Do thời gian nghiên cứu ngắn nên chúng tôi chỉ nghiên cứu về một số vấn đề sau: I.Cơ sở lý thuyết chương Phản ứng axit – bazơ II. Hệ thống bài tập: II.1.Giới thiệu một số bài toán trong sách “bài tập hóa học phân tích” Nguyễn Tinh Dung II.2. Một số bài toán liên quan trong các kì thi
Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ MỤC LỤC MỤC LỤC…………………………………………………………………………… 1 LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………………….3 A. MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………… 4 I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI………………………………………………………………4 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU……………………………………………………… 4 III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU…………………………………………… ………… 4 IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………………………….…………… 5 B. NỘI DUNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………………………………… 6 I.1. Thuyết axit bazơ ………………………………………………….……………….6 I.1.1 Thuyết axit bazơ của Arrhenius………………………………………….………6 I.1.2. Thuyết proton về axit bazơ của Bronsted-Lowry…………… …………………6 I.2. Cường độ axit-bazơ…………………………………………… ……… 6 I.2.1 Cường độ axit. Hằng số Ka………………………………… ………………… 6 I.2.2.Cường độ bazơ. Hằng số Kb…………………………………….… ………… 7 I.2.3 Tích số ion của nước…………………………………….………………….……8 I.3. Dung dịch đệm………………………………………… …………….………… 8 II. PHẦN BÀI TẬP II.1. HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẢN ỨNG AXIT – BAZƠ…………………………….9 Dạng 1: Axit mạnh và bazơ mạnh…………………………………………………… 9 Dạng 2: Đơn axit mạnh và đơn bazơ mạnh………………………………………… 12 Dạng 3: Hỗn hợp các đơn axit và bazơ………………………………………….……15 Dạng 4: Đa axit và đa bazơ ……………………………………….………………….18 GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 1 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ Dạng 5: Các chất điện li lưỡng tính……………………………… …………… …22 Dạng 6:Dung dịch đệm……………………………………………………………….24 II.2. MỘT SỐ BÀI TẬP LIÊN QUAN TRONG CÁC KÌ THI……………… …… 29 C. KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 41 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………… ………… … …41 GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 2 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Hóa trường Đại học Sư phạm và các thầy cô giáo đã tạo điều kiện cho sinh viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ngô Văn Tứ đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi để em được làm đề tài này. Tuy có nhiều cố gắng, nhưng chắc chắn bài làm của em còn có rất nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy để bài tập lớn của mình được hoàn chỉnh và đạt kết quả mong muốn. Xin chân thành cảm ơn! GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 3 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ A. MỞ ĐẦU I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Phản ứng axit – bazơ là một trong những nội dung quan trọng của học phân “Hóa học phân tích định tính”, luôn tạo sức hấp dẫn đối với học sinh, sinh viên nói chung và sinh viên chuyên ngành nói riêng. Đã có một số tác giả quan tâm nghiên cứu sử dụng bài tập Hóa học phân tích để phục vụ công tác giảng dạy ở nhà trường trung học phổ thông cũng như các trường Đại học, Cao đẳng chính quy. Song hệ thống lý thuyết và bài tập phần này cần được tổng kết dưới dạng chuyên đề để đáp ứng nhu cầu