Lý thuyết trao đổi ion pot

TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 1 CHƯƠNG XI PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION I . BẢN CHẤT VÀ ĐIỀU KIỆN CỦA PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION I . 1 Bản chất của phản ứng trao đổi ion Phản ứng trao đổi ion là loại phản ứng xảy ra giữa các ion trong dung dòch và không có sự thay đổi mức oxy hóa của các nguyên tố Phản ứng trao đổi ion xảy ra giữa các ion tích điện trái dấu bò hydrat hóa nên chúng thường có năng lượng hoạt hóa nhỏ, do đó chúng có tốc độ phản ứng cao. I.2 Điều kiện để phản ứng trao đổi ion diễn ra Vì phản ứng trao đổi ion là loại phản ứng thuận nghòch nên về lý thuyết thì khi cho mọi chất điện ly có ion khác loại vào dung dòch thì luôn có phản ứng ion xảy ra ở một mức độ nào đó, tuy nhiên chỉ một số trong chúng có thể xảy ra ở mức độ đáng kể. Điều kiện để cho phản ứng ion xảy ra ở mức độ đáng kể phải thỏa mãn một trong 2 điều kiện sau: a) Các sản phẩm ít điện ly (axit yếu, bazơ yếu, phức, nước …) b) Các sản phẩm ít tan trong nước (chất rắn, chất khí ít tan) Ví dụ1: Phản ứng xảy ra giữa HCl và NaOH trong dung dòch nước: HCl + NaOH ' NaCl + H 2 O (*) là một phản ứng trao đổi ion và xảy ra đến cùng vì: phản ứng này thực chất xảy ra giữa ion H + và ion OH - để tạo ra nước. HCl là axit mạnh và NaOH là bazơ mạnh nên trong nước hòan tòan nằm dưới dạng ion bò hydrat hóa: NaOH + H 2 O → Na + .aq + OH - .aq HCl + H 2 O → H + .aq + Cl - .aq Vì vậy phản ứng (*) có thể viết: H + .aq + Cl - .aq + Na + .aq + OH - .aq ' Cl - .aq + Na + .aq + H 2 O (**) Lọai bỏ Cl - .aq + Na + .aq ở 2 vế của phương trình phản ứng (**), được: H + .aq + OH - .aq ' H 2 O ΔG 0 298,pư = -2,303x298x8,31lg1.10 14 = -79,84 kJ << -40 kJ Phản ứng này xảy ra hòan tòan Ví dụ 2: Xét xem Canxi carbonat có bò tan khi nó vào cốc chứa dung dòch bari clorua? Cho biết T BaCO3 = 1.10 -8,29 và T CaCO3 = 1.10 -8,32 Giải: Phản ứng: CaCO 3 + BaCl 2 = CaCl 2 BaCO 3 Có phương trình ion – phân tử: CaCO 3 (r) + Ba 2+ = BaCO 3 (r) + Ca 2+ 14 14 10.1 10.1 11 ]][[ 1 ==== −−+ n cb K OHH K TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 2 ΔG o 298,pư = -2,303x298x8,31lg1.10 -0,03 = 0,17 kJ vì : 40 kJ > 0,17 kJ > -40 kJ Phản ứng này thuận nghòch nên có một phần CaCO 3 sẽ tan. I.3 Phương trình ion - phân tử của phản ứng trao đổi ion Phản ứng trao đổi ion là loại phản ứng thuận nghòch, do đó trong hệ có các trạng thái cân bằng. Các trạng thái cân bằng này được miêu tả bằng phương trình ion - phân tử. Nhờ phương trình ion - phân tử, chúng ta có thể tính toán đònh lượng được các phản ứng trao đổi ion. Phương trình ion - phân tử gồm các phân tử của các chất kém điện ly hay ít tan trong dung