SÁNG KIẾN HÓA Vận dụng lý thuyết cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan

trường phổ thông cũng như việc bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp môn hóa học cho thấy cómột số khó khăn như:1- Tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa về phần dung dịch nói c

S¸ng kiÕn dù thi cÊp tØnh BÁO CÁO SÁNG KIẾN

VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CÂN BẰNG

TRONG DUNG DỊCH CHỨA HỢP CHẤT ÍT TAN

TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI

THI QUỐC GIA VÀ QUỐC TẾ

Tác giả: VŨ VĂN HỢP

Trình độ chuyên môn: THẠC SỸ

Chức vụ: GIÁO VIÊN Nơi công tác: TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ HỒNG PHONG

Nam Định, tháng 5 năm 2014

THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN

1 Tên sáng kiến: Vận dụng lý thuyết cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan trong

bồi dưỡng học sinh giỏi thi quốc gia và quốc tế

2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:Giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi thi Quốc gia, khu vực

và quốc tế

3 Thời gian áp dụng sáng kiến: không có 4 Tác giả: Họ và tên: Vũ Văn Hợp ……

Năm sinh: 1979

Nơi thường trú: 53 Nguyễn Thi, Phường Thống Nhất, Thành phố Nam Định, tỉnh Nam Định

Trình độ chuyên môn: Thạc sỹ

Chức vụ công tác: Giáo viên

Nơi làm việc:Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong, Nam Định

Địa chỉ liên hệ: 370 Đường Vị Xuyên, TP Nam Định, Tỉnh Nam Định

Điện thoại: 03503640297

5 Đồng tác giả (nếu có): Họ và tên:

Năm sinh:

Nơi thường trú:

Trình độ chuyên môn:

Chức vụ công tác:

Nơi làm việc:

Địa chỉ liên hệ:

Điện thoại:

6 Đơn vị áp dụng sáng kiến: Tên đơn vị: TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ HỒNG PHONG

Địa chỉ: 370 VỊ XUYÊN, TP NAM ĐỊNH

Điện thoại: 03503 640 297

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

Trang

IV Tầm quan trọng của cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất

ít tan

6

V Nội dung kiến thức của cân bằng trong dung dịch chứa hợp

chất ít tan trong trường phổ thông chuyên.

7

VI Tình hình thực tế về nội dung kiến thức cân bằng trong dung

dịch chứa chất ít tan trong các tài liệu hiện hành

7

II Cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan 13II.1 Đánh giá khả năng hòa tan của các chất từ tích số tan 13II.2 Đánh giá khả năng kết tủa ion trong dung dịch 15II.3 Kết tủa phân đoạn các ion trong dung dịch 17

Chương 2: VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CÂN BẰNG TRONG DUNG

DỊCH CHỨA HỢP CHẤT ÍT TAN TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THI QUỐC GIA VÀ QUỐC TẾ

19

I Cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan 19I.1 Độ tan và thành phần cân bằng trong dung dịch 19I.2 Kết tủa các ion từ dung dịch 38I.3 Thành phần cân bằng trong dung dịch 51

II Xây dựng hệ thống các bài tập nâng cao 58

Chương 3 HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP TRONG CÁC ĐỀ THI CHỌN

HỌC SINH GIỎI

II Đề thi chọn đội tuyển thi Olympic hóa học Quốc tế 70

III Bài tập chuẩn bị và đề thi Olympic Quốc tế (ICho) 75

MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Cân bằng tạo thành hợp chất ít tan và phản ứng chuẩn độ kết tủa tuy không phải là nộidung chủ đạo, nhưng cũng chiếm một vị trí khá quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hoáhọc, đặc biệt đối với việc luyện thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế Trong thực tế giảng dạy ởcác trường phổ thông lý thuyết về phản ứng tạo thành hợp chất ít tan được trình bày dướinhiều góc độ khác nhau, nhưng chủ yếu trên cơ sở mô tả những hiện tượng bên ngoài, địnhtính, mà chưa đi sâu vào bản chất của phản ứng Xuất phát từ thực trạng dạy và học ở các

trường phổ thông cũng như việc bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp môn hóa học cho thấy cómột số khó khăn như:

1- Tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chuyên hóa về phần dung dịch nói chung

và phần cân bằng trong dung dịch chứa chất ít tan và chuẩn độ kết tủa nói riêng còn nhiều sơsài, khoảng cách rất xa so với nội dung chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia, đặc biệt làOlympic Quốc tế

2- Các tài liệu tham khảo tuy nhiều song nội dung kiến thức còn nằm rải rác ở nhiều tàiliệu khác nhau hoặc có nhiều phần lại quá đơn giản bênh cạnh nhiều phần khó có thể áp dụng

để giảng dạy cho học sinh các lớp chuyên Hóa và bồi dưỡng cho HSG thi Quốc gia

3-Trong các đề thi Olympic Quốc gia từ năm 1994 đến nay và trong một số đề thiOlympic Quốc tế, hóa học phân tích chiếm một vị trí khá quan trọng, trong đó nội dung thithường được ra dưới dạng tổng hợp, kết hợp nhiều vấn đề về cân bằng ion trong dung dịch.Thế nhưng trong các tài liệu giáo khoa chuyên, các bài tập được trình bày dưới dạng từng vấn

đề riêng rẽ, cụ thể và đơn giản

Để rút ngắn khoảng cách giữa nội dung kiến thức được học ở các trường phổ thông vànội dung thi học sinh giỏi các cấp, cần thiết phải trang bị cho cả giáo viên và học sinh nhữngkiến thức nâng cao, nhưng vẫn đảm bảo mức độ hợp lý, phù hợp với trình độ học sinh phổthông Trong những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu việc vận dụng lý thuyếthóa học phân tích [9], về phản ứng oxi hóa-khử [20], phản ứng axit-bazơ [10], [11], lý thuyếtchuẩn độ axit-bazơ [19], lý thuyết chuẩn độ oxi hóa -khử [21], về cân bằng tạo phức [10],v.v… trong giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia

Để có được kết quả cao trong giảng dạy và bồi dưỡng học sinh chuyên Hóa tham dự kỳthi chọn học sinh Giỏi quốc gia và quốc tế, học sinh chuyên Hóa và các giáo viên tham giagiảng dạy không ngừng cập nhật các nội dung kiến thức mới của quốc gia và quốc tế

Trên thực tế để phục vụ cho việc giảng dạy của giáo viên và việc học tập của học sinhđạt hiệu quả cao hơn, đã có không ít các tài liệu bổ trợ Những tài liệu này đã giúp ích chohọc sinh và giáo viên rất nhiều nhằm tiệm cận với các yêu cầu của kiến thức trong các kì thichọn HSG Quốc gia và Quốc tế Rất nhiều trong số đó thể hiện được sự công phu trong tìmtòi, phát hiện, biên soạn và sưu tầm các kiến thức, kinh nghiệm học tập, giảng dạy của cácnhà giáo dục và các nhà khoa học

Dưới góc độ là một giáo viên dạy chuyên Hóa và tham gia bồi dưỡng học sinh dự thiHSG quốc gia và tham gia chọn đội tuyển học sinh dự kì thi quốc tế, cá nhân tôi muốn xâydựng một tài liệu hoàn chỉnh và đầy đủ chuyên về cân bằng chất ít tan và chuẩn độ kết tủa để

phù hợp hơn với việc giảng dạy của bản thân và các đồng nghiệp và giúp học sinh có các tàiliệu phù hợp hơn với mình.