tham khảo của học sinh, sinh viên. Xuất phát từ thực tế đó, cùng với kiến thức đã có cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của giảng viên hướng dẫn, tôi chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ”. Hi vọng đề tài sẽ là một tài liệu tham khảo có ích cho bản thân cũng như các bạn sinh viên trong việc thực hiện nhiệm vụ học tập cũng như giảng dạy sau này. Do thời gian và hiểu biết có hạn, trong qúa trình làm đề tài có thể còn có những khiếm khuyết và mong mọi người thông cảm. Tôi xin cảm ơn và rất mong nhận được những góp ý xây dựng của thầy cô giáo và các bạn học sinh để lần sau sẽ hoàn chỉnh hơn. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Để giúp các bạn sinh viên hiểu sâu hơn về phản ứng axit – bazơ trong bộ môn hóa học phân tích định tính, đồng thời giải quyết tốt các bài toán một cách nhanh chóng cũng như cũng không còn lúng túng khi gặp những dạng toán về phản ứng axit – bazơ. GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 4 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Do thời gian nghiên cứu ngắn nên chúng tôi chỉ nghiên cứu về một số vấn đề sau: I.Cơ sở lý thuyết chương Phản ứng axit – bazơ II. Hệ thống bài tập: II.1.Giới thiệu một số bài toán trong sách “bài tập hóa học phân tích”- Nguyễn Tinh Dung II.2. Một số bài toán liên quan trong các kì thi IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đọc, thu thập tài liệu. 2. Tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn. 3. Xử lý, tổng hợp. GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 5 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ B. NỘI DUNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: I.1. THUYẾT AXIT – BAZƠ I.1.1 Thuyết Axit – Bazơ của Arrhenius: Axit là những chất có khả năng phân li trong nước thành cation H + , còn bazơ là những chất có khả năng phân li thành anion OH - . Như vậy, trong phân tử của axit phải chứa hidro linh động có khả năng ion hóa. Đây là thuyết đơn giản nhất về axit và bazơ. Nó chỉ đề cập đến dung môi là nước. Nhiều trường hợp không giải tích được tính axit bazơ của một số dung dịch. Để giải thích các trường hợp này người ta đưa ra khái niệm sự thủy phân. I.1.2 Thuyết proton về axit-bazơ của Bronsted-Lowry Theo thuyết này axit là những chất có khả năng cho proton. Bazơ là những chất có khả năng nhận proton. Sử dụng thuyết này có thể giải thích đầy đủ tính axit-bazơ cảu các dung dịch trong tất cả các dung môi: H 2 O, khác như dung môi hữu cơ… và giải thích cho một số phản ứng axit-bazơ không có dung môi. *Cặp axit-bazơ liên hợp: Theo Bronsted thì khi một axit cho proton tạo ra một bazơ liên hợp với nó. Khi một bazơ nhận proton thì tạo ra một axit liên hợp với nó. Ví dụ: CH 3 COOH/CH 3 COO - là cặp axit-bazơ liên hợp: CH 3 COOH + H 2 O ⇌ CH 3 COO - + H 3 O + Axit bazơ bazơ axit I.2. CƯỜNG ĐỘ AXIT-BAZƠ I.2.1 Cường độ axit. Hằng số K a A + H 2 O ⇌ B + H 3 O + K cb Áp dụng định luật tác dụng khối lượng, ta có: OHA BOH K cb ]][[ ]][[ 2 3 + = xem [H 2 O] = 1000/18 (mol/l) = 55.55 (mol/l) = const GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 6 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ → acb K A BOH OHK == + ][ ]][[ ].