dòch và các ion tham gia vào phản ứng và tạo thành sau phản ứng. Ví dụ 3: Viết phương trình ion - phân tử – của phản ứng sau HF + NaOH ' NaF + H 2 O Giải: Chúng ta biết NaOH và NaF là những chất điện ly mạnh, HF là axit trung bình có K a = 6,8.10 -4 (25 0 C) và H 2 O là chất điện ly yếu K n = 1.10 -14 (22 0 C), do đó: HF + Na + + OH - ' Na + + F - + H 2 O Theo phương trình trên thì ion Na + không tham gia phản ứng, nên phương trình ion - phân tử của nó có dạng: HF + OH - ' F - + H 2 O Ví dụ 4: Viết các phương trình ion - phân tử có thể có khi cho Na 2 S vào nước Giải: Khi cho Na 2 S vào nước, có thể tạo thành các sản phẩm NaHS và H 2 S vì HS - và H 2 S là các chất điện ly yếu. (H 2 S là axit có hai nấc phân ly K a1 = 1.10 -7 và K a2 = 1.10 -12,89 ). Na 2 S, NaHS, NaOH là các chất điện ly mạnh và H 2 O là chất điện ly yếu, do đó phản ứng: Na 2 S + H 2 O ' NaHS + NaOH Có thể viết: 2Na + + S 2- + H 2 O ' Na + + HS - + Na + + OH - nên phương trình ion - phân tử của phản ứng này có dạng : S 2- + H 2 O ' HS - + OH - và phản ứng: NaHS + H 2 O ' NaOH + H 2 S Có thể viết : Na + + HS - + H 2 O ' Na + + OH - + H 2 S Nên phương trình ion - phân tử của phản ứng này có dạng : HS - + H 2 O ' OH - + H 2 S II . HẰNG SỐ CÂN BẰNG (K cb ) CỦA PHƯƠNG TRÌNH ION - PHÂN TỬ LÀ THƯỚC ĐO CHIỀU HƯỚNG CỦA CÁC PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION. Chúng ta biết rằng phản ứng trao đổi ion là phản ứng thuận nghòch và phương trình ion - phân tử là phương trình phản ánh trạng thái cân bằng của loại phản ứng này, do đó có mối quan hệ giữa hằng số cân bằng của phương trình ion - phân tử ở nhiệt 03,0 29,8 32,8 2 2 10.1 10.1 10.1 ][ ][ 3 3 − − − + + ==== BaCO CaCO cb T T Ba Ca K TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 3 độ T (K) và thế đẳng áp đẳng nhiệt tiêu chuẩn của phản ứng trao đổi ion ở nhiệt độ này ( ΔG 0 T , pư ) theo biểu thức (7.8): ΔG 0 T,pư = -RT ln K cb = 2,303 RTlgK cb (11.1) hay : trong đó ΔG tính bằng kJ , R = 8,31 J/mol.K, T- nhiệt độ tuyệt đối (K). Từ quy tắc 6.18 rút ra quy tắc (11.3) đối với đa số các phản ứng trao đổi ion : Quy tắc 11.3 + Nếu Δ G 0 298,pư > 40 kJ ⇒ K cb < 1.10 -7 thì có thể coi rằng trong thực tế phản ứng trao đổi ion xảy ra không đáng kể ở bất cứ nồng độ nào của của các chất đầu và sản phẩm phản ứng ở trong khoảng nhiệt độ phòng. + Nếu Δ G 0 298,pư < - 40 kJ ⇒ K cb > 1.10 7 thì có thể coi rằng trong thực tế phản ứng trao đổi ion xảy ra đến cùng ở bất cứ nồng độ nào của các chất đầu và sản phẩm phản ứng ở trong khoảng nhiệt độ phòng. + Nếu -40 kJ < Δ G 0 T,pư < 40 kJ ⇒ 1.10 -7 < K cb < 1.10 7 thì ở trong khoảng nhiệt độ phòng phản ứng trao đổi ion có thể xảy ra theo chiều thuận hoặc theo chiều nghòch tùy