Chính vì thế tôi quyết định lựa chọn đề tài:

“Vận dụng lý thuyết cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan và chuẩn độ kết

tủa trong bồi dưỡng học sinh giỏi thi quốc gia và quốc tế”

với hy vọng làm phong phú hơn nguồn tư liệu phục vụ cho công tác giảng dạy và bồidưỡng học sinh chuyên Hóa và học sinh tham dự kì thi chọn HSG quốc gia và quốc tế Đặcbiệt tài liệu cũng là sự tổng kết của cá nhân tôi với các vấn đề thực tiễn giảng dạy học sinhchuyên Hóa và học sinh thi chọn HSG Quốc gia và quốc tế trong những năm qua

II MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Vận dụng lý thuyết phân tích về cân bằng ion và chuẩn độ thể tích để phân loại, xâydựng tiêu chí các bài tập về cân bằng chất ít tan phục vụ cho bồi dưỡng học sinh lớp chuyênHóa và HSG dự thi Quốc gia

III NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1- Nghiên cứu lí thuyết về cân bằng trong dung dịch chứa chất ít tan và chuẩn độ kếttủa trong hoá học phân tích; tìm hiểu nội dung giảng dạy phương pháp phân tích chuẩn độ ởchương trình hoá học phổ thông ở trường chuyên và nội dung thi HSG quốc gia

2-Thống kê, phân loại các bài tập trong tài liệu giáo khoa chuyên hóa, sách bài tập,trong các tài liệu tham khảo có nội dung liên quan đến cân bằng ion, chuẩn độ thể tích, từ đóphân tích việc vận dụng nội dung lí thuyết cân bằng chất ít tan, chuẩn độ kết tủa trong giảngdạy hoá học ở các trường chuyên và xây dựng tiêu chí, cấu trúc các bài tập về phần này

3- Phân tích nội dung phần cân bằng chất ít tan, trong các đề thi HSG Quốc gia vòng I,vòng II để thấy được mức độ yêu cầu vận dụng cơ sở lí thuyết ngày càng cao của các đề thi,

từ đó đặt ra nhiệm vụ cho các giáo viên phải có khả năng tự bồi dưỡng nâng cao trình độ đểkhông những trang bị được kiến thức cơ bản, nâng cao cần thiết cho các em mà còn phải biếtdạy cách học, dạy bản chất vấn đề để giúp học sinh học có hiệu quả nhất

4-Tổng kết đánh giá các tài liệu về cân bằng chất ít tan, trên cơ sở đó, xây dựng hệthống bài tập phù hợp với giáo viên và học sinh chuyên Hóa

IV.TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA HỢP CHẤT

ÍT TAN

Trong thực tế giảng dạy ở phổ thông định nghĩa về chất tan, dung môi và dung dịch đãđược học sinh tiếp xúc khi học ở cấp THCS, tuy nhiên với các hiện tượng phản ứng như tạokết tủa và các khái niệm như chất ít tan, dung dịch bão hòa, dung dịch chưa bão hòa hay dung

dịch quá bão hòa thì học sinh được giới thiệu một cách hết sức sơ lược, do đó có rất nhiều họcsinh và giáo viên không thể vận dụng đúng khái niệm chất ít tan trong quá trình giảng dạy.Trong chương trình hóa học phổ thông chuyên, học sinh được làm quen với khái niệm về độtan và tích số tan, trên cơ sở đó phần nào tính toán đến khả năng hòa tan của các chất ít tantrong dung môi nước Ở mức độ cao hơn đó là trong các kì thi học sinh giỏi quốc gia, họcsinh được tiếp xúc với các vấn đề như sự hình thành kết tủa, sự hòa tan kết tủa, ảnh hưởngcủa các yếu tố môi trường đến sự hình thành và hòa tan kết tủa v.v Từ những đặc điểm vềnội dung kiến thức của chất ít tan thì các kiến thức này được sử dụng ngày càng nâng cao chohọc sinh chuyên hóa đặc biệt là các học sinh tham gia các kì thi học sinh giỏi quốc gia vàquốc tế Từ các kiến thức về chất ít tan học sinh sẽ giải thích được các hiện tượng về sự hìnhthành kết tủa và sự hòa tan các chất ít tan, lựa chọn được môi trường phù hợp cho sự hànhthành kết tủa và sự hòa tan các chất rắn ít tan trong các trường hợp chung và các trường hợp

cụ thể

V NỘI DUNG KIẾN THỨC CỦA CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA CHẤT

