl, BaCl2, FeCl3 cùng nồng độ 0,0150M Sục khí CO2 vào dung dịch này cho đến bão hoà Sau đó thêm từ từ NaOH vào dung dịch đến nồng độ 0,120M Cho biết: nồng độ CO2 trong dung dịch bão hoà là 3.10-

2M; thể tích của dung dịch không thay đổi khi cho CO2 và NaOH vào; các hằng số: pKa

của H2CO3 là 6,35 và 10,33; pKs của Fe(OH)3 là 37,5 và của BaCO3 là 8,30; pKa của Fe3+

là 2,17 Hãy tính pH của dung dịch thu được

Hướng dẫn giải

H+ + OH- ¬  → H2O 0,015 0,015

⇒ 3 , 67

015 , 0

HUr (aq) + H2O Ur- (aq) + H3O+ (aq) pK = 5,4 ở 37°C

Ur- (aq) + Na+ (aq) NaUr (r)

Ở 37°C, 1,0 lit nước hòa tan được tối đa 8,0 mmol natri urat

(a) Hãy tính tích số tan của natri urat Bỏ qua sự thủy phân của ion urat

Trong máu (có pH = 7,4 và ở 37°C) nồng độ Na+ là 130 mmol/L

(b) Hãy tính nồng độ urat tối đa trong máu để không có kết tủa natri urat xuất hiện

Giá trị tích số tan phụ thuộc vào nhiệt độ Biết thêm rằng bệnh gout thường xuất hiệnđầu tiên ở các đốt ngón chân và ngón tay

(c) Hãy cho biết tích số tan phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào?

Độ tan của axit uric trong nước ở 37°C là 0,5 mmol/L

(d) Chứng minh rằng nếu không có kết tủa natri urat xuất hiện thì cũng sẽ không có kết tủa axit uric xuất hiện

Giả thiết rằng chỉ có HUr và Ur- là ảnh hưởng đến giá trị pH của dung dịch Sỏi thận thường có axit uric Nguyên nhân là nồng độ quá cao của axit uric và urat có trong nước tiểu và pH thấp của nước tiểu (pH = 5 - 6)

(e) Hãy tính giá trị pH tại đó sỏi (chứa axit uric không tan) được hình thành từ nước tiểucủa bệnh nhân Giả thiết rằng nồng độ tổng cộng của axit uric và urat là 2,0 mmol/L

− +

=

] [

] [

HUr Ur

⇒ 10 100

] [

]

HUr Ur

Vì trong máu không có kết tủa NaUr nên [Ur-] < 4,9∙10-4 (kết quả tính được ở phần (b))

100

10 9 , 4 100

] [ ]

10 5 , 1 log 4 , 5 ] [

] [

3

= +

= +

HUr

Ur pK

pH a

Vậy pH < 5,88 thì bắt đầu có axit uric kết tủa)

3.2 Ảnh hưởng của phản ứng tạo phức

Câu 3.6 CuBr là một chất ít tan trong nước (pT = 7,4)

(a) Hãy tích thể tích nước tối thiểu cần dùng để hòa tan hoàn toàn 1 gam CuBr

Ion Cu+ tạo phức với amoniac theo các phản ứng sau:

[Cu(NH ]

([Cu

-2 3

Cu+ + NH3 ¬  → [Cu(NH3)]+ lgβ1 = 6,18

[Cu(NH3)]+ + NH3 ¬  → [Cu(NH3)2]+ lgβ2 = 4,69

Có: [Br-] = [Cu+] + [Cu(NH3)+]+ [Cu(NH3)2+] (1)

[NH3] + [Cu(NH3)+]+ 2[Cu(NH3)2+] = 0,1 (2)Giả sử: [Cu(NH3)2+] >> [Cu+], [Cu(NH3)+]

(1) ⇒ [Br-] = [Cu(NH3)2+]

(2) ⇒ [NH3] + 2[Cu(NH3)2+] = 0,1

] r [ 10

] r [ ])

2[Br - ](0,1 [Cu

] r [ ]

][NH [Cu

] ) [Cu(NH

-

-7,4 -

-

3

-2 3 2

, 1

⇒ [Br ] = 0,05 ; [Cu+] = 1,99.10-6 ; [Cu(NH3)2+] = [Br-] = 0,05

7 87

, 10 6 2

, 1

2 3

10 10 99 , 1

05 , 0 ]

[Cu

] ) [Cu(NH ]

− +

1 2

Câu 3.7 Biết tích số tan của Zn(OH)2 là 1,80 ×10-17

(a) Hãy tính độ tan của Zn(OH)2 trong nước

(b) Hãy tính pH của dung dịch Zn(OH)2 bão hòa

Cho các giá trị thế khử chuẩn:

[Zn(OH)4]2- + 2 e ¬  → Zn (r) + 4 OH- E° = -1,285 V

Zn2+ + 2e ¬  → Zn (r) E° = - 0,762 V

(c) Hãy tính hằng số bền tổng cộng của phức tetrahidroxozincat(II)

(d) Hãy tính độ tan của Zn(OH)2 trong dung dịch đệm có pH = 9,58 Bỏ qua sự tạo phức [Zn(OH)4]2-

(e) Hãy tính độ tan của Zn(OH)2 trong dung dịch đệm có pH = 9,58 và có tính đến sự tạo thành phức [Zn(OH)4]2-