thuộc vào nồng độ các chất đầu và sản phẩm phản ứng. K cb của phản ứng trao đổi ion là K C và được tính qua các hằng số điện ly của axit, bazơ, phức, chất ít tan và độ tan của chất khí. Ví dụ 5: Cho phản ứng trao đổi ion trong dung dòch nước BaSO 4 (r) + K 2 CO 3 ' BaCO 3 (r) + K 2 SO 4 (*) a) Xét xem phản ứng sau có xảy ra hay không ở 25 0 C ở điều kiện chuẩn. b) Nêu điều kiện để phản ứng trên bắt đầu có khả năng tự diễn biến. Cho biết tích số tan của BaSO 4 và BaCO 3 ở 25 0 C tương ứng là 1.10 -9,97 và 1.10 -8,29 Giải: a) Để biết phản ứng trên ở điều kiện chuẩn có xảy ra hay không cần tính K cb & ΔG o T,pư của phản ứng. Vì K 2 SO 4 và K 2 CO 3 là muối tan nhiều nên phương trình ion - phân tử của phản ứng (*) có dạng: BaSO 4 (r) + CO 3 2- ' BaCO 3 (r) + SO 4 2- p dụng công thức (6.2) có : Đưa K cb vào biểu thức (11.1) được: ΔG o T,pư = -2,303 x 8,313 x 298 x lg10 -1,68 = 9,58 kJ Vì ΔG o T,pư > 0 nên ở điều kiện chuẩn phản ứng không xảy ra tự phát b) Tuy nhiên vì : 1.10 -7 < K cb = 1.10 -1,68 < 1.10 7 nên theo chuẩn (11.3) phản ứng (*) thuận nghòch. Vì vậy có thể tìm điều kiện tỷ số nồng độ ion để ΔG o T,pư < 0. p dụng công thức (7.6) được: )2.11(10.1 303,2 0 , RT G cb puT K Δ − = 68,1 29,8 97,9 BaCO BaSO 22 3 22 4 2 3 2 4 cb 10.1 10.1 10.1 T T ]Ba][CO[ ]Ba][SO[ ]CO[ ]SO[ K 3 4 − − − +− +− − − ===== )1( ][ ][ lg303,2 *2 3 *2 4 0 298298 − − +Δ=Δ CO SO RTGG ][ ][ 2 3 2 4 − − CO SO TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 4 Trong đó: [SO 4 2- ] và [CO 3 2- ] là nồng độ các ion trong thời điểm chúng ta xem xét. p dụng (11.1) được: ΔG 0 298 = 2,303RTlgK cb (2). Kết hợp (1) với (2) được biểu thức (3) : Điều kiện cho phản ứng tự diễn ra là thế đẳng áp của phản ứng phải nhỏ hơn không, vì vậy suy ra từ biểu thức (3) có : Đáp số : Khi tỷ số nồng độ [SO 4 2- ]/[CO 3 2- ] nhỏ hơn giá trò 2,09.10 -2 thì phản ứng trên có khả năng tự xảy ra. Ví dụ 6: Muối Na 2 S trong dung dòch nước bò thủy phân đến mức độ nào? Cho biết các hằng số điện ly axit H 2 S lần lượt bằng K a1 = 1.10 -7 và K a2 = 1.10 -12,89 và K n = 1.10 -14 . Giải: Phương trình ion - phân tử của sự thủy phân Na 2 S đến HS - là : S 2- + H 2 O ' HS - + OH - (1) p dụng biểu thức (7.3) có : p dụng quy tắc (11.3): 1.10 -7 < K cb1 = 1.10 -1,11 < 1.10 7 Cho thấy phản ứng (1) thuận nghòch Phương trình thủy phân của Na 2 S đến H 2 S là : S 2- + 2 H 2 O ' H 2 S + 2OH - (2) p dụng biểu thức (7.3) có : p dụng quy tắc (11.3): K cb2 = 1.10 -8,11 < 1.10 -7 Cho thấy phản ứng (2) không xảy ra. Kết luận: Muối Na 2 S chỉ thủy phân một phần ở mức đầu tiên thành HS - . III . PHẢN ỨNG TRUNG HÒA Phản ứng trung hòa là loại phản ứng trao đổi ion giữa axit và bazơ tạo thành muối và nước -chất kém điện