[ 3 2 K a được gọi là hằng số axit. Để đơn giản: ][ ]][[ A BH K a + = Hằng số điện li K a của một axit được dùng để đánh giá cường độ của axit. Giá trị K a càng lớn thì cường độ axit càng mạnh, và ngược lại. Những axit mà phân tử chứa 2 hoặc nhiều proton có thể tách ra được trong nước gọi là các đa axit. Trong dung dịch nước, các đa axit phân li lần lượt theo từng nấc và mỗi nấc cho một proton. Ứng với mỗi nấc có một hằng số axit tương ứng. Ví dụ: Axit photphoric (H 3 PO 4 ) là một axit 3 nấc: H 3 PO 4 ⇌ H + + H 2 PO 4 - (1) 15,2 ' 1 = a pK H 2 PO 4 - ⇌ H + + HPO 4 2- (2) 21,7 ' 2 = a pK HPO 4 2- ⇌ H + + PO 4 3- (3) 32,1 ' 3 = a pK I.2.2. Cường độ bazơ. Hằng số Kb: Khi hòa tan một bazơ vào nước: B + H 2 O ⇌ OH- + A K cb Áp dụng định luật tác dụng khối lượng, ta có: OHB AOH K cb ]][[ ]][[ 2 − = xem [H 2 O] = 1000/18 (mol/l) = 55.55 (mol/l) = const → bcb K B AOH OHK == − ][ ]][[ ].[ 2 K b được gọi là hằng số bazơ. Để đơn giản: ][ ]][[ B AOH K b − = Hằng số điện li K b của một bazơ được dùng để đánh giá cường độ của bazơ. Giá trị K b càng lớn thì cường độ bazơ càng mạnh, và ngược lại. Có những bazơ mà phân tử khi cho vào nước lần lượt nhận 1, 2, 3 proton đó là những đa bazơ. Ví dụ: PO 4 3- là một đa bazơ. PO 4 3- + H 2 O ⇌ HPO 4 2- + OH - GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 7 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ HPO 4 2- + H 2 O ⇌ H 2 PO 4 - + OH - H 2 PO 4 - + H 2 O ⇌ H 3 PO 4 + OH - I.2.3. Tích số ion của H 2 O H 2 O + H 2 O ⇌ OH - + H 3 O + K cb Áp dụng định luật tác dụng khối lượng, ta có: OH OHOH K cb 2 2 3 ][ ]][[ +− = 14 3 10]][[ 2 −−+ == OHOHK OH Để đơn giản, có thể viết : H 2 O ⇌ H + + OH - 14 10]][[ 2 −−+ == OHHK OH Nước nguyên chất: [OH - ] = [H + ] = 10 -7 I.2.4. Quan hệ giữa K a và K b của một cặp axit – bazơ liên hợp (A/B) Ta có: ][ ]][[ B AOH K b − = và ][ ]][[ A BH K a + = → K a .K b = [H + ][OH - ] = OH K 2 = 10 -14 Với pK a = -lgK a ; pK b = -lgK b ; p OH K 2 = -lg OH K 2 Thì pK a + pK b = OH pK 2 = 14 * Từ hệ thức này ta thấy, nếu cường độ của một axit càng mạnh thì bazơ liên hợp với nó càng yếu và ngược lại. I.3. Dung dịch đệm: Khái niệm: là những dung dịch có khả năng chống lại sự thay đổi pH của môi trường khi ta thêm vào dung dịch đó một lượng axit mạnh,bazo mạnh không lớn lắm hoặc là khi pha loãng thì pH của dung dịch thay đổi không đáng kể. Thành phần hệ đệm có thể là: - Một axit yếu và một bazơ yếu liên hợp với nó. - Muối axit của axit yếu. Công thức tính pH gần đúng của dung dịch đệm: Khi baaba CCKHCCOHH /.][,][],[ =→<< +−+ GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 8 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ Đệm năng của một dung dịch đệm là số mol axit mạnh hay bazơ mạnh cần cho vào 1 lít dung dịch đệm đó để pH thay đổi 1 đơn vị. Ký hiệu: β B. PHẦN BÀI TẬP: B.1. HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẢN ỨNG AXIT – BAZƠ Khai thác hệ thống bài tập sách “Hóa học phân tích - câu hỏi và bài tập cân bằng ion trong dung dịch - GS, TS Nguyễn Tinh Dung; ThS Đào Thị Phương Diệp” DẠNG 1: AXIT MẠNH VÀ BAZƠ MẠNH: Bài 1: Tính pH trong các dung dịch sau: a. Pha loãng 10ml dung dịch HNO 3 10 -2 M với H 2 O thành 1l dung dịch. b. Thêm 1ml dung dịch HNO 3 10 -3 M vào 1009 ml H 2 O. c. Thêm 10ml dung dịch HNO 3 10 -2 M vào 40 ml NaOH 2.10 -2 M sau đó pha loãng 100 lần. Giải: HNO 3 → H + + NO 3 - (1) H 2 O ⇌ H + + OH - (2) a. 3 ,HNOo C = 10 -2 M Sau khi pha loãng: MC HNO 4 2 