ÍT TAN TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG CHUYÊN

Trong chương trình hoá học phổ thông chuyên, nội dung về cân bằng chất ít tan được

đề cập trong phần tích số tan [2], trong đó nội dung kiến thức được nâng cao hơn trong phầnkết tủa phân đoạn và một số ví dụ về cân bằng tính nồng độ các ion trong dung dịch chứa chất

ít tan Ngoài ra các nội dung kiến thức cũng xuất hiện rải rác trong các phần kiến thức liênquan đến các hợp chất như: sự hòa tan các kết tủa trong phần phức chất, phản ứng trao đổi iongiữa các dung dịch chất điện ly v.v

VI TÌNH HÌNH THỰC TẾ VỀ NỘI DUNG KIẾN THỨC CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA CHẤT ÍT TAN TRONG CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH

Trong các tài liệu hiện hành thì những tài liệu dành cho học sinh giỏi, học sinh chuyêncòn ít, chủ yếu là các tài liệu cho học sinh ôn luyện thi đại học và cao đẳng Theo [22], tác giảcũng đã trình bày, đề cập đến phần cân bằng chất ít tan Cũng có bài tập về tính toán cân bằng, độ tan của các chất ít tan trong dung dịch nhưng còn ở mức độ đơn giản với số lượngcòn ít và chỉ mang tính chất chủ yếu là giới thiệu cho học sinh Các bài tập định tính được đưa

ra dưới các dạng nhận biết các chất và các ion Phần bài tập tính toán cân bằng chủ yếu dừnglại ở xác định tích số tan hoặc độ tan của các muối trong nước Đối với phần chuẩn độ chất íttan, các tài liệu dành cho học sinh giỏi và học sinh chuyên hầu như không có do đó học sinhchuyên phải sử dụng nhiều đến các tài liệu dành cho sinh viên [7], [8], [10] Điều đó hạn chếrất nhiều đến sự tiếp cận của học sinh vì để tiếp cận với các tài liệu của sinh viên, học sinh

cần phải được trang bị một phông kiến thức phổ thông tương đối đầy đủ để có thể sử dụngđược các tài liệu đó.

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

I ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT ÍT TAN

I.1 Dung dịch và chất tan

I.1.1 Dung dịch

Theo định nghĩa: dung dịch là một hệ đồng thể gồm các phân tử, nguyên tử hoặc ioncủa hai hay nhiều chất Tuy nhiên để đơn giản, người ta thường coi dung dịch gồm hai hợpphần: dung môi và chất tan.

Trong đó: dung môi là chất quyết định trạng thái tồn tại của dung dịch (khí, lỏng hayrắn), là môi trường để chất tan phân tán đồng đều vào đó Nếu hai chất phân tán vào nhau đều

là chất lỏng thì chất có khối lượng lớn hơn đóng vai trò là dung môi

Trên thực tế, các dung dịch có nước là một trong các thành phần cấu thành dung dịchthì nước được coi là dung môi và các dung dịch đó được gọi là dung dịch nước

I.1.2 Dung dịch lỏng

Theo định nghĩa: dung dịch lỏng là một hệ thu được khi các chất tan (khí, lỏng, rắn)hòa tan vào các dung môi lỏng

Trong phạm vi của luận văn này, chúng tôi chỉ xét với dung dịch với dung môi là nước

và chất tan là các muối ít tan

I.1.3 Các giai đoạn của quá trình hòa tan

Trên thực tế, các muối thường tồn tại ở các mạng lưới tinh thể ion Khi đó quá trìnhhòa tan các muối trong dung môi nước diễn ra theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Phá vỡ mạng lưới tinh thể của các muối

MmXn(r)  mMn+(k) + nXn-(k) (1.1)Giai đoạn 2: Hiđrat hóa các ion

Mn+(k) + xH2O  [M(H2O)x]n+ (1.2)