ly. )3( ]CO[ ]SO[ lgRT303,2KlgRT303,2G *2 3 *2 4 cb298 − − +−=Δ 0 ]CO[ ]SO[ lgRT303,2KlgRT303,2G *2 3 *2 4 cb298 <+−=Δ − − 268,1 cb 2 3 2 4 cb *2 3 *2 4 10.09,210.1K ]CO[ ]SO[ Klg ]CO[ ]SO[ lg −− − − − − ==<⇒<⇒ 11,1 89.12 14 2 22 1 10.1 10.1 10.1 ]][[ ]][][[ ][ ]][[ − − − +− −+− − −− ===== a n cb K K HS HSHOH S HSOH K 11,8 89,127 214 21 2 22 2 22 2 2 2 2 10.1 10.1.10.1 )10.1( . ]][[ ][][][ ][ ][][ − −− − +− +− − − ===== aa n cb KK K HS SHHOH S SHOH K TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 5 III . Phản ứng trung hòa giữa axit mạnh và bazơ mạnh Ví dụ có phản ứng trung hòa giữa axit mạnh HX và bazơ mạnh BOH : HX + BOH ' BX + H 2 O Vì axit mạnh và bazơ mạnh là các chất điện ly hoàn toàn và muối BX cũng là chất điện ly hoàn toàn nên phương trình ion - phân tử có dạng : OH - + H + ' H 2 O (11.4) p dụng công thức (7.3) có : Từ (11.4) và (11.5) rút ra a) pH của dung dòch khi không còn dư axit hay bazơ (dung dòch trung tính) bằng: [H + ] = {OH - ] = 1.10 -7 ⇒ pH = 7 b) Theo tiêu chuẩn (11.3) ( K cb =1.10 14 >> 1.10 7,33 ) thì phản ứng trung hòa giữa axit mạnh và bazơ mạnh là phản ứng chỉ xảy ra theo chiều thuận ngay ở nồng độ H + và OH - vô cùng nhỏ. Tóm lại, có thể rút ra các kết luận sau: a) Axit mạnh và bazơ mạnh không thể đồng thời có mặt trong hệ ở trạng thái cân bằng vì vậy không thể cho sản phẩm tạo thành là bazơ mạnh nếu có chất phản ứng là axit mạnh và ngược lại không thể cho sản phẩm là axit mạnh nếu có chất phản ứng là bazơ mạnh . b) Dung dòch trung tính có pH = 7 Ví dụ : Không thể viết 2KMnO 4 + 5 K 2 SO 3 + 2H 2 SO 4 = 2KOH + 5K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + H 2 O mà phải viết : 2KMnO 4 + 5K 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 = 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O vì KOH sinh ra trong phản ứng sẽ tác dụng ngay với H 2 SO 4 để tạo K 2 SO 4 và H 2 O. III . 2 Phản ứng trung hòa giữa axit yếu và bazơ mạnh Gọi HX là axit yếu và BOH là bazơ mạnh có K a , phương trình phản ứng là : HX + BOH ' BX + H 2 O Vì BOH là bazơ mạnh và BX là muối tan nhiều, phương trình ion - phân tử có dạng : HX + OH - ' X - + H 2 O (11.6) p dụng biểu thức (6.2) có: Biểu thức (11.7) cho thấy giá trò K cb và pH dung dòch tùy thuộc vào độ lớn của hằng số điện ly axit K a . Ví dụ 7: Tính pH dung dòch khi cho 1mol NaOH vào một lít dung dòch HCN 1M (giả thiết sự thay đổi thể tích không đáng kể). Cho biết hằng số điện ly axit HCN K a = 1.10 -9,21 ở 25 0 C. Giải: Vì NaOH là bazơ mạnh và NaCN là muối tan nhiều, nên phương trình ion - phân tử của phản ứng trung hoà giữa NaOH và HCN có dạng: )5.11(10.1 10.1 11 ]][[ 1 14 14 ==== −−+ n cb K OHH K )7.11(.10 ]][[ ][ 14 a n a cb K K K OHHX X K === − − TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 6 HCN + OH - ' CN - + H 2 O (1) p dụng công thức (11.7) được : Giả thiết rằng nồng độ HCN và NaOH còn lại không đáng kể và lượng OH - do nước phân ly ra so với lượng OH - còn lại của NaOH là không đáng kể, thì chúng ta có : [CN - ] = 1 iong/l và [HCN] = [ OH - ] Thay các giá trò này vào (2) được : Kiểm tra lại các giả thiết đều đúng. Thí dụ này cho thấy khi trung hòa một axit yếu bằng một kiềm mạnh theo tỷ lệ đương lượng, dung dòch luôn có tính kiềm. III . 3 Phản ứng trung hòa giữa axit mạnh và bazơ yếu Gọi HX là axit mạnh và BOH là bazơ yếu có K b , phương trình phản ứng là: HX + BOH ' BX + H 2 O Vì HX và BX là những chất điện ly mạnh, nên phương trình ion - phân tử có dạng: H + + BOH ' B + + H 2 O (11.8) p dụng công thức (6.2) được : Biểu thức (11.9) cho thấy giá trò K cb và pH dung dòch tùy thuộc vào độ lớn của hằng số điện ly bazơ K b . Ví dụ 8: tính pH của dung dòch khi cho một mol khí HCl vào một lít dung dòch NH 4 OH có nồng độ 1M (giả thiết thể tích dung dòch thay đổi không đáng kể) . Hằng số điện ly bazơ của NH 4 OH ở 25 0 C bằng 1.10 -4,755 . Giải: Vì HCl là axit mạnh và NH 4 Cl là muối tan nhiều nên phương trình ion - phân tử của phản ứng trung hòa giữa HCl và NH 4 OH có dạng : H + + NH 4 OH ' NH 4 + + H 2 O (1) p dụng biểu thức (11.9) được : Giả thiết rằng khi hệ cân bằng, nồng độ HCl và NH 4 OH còn lại không đáng kể so với nồng độ của NH 4 Cl và lượng H + do nước phân ly rất nhỏ so với lượng H + còn lại của HCl, thì chúng ta có : [H + ] = [NH 4 OH] và [NH 4 + ] = 1 iong/l Thay các số liệu này vào (2) được : )2(10.110.10 10.1 10.1 K K ]HCN][OH[ ]CN[ K 79,421,914 14 21,9 n HCN cb ===== − − − − − 39,279,4 cb 10.110.1 K 1 ]OH[ −−− === 61,11pH10.1 10.1 10.1 ]OH[ K ]H[ 61,11 39,2 14 n =⇒=== − − − − + )9.11(10 ]][[ ][ .14 b n b cb K K K BOHH B K === + + )2(10.110.10 10.1 10.1 K K ]OHNH][H[ ]NH[ K 245,9755,414 14 755,4 n OHNH 4 4 cb 4 ===== − − − + + 623,4pH10.110.1 K 1 ]H[ 623,4245,9 cb =⇒=== −−+ TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 7 Giá trò [H + ] thu được cho thấy các giả thiết là phù hợp. Ví dụ cho thấy khi trung hòa một bazơ yếu bằng một axit mạnh theo tỷ lệ đương lượng, dung dòch luôn có tính axit. IV . PHẢN ỨNG THỦY PHÂN Phản ứng thủy phân là loại phản ứng trao đổi ion giữa ion của chất tan và nước tạo thành chất ít điện ly, chất rắn hay chất khí ít tan trong nước. Hằng số cân bằng của phản ứng thủy phân được gọi là hằng số thủy phân và ký hiệu K tp . Độ thủy phân (h) là tỷ số giữa số phân tử muối bò thủy phân n trên tổng số số phân tử muối đã hòa tan trong dung dòch : Trong đó N tp là số phân tử muối đã thủy phân, N c là số phân tử muối có trong dung dòch. IV . 