0 10 100 10 3 − − == [H + ] = 0 3 HNO C + [OH - ] 0 3 HNO C >> 10 -7 → Bỏ qua cân bằng (2) [H + ] = 0 3 HNO C = 10 -4 M → pH = 4 b. 3 ,HNOo C = 10 -3 M Sau khi pha loãng: MC HNO 6 3 0 10 1010 10 3 − − ≈= [H + ] = 0 3 HNO C + [OH - ] 0 3 HNO C >> 10 -7 → Bỏ qua cân bằng (2) [H + ] = 0 3 HNO C = 10 -6 M → pH = 6 GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 9 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ c. MC HNO 3 3 22 0 10.2 10).4010( 10.10 3 − − −− = + = MC NaOH 2 3 32 0 10.6,1 10).4010( 10.40.10.2 − − −− = + = HNO 3 + NaOH → NaNO 3 + H 2 O C o 2.10 -3 1,6.10 -2 C _ 1,4.10 -2 2.10 -3 Sau phản ứng : NaOH dư: [OH - ] = C NaOH = 1,4.10 -2 M Sauk hi pha loãng 100 lần: 4 2 10.4,1 100 10.4,1 ][ − − − ==OH → pH = 10,15 Bài 2: Tính pH trong dung dịch khi hòa tan 0,6g NaOH trong 1,5l nước ( bỏ qua sự thay đổi thể tích khi hòa tan). Giải: NaOH → Na + + OH - (1) H 2 O ⇌ H + + OH - (2) MC NaOH 20 10 5,1.40 6,0 − == [OH - ] = 0 NaOH C + [H + ] Vì 0 NaOH C >> 10 -7 → Bỏ qua cân bằng (2) → [OH - ] = 0 NaOH C = 10 -2 M → 1210 10 10 ][ 10 ][ 12 2 1414 =→=== − − − − − + pH OH H Bài 3: Tính số ml dung dịch HNO 3 10 -2 M phải cho vào 20ml dung dịch NaOH 10 -3 M để pH của hỗn hợp thu được bằng 5. Giải: Gọi V (ml) là thể tích HNO 3 cần thêm vào: GVHD:TS. Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 10 [...]... 10-3,5.5 (mol) →mKOH = 10-3,5.5.56 = 0,885 (g) GVHD:TS Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 11 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ GVHD:TS Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 12 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ DẠNG 2: ĐƠN AXIT MẠNH VÀ ĐƠN BAZƠ MẠNH Bài 1: a Tính độ điện li của dung dịch axit HA (dung dịch A) có pH = 3 biết pKa = 5 b Nếu pha loãng dung dịch A gấp 5 lần thì độ... chính trong hệ là NH4+ GVHD:TS Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 21 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ Hay: + [ H + ] = C HClO4 − [ NH 4 ] → 10 −9 = K bNH3 C NH 4 0,1.V 10 −3 + −3 (V + 50).10 K bN H + [OH − ] 3 Do pH = 9, [OH-] = 10-5 M → V = 79,5 (ml) GVHD:TS Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 22 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ DẠNG 5 CÁC CHẤT ĐIỆN LI LƯỠNG TÍNH Bài 1 Hòa.. .Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ 0 C HNO3 = 10 −2.V 10 −3 10 −2 V = M (V + 20).10 −3 V + 20 ; 0 C NaOH = 10 −3.20.10 −3 2.10 −2 = M (V + 20).10 −3 V + 20 Sau phản ứng dung dịch có pH = 5 → axit dư HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O Co C 10 −2 V V + 20 2.10 −2 V V + 20 10 −2 (V − 2) V + 20 → [H+] = C 0 HNO3 _ 2.10 −2 V V + 20 10 −2 (V − 2) = = 10 −5 (V + 20) →V = 2.02 (ml) Bài 4: Tính... C 0,3 0 0 [] 0,3 – x x x = 10-1,68 x = 0,069 GVHD:TS Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 31 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ [H+] = = 1,45.10-13 →pH 12,84 b.Nhận thấy pH1 = = = 4,68 Thành phần của hệ là muối H2P KOH + H3PO4 0,015 KH2PO4 + H2O 0,015 nKOH = 0,015 mol VddKOH = = 0,0083 lít hay 8,30 ml Vì pH2 = 7,21 ta thấy pH2 = pK2 Thành phần của hệ sau trung hòa là một hệ gồm H2Pvà HP... ] [H + ] → Bỏ qua cân bằng (2) + + → [ H ] + K a [ H ] − K a Ca = 0 GVHD:TS Ngô Văn Tứ - SVTH: Hồ Thị Mỹ Linh 15 Xây dựng hệ thống bài tập về phản ứng axit – bazơ Giả sử: [ H + ]