Xm-(k) + yH2O  [X(H2O)y]m- (1.3)Quá trình hòa tan được biểu diễn ở dạng tổng quát là:

MmXn(r) + (mx + ny) H2O  m[M(H2O)x]n+ + n[X(H2O)y]m- (1.4)

Theo nhiệt động học, tại nhiệt độ và áp suất nhất định, quá trình hòa tan sẽ tự diễn biếnkhi điều kiện sau được đảm bảo:

ΔGGht = ΔGHht - T.ΔGSht < 0 (1.5)

Trong đó: ΔGGht là biến thiên năng lượng Gipxơ của quá trình hòa tan

ΔGHht là biến thiên entanpi của quá trình hòa tan (hay nhiệt hòa tan)

ΔGSht là biến thiên entropi của quá trình hòa tanNhư vậy cả ba yếu tố entanpi, entropi và nhiệt độ đều ảnh hưởng đến khả năng hòa tancủa một chất trong một dung môi nhất định

I.2 Tích số tan

I.2.1 Tích số tan nhiệt động

Trong trường hợp đơn giản và phổ biến khi hòa tan một chất điện ly ít tan trong nướcthì do tương tác với các phân tử lưỡng cực của nước mà các ion nằm trên bề mặt của mạnglưới tinh thể của các chất điện ly sẽ chuyển vào dung dịch dưới dạng các ion hiđrat hóa Đếnmột lúc nào đó các ion này lại tương tác với nhau cũng như với các ion ngược dấu trên bề mặttinh thể và cuối cùng sẽ xuất hiện cân bằng động giữa pha rắn (tinh thể chất điện ly ít tan) vớicác ion hiđrat của nó trong dung dịch:

Dung dịch chứa các ion nằm cân bằng với pha rắn được gọi là dung dịch bão hòa

Biểu thức định luật tác dụng khối lượng khi áp dụng cho cân bằng (1.6) có dạng:

(Mn+)m.(Xm-)n = KS (1.7)

KS là tích số tan của kết tủa MmXn

I.1.2 Tích số tan nồng độ

Trong dung dịch, hoạt độ của các ion và nồng độ của chúng được liên hệ với nhau qua

hệ số hoạt độ Khi đó tích số tan của các chất điện ly ít tan có thể biểu diễn dưới dạng nồng độcác chất như sau:

Ks = (Mn+)m.(Xm-)n = [Mn+]m [Xm-]n n m

m n

M X

f f  (1.8)Khi đó: [Mn+]m [Xm-]n = Kcs = Ks n m

m n

M X

f f 

 

Trong các dung dịch rất loãng hay tích số tan của các chất ít tan rất nhỏ thì hệ số hoạt

độ của các ion được coi bằng 1 Khi đó ta có biểu thức gần đúng là:

c s

K = [Mn+]m [Xm-]n

Ví dụ Xác định tích số tan nồng độ của AgCl ở lực ion I = 0,0010

Biết: Tích số tan nhiệt động (KS) của AgCl là 10-10,0

Phân tích: Các giá trị tích số tan trong các tài liệu hiện hành được sử dụng là các giá trị tích sốtan hoạt độ (hay nhiệt động), do đó để có kết quả chính xác thì khi tính toán các cân bằngtrong dung dịch ta phải kể đến lực ion của dung dịch Trong khi đó, lực ion của dung dịch do

sự có mặt của các ion trong dung dịch tạo ra, chính vì thế nó sẽ có những ảnh hưởng nhấtđịnh đến kết quả tính toán thực tế và đây là một trong các ví dụ đó

Cân bằng hòa tan: AgCl (r)  Ag+ + Cl- Ks = 10-10,0.