1 Phản ứng thủy phân của muối tạo thành bởi axit mạnh và bazơ yếu Giả sử chúng ta xét muối MA với M là cation mức oxy hóa +1. Vì MA và HA là các chất điện ly mạnh, nên phương trình ion - phân tử của phản ứng thủy phân muối MA có dạng : M + + H 2 O ' MOH + H + (11.11) p dụng công thức (7.3) được : trong đó K b là hằng số điện ly bazơ của MOH. So sánh hai công thức (11.12) và công thức 10.33: K a .K b = K n Có thể rút ra một số nhận xét quan trọng sau : a) K tp của muối MA của axit mạnh và bazơ yếu cũng chính là K a của axit M + liên hợp với bazơ MOH. b) Phương trình thủy phân (11.11) cũng là phương trình phân ly của axit M + trong dung dòch nước . c) pH của dung dòch muối MA được tính theo cách tính của axit yếu đã trình bày trong phần IX.2 chương X Ví dụ 9: Xác đònh pH của dung dòch NH 4 Cl 1N. Biết hằng số điện ly bazơ của NH 4 OH ở 25 0 C bằng 1.10 -4,755 . Giải: NH 4 Cl là muối của axit mạnh HCl và bazơ yếu NH 4 OH nên trong nước nó bò thủy phân và phương trình ion - phân tử có dạng : NH 4 + + H 2 O ' NH 4 OH + H + (1) Coi phản ứng thủy phân (1) là phản ứng điện ly của axit NH 4 + nên có thể dùng các công thức (10.27) hoặc (10.28) để tính nồng độ H + , trong đó C a là nồng độ NH 4 + ban đầu bằng 1 iong/l (vì nồng độ đương lượng của NH 4 Cl bằng nồng độ mol của nó) và K a là hằng số điện ly axit của NH 4 + và cũng chính là K tp của phản ứng (1). p dụng công thức (11.12) được : )10.11( c tp N N h= )12.11( ]][[ ]][][[ ][ ]][[ b n tp K K OHM OHHMOH M HMOH K === −+ −+ + + 245,9 755,4 14 b n tpa 10.1 10.1 10.1 K K KK − − − ==== TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 8 Giả thiết C a >100[H + ] , áp dụng công thức ( 9.27) được : Giá trò [H + ] tìm được cho thấy giả thiết nêu trên đúng. IV.2 Phản ứng thủy phân của muối tạo bởi axit yếu và bazơ mạnh Chúng ta xét muối MA với A là anion có mức oxyhóa –1 . Vì MA và MOH là các chất điện ly mạnh nên phương trình ion - phân tử của phản ứng thủy phân này có dạng: A - + H 2 O ' HA + OH - (10.13) p dụng công thức (6.2) được : trong đó K a là hằng số điện ly axit của HA. So sánh hai công thức (11.14) và(9.33 trang 10 chương IX), tương tự như phần trên chúng ta cũng dễ dàng rút ra một số nhận xét sau quan trọng sau : a) K tp của muối MA của axit yếu và bazơ mạnh cũng chính là K b của bazơ A - liên hợp với axit HA b) Phương trình thủy phân (11.13) cũng là phương trình phân ly của bazơ A - trong dung dòch nước . c) pH của dung dòch muối MA được tính theo cách tính của bazơ yếu đã trình bày trong phần X.2 chương X Ví dụ 10: Tính pH của dung dòch muối NaCN 1N. Cho biết hằng số điện ly của axit HCN ở 25 0 C bằng 1.10 -9,21 Giải: Vì NaCN và NaOH là các chất điện ly mạnh, nên phương trình