(g) Hãy so sánh kết quả tìm được ở (d) và (e) và rút ra nhận xét

2 4 /

2 /

] ) ( [ lg 2

0592 , 0 ]

lg[

2

0592 , 0

2 2

Zn E

Zn Zn

o Zn Zn Zn

2 4

] ) ( [ lg 2

0592 , 0 lg 2

0592 , 0

E o Zn

Khi [Zn(OH) 4 2- ] = [OH - ] = 1 M thì:

β

lg 2

0592 , 0 / /

) (

2 + = − = o + −

Zn Zn

o

Zn OH Zn Zn

314 , 8 100920

10 90 , 4

PbO (r) + H2O ¬  → Pb2+(aq) + 2 OH- (aq) T = 8,0×10-16

PbO (r) + 2 H2O ¬  → Pb(OH)3- (aq) + H3O+ (aq) Ka = 1,0×10-15

(a) Hãy tính giá trị pH của dung dịch tại đó dung dịch Pb2+ 1,00×10-2 M bắt đầu có kết tủa PbO xuất hiện?

(b) Từ giá trị pH tính được ở phần (a), người ta tăng pH của dung dịch đến một giá trị nhất định thì kết tủa bắt đầu tan hoàn toàn Hãy tính giá trị pH này?

(c) Hãy viết biểu thức tính độ tan của PbO

(d) Độ tan của PbO đạt giá trị cực tiểu tại pH =9,40 Hãy tính nồng độ của các cấu tử và độ tan của PbO tại giá trị pH này

(e) Hãy tính khoảng pH tại đó độ tan của PbO nhỏ hơn 1,0×10-3 M

10 ] [ 10 8 ] [

10 ] [OH

8.10 ]

[Pb(OH)

] [Pb S

15 2

12 15

2 -

-16 -

3

2

+

− +

] [

10 ] [ 10 16 '

⇒ [H + ]= 3,97.10 -10 (pH = 9,40);

] [

10 ] [ 10 8

Câu 3.9 Tính độ tan của AgI trong dung dịch NH3 0,1M Biết TAgI = 8,3.10-17; NH3 có Kb

3

2 3 2

,

1 1 , 7 10

] ][

[

] ) ( [

=

NH Ag

NH Ag

5 3

4 1 , 75 10 ]

[

] ][

S = [I - ] = [Ag + ] + [Ag(NH 3 ) 2 + ] (4) [NH 3 ] + 2 [Ag(NH 3 ) 2 + ] + [NH 4 + ] = 0,1 M (5)

17 17

2 3

17 3 2 1 , 7 10

1 , 0 ] ) ( [

10 3 , 8

] ) ( [

=

×

+

− +

NH Ag

NH Ag

⇒ [Ag(NH 3 ) 2 + ] = 3,76.10 -6 M

6 17 2

3

17

10 21 , 2 10 76 , 3

10 3 , 8 ] ) ( [

10 3 , 8 ]

−

− +

−

NH Ag Ag

KTGT: thỏa mãn

⇒ S = [I - ] = [Ag(NH 3 ) 2 + ] = 3,76.10 -6 M)

Câu 3.10 Tính nồng độ cân bằng của các ion Ag+, Br-, Cl-, Ag(NH3)2+, NH4+ và OH-

trong dung dịch bão hoà AgCl và AgBr với NH3 0,020M Giả thiết rằng phức Ag(NH3)+

2 2 , 1

2 3 2

,

] [ ]

[ ]

T NH

T

Ag AgCl 6 10 8

] [ ]

M Ag

T

Br AgBr 8 , 33 10 6

] [ ]

Biết: TCu2S= 10-47,6 Phức Cu(CN)43- có β1,4= 1030,3,

HCN có pKa= 9, H2S có pK1= 7 và pK2= 12,9

Hướng dẫn giải

([S 2- ]= 1,11.10 -3 M; [Cu + ]= 5,9.10 -33 => Q= 3,86.10 -68 < T => không có kết tủa)

Câu 3.12 Cho TCu(OH)2 = 4,50 10–21; MW (Cu(OH)2) = 97,59 g.mol–1

và pKb (NH3) = 4,76

(a) i Hãy tính độ tan của Cu(OH)2 trong nước theo đơn vị g/100 mL Bỏ qua quá trình tự phân li của nước

ii Hãy tính pH của dung dịch bão hòa Cu(OH)2

(b) Độ tan của nhiều hidroxit kim loại được tăng lên nhờ quá trình tạo phức của ion kimloại với phối tử như amoniac Trong một thí nghiệm, người ta hòa tan hoàn toàn 5,00 mg Cu(OH)2 trong 25,00 mL dung dịch NH3 Biết nồng độ cân bằng của NH3 trong dung dịch thu được là 1,00 10–3 M, hằng số bền tổng cộng của phức Cu(NH3)42+ là β1,4 = 1011,75

i Hãy tính nồng độ mol tổng cộng của đồng trong dung dịch thu được

ii Hãy tính nồng độ cân bằng của các cấu tử chứa đồng trong dung dịch

iii Hãy tính nồng độ cân bằng của NH4+

iv Hãy tính pH của dung dịch

v Hãy tính nồng độ của dung dịch NH3 ban đầu