ion - phân tử của phản ứng thủy phân muối NaCN có dạng : CN - + H 2 O ' HCN + OH - (1) Coi phản ứng thủy phân (1) là phản ứng điện ly của bazơ CN - nên có thể dùng các công thức (10.31) hoặc (10.32) để tính nồng độ OH - , trong đó C b là nồng độ CN - ban đầu bằng 1 iong/l (vì nồng độ đương lượng của NaCN bằng nồng độ mol của nó) và K b là hằng số điện ly bazơ của CN - và cũng chính là K tp của phản ứng (1). p dụng công thức (11.14) để tính K tp : Giả thiết C b > 100 [OH - ] , chúng ta áp dụng được công thức (10.32) : Giá trò nồng độ OH - thu được cho thấy giả thiết đúng. Nồng độ H + tính bằng công thức (10.23) được : Ghi chú : đối với các muối tạo thành từ axit yếu và bazơ mạnh và từ axit mạnh và bazơ yếu có nhiều nấc thủy phân (ví dụ : Na 2 S) thì pH dung dòch chỉ phụ thuộc vào nấc thủy phân đầu tiên, do đó các tính pH cũng giống trường hợp của muối MA. IV.3 Phản ứng thủy phân của muối tạo thành bởi axit yếu và bazơ yếu 623,4pH10.1110C.K]H[ 623,4245,9 aa =⇒=×== −−+ )14.11( ]][[ ]][][[ ][ ]][[ a n tp K K HA HOHHA A OHHA K === +− +− − − 79,4 21,9 14 a n btp 10.1 10.1 10.1 K K KK − − − ==== 395,279,4 bb 10.1110CK]OH[ −−− =×== 605,11pH10.1 10.1 10.1 ]OH[ K ]H[ 605,11 395,2 14 n =⇒=== − − − − + TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 9 Giả sử chúng ta xét muối MA. Vì chỉ có MA là chất điện ly mạnh nên phương trình ion - phân tử có dạng : M + + A - + H 2 O ' HA + MOH (11.15) p dụng công thức (7.3) và tìm tương tự các phần trên được : trong đó K a là hằng số điện ly axit của HA và K b là hằng số điện ly của bazơ MOH. Để chứng minh công thức tính pH của dung dòch muối axit yếu và bazơ yếu một cách đơn giản, chúng ta có thể xuất phát từ phương trình (11.15) và lưu ý là nồng độ lúc cân bằng của các cặp sau luôn bằng nhau vì chúng xuất phát từ hợp chất MA: [A - ] = [M + ] và [MOH] = [HA] Thay các giá trò nồng độ này vào công thức (11.16) được : Từ biểu thức tính K a có : Phối hợp hai biểu thức (11.17) và (11.18), chúng ta thu được công thức tính nồng độ H + của dung dòch muối MA tạo thành từ axit yếu và bazơ yếu : Nhận xét: công thức (11.19) không có số hạng nồng độ muối, nghóa là pH của dung dòch muối tạo thành từ axit yếu và bazơ yếu là một hằng số đối với nồng độ . Ví dụ 11: Tính pH của các dung dòch muối NH 4 CN có nồng độ 1 M và 0,1M. Cho biết hằng số điện ly axit HCN ở 25 0 C bằng 1.10 -9,21 và hằng số điện ly bazơ của NH 4 OH ở 25 0 C bằng 1.10 -4,755 và tích số ion của nước ở 22 0 C bằng 1.10 -14 . Giải : p dụng công thức (11.19) chúng ta tìm được giá trò pH hai dung dòch đều có cùng giá trò pH và bằng: )16.11( .]][[ ]][[ ba n tp KK K AM MOHHA K == −+ )17.11( .][ ][ 2 2 ba n tp KK K A HA K == − )18.11( ][ ][][ ][ ]][[ − +−+ =⇒= A HA K H HA AH K a a )19.11( . . .][ . ][ b an ba n a ba n tp a K KK KK K KH KK K K K H ==⇒== + + 228,9: 10.110.1 10.1 1010 . ][ 228,9455,18 755,4 21,914 = == × == −− − −− + pHraSuy K KK H b an TS Hoàng Đông Nam Chương XI bài giảng cho lớp tại chức hóa 10 Bài tập chương XI 11.1 Phản ứng trao đổi ion là lọai phản ứng gì? Vì sao tốc độ phản ứng của phản ứng trao đổi ion thường rất lớn? 11.2 Viết phương trình ion-phân tử cho các phản ứng sau: a) Na 2 S + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + H 2 S b) H 2 SO 3 + NH 3 .H 2 O → NH 4 HSO 3 + H 2 O c) Na 3 PO 4 + CH 3 COOH → NaH 2 PO 4 + NaCH 3 COO d) AgI(r) + NaCl → AgCl(r) + NaI e) Fe(OH) 3 (r) + HCl → FeCl 3 + H 2 O Cho biết các hằng số điện ly: H 2 S có K 1 = 1.10 -7,2 & K 2 = 1.10 -14 ; H 2 SO 4 có K 2 = 1.10 —1,9 ; CH 3 COOH có K = 1.10 -4,75 ; H 2 SO 3 có K 1 = 1.10 -1,8 & K 2 = 1.10 -7,2 H 3 PO 4 có K 1 = 1.10 -2,12 , K 2 = 1.10 -7,20 & K 3 = 1.10 -11,9 AgCl có T = 1.10 -9,74 ; AgI có T = 1.10 -16,08 ; Fe(OH) 3 có T = 1.10 -37,42 H 2 O có K n = 1.10 -14 ; NH 3 .H 2 O có K = 1.10 -4,75 ( NH 4 + & OH - ) 11.3 Tính hằng số cân bằng của các phản ứng trao đổi ion trong bài 11.2. Phản ứng nào xảy ra đến cùng, phản ứng nào xảy ra thuận nghòch, phản ứng nào không xảy ra? 11.4 Muối nào trong những muối sau bò thủy phân: KNO 3 , KCN, (NH 4 ) 2 SO 4 , AlCl 3 . Hãy viết phương trình thủy phân của các muối bò thủy phân dưới dạng phân tử và ion-phân tử. Cho biết các hằng số điện ly: HCN có K = 1.10 -9,1 ; Al(OH) 3 có T = 1.10 -32 11.5 Tính hằng số thủy phân, độ thủy phân và pH của dung dòch Na 3 PO 4 có nồng độ 0,1M. Biết hằng số điện ly bậc thứ 3 của axit photphoric bằng 4,4.10 -19 . 11.6 Tính pH dung dòch tạo thành khi trộn: a) 200 ml KOH 1N với 200 ml axit acetic (CH 3 COOH) 1N b) 200 ml KOH 1N với 300 ml axit acetic 1N c) 200 ml KOH với 100 ml axit acetic 1N 11.7 Tính pH dung dòch tạo thành khi trộn: a) 200 ml H 2 SO 4 1M với 400 ml NH 3 .H 2 O 1M b) 200 ml H 2 SO 4 1M với 200 ml NH 3 .H 2 O 1M c) 200 ml H 2 SO 4 1M với 100 ml NH 3 .H 2 O 1M . XI PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION I . BẢN CHẤT VÀ ĐIỀU KIỆN CỦA PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION I . 1 Bản chất của phản ứng trao đổi ion Phản ứng trao đổi ion là loại phản ứng xảy ra giữa các ion trong dung. phản ứng trao đổi ion diễn ra Vì phản ứng trao đổi ion là loại phản ứng thuận nghòch nên về lý thuyết thì khi cho mọi chất điện ly có ion khác loại vào dung dòch thì luôn có phản ứng ion xảy. này thuận nghòch nên có một phần CaCO 3 sẽ tan. I.3 Phương trình ion - phân tử của phản ứng trao đổi ion Phản ứng trao đổi ion là loại phản ứng thuận nghòch, do đó trong hệ có các trạng thái