Biểu thức tích số tan: Ks = (Ag+).(Cl-) = 10-10

Biểu thức tích số tan nồng độ: Ks = [Ag+].[Cl-].f fAg Cl = Kcs.f fAg Cl

Nhận xét: trong điều kiện khi lực ion của dung dịch nhỏ thì sự sai khác giữa giá trị tích số tan

và tích số tan nồng độ là không đáng kể vì thế trong các tính toán, có thể coi tích số tan là tích

số tan nồng độ

Ví dụ Tính tích số tan nồng độ của Fe(OH)3 ở lực ion I = 0,10

Fe(OH)3  Fe3+ + 3OH- Ks = 10-37

Biểu thức tích số tan: KS = (Fe3+).(OH-)3

Biểu thức tích số tan nồng độ: KSc = [Fe3+].[OH-]3 = KS 3

c s

Tuy nhiên mục đích của các tính toán trong dung dịch là nhằm dự đoán hiện tượng vàminh họa cho một kết luận lý thuyết nào đó về các hiện tượng xảy ra trong dung dịch, do đó

có thể chấp nhận điều kiện gần đúng là tích số tan nồng độ thay cho tích số tan Chỉ trong cáctrường hợp việc tính toán tỏ ra mâu thuẫn với thực tế thì ta mới tính theo tích số tan

Chính vì thế, trong toàn bộ luận văn này, chúng tôi sử dụng các giá trị tích số tan (KS)

và chấp nhận đó là tích số tan nồng độ

I.1.3 Tích số tan điều kiện

Trong nhiều trường hợp, việc xác định các đại lượng như nồng độ cân bằng của cácion, độ tan của các chất ít tan trong dung dịch thường gặp khó khăn khi có nhiều thành phầntrong dung dịch cùng ảnh hưởng đến cân bằng của quá trình hòa tan chất ít tan Chính vì thế,trong một số trường hợp nhất định, thường là khi có sự cố định của một trong các yếu tốchính của dung dịch như: pH dung dịch, nồng độ phối tử,…Chúng ta có thể thay tích số tannồng độ bằng tích số tan điều kiện Trong trường hợp này, nồng độ các ion được thay bằngtổng nồng độ các dạng tồn tại trong dung dịch

Chúng ta có thể đơn giản cân bằng trong dung dịch chứa chất kết tủa MX

MX↓  M + X KS (1.9)(Để đơn giản, chúng ta không ghi điện tích của các ion)

Ý nghĩa: khi biết pH và nồng độ của chất tạo phức L ta có thể đánh giá KS’ và từ đó tính được

độ tan của kết tủa MX theo ĐLTDKL áp dụng cho cân bằng:

MX  M’ + X’ KS’

I.3 Độ tan

I.3.1 Dung dịch chưa bão hòa, dung dịch bão hòa và dung dịch quá bão hòa

- Dung dịch chưa bão hoà: là dung dịch còn hoà tan thêm được chất tan đó nữa ở điềukiện đã cho

- Dung dịch bão hoà: là dung dịch không thể hoà tan thêm được chất tan đó nữa ở điềukiện đã cho

- Dung dịch quá bão hoà: là dung dịch chứa lượng chất tan nhiều hơn so với lượng chấttan trong dung dịch bão hoà ở điều kiện đó

Chú ý: dung dịch quá bão hòa được điều chế bằng cách chuyển từ dung dịch bão hòa ởnhiệt độ T1 về nhiệt độ T2 (T2 < T1) bằng cách đột ngột, khi đó lượng chất tan trong dung dịchkhông kịp tách ra Mặt khác, nếu chuyển nhiệt độ từ T1 về T2 một cách từ từ thì sẽ có mộtlượng chất tan tách ra và khi đó, dung dịch thu được là dung dịch bão hòa ở nhiệt độ T2

I.3.2 Độ tan

Khi hoà tan chất điện li ít tan MmXn trong nước thì các ion Mn+, Xm-, các phần tử cấutrúc mạng lưới tinh thể chất điện li, sẽ bị hiđrat hoá và chuyển vào dung dịch dưới dạng phứcchất aqua [M(H2O)x]n+ và [X(H2O)y]m-

Khi hoạt độ của các ion và trong dung dịch tăng lên đến một mức độ nào đó thì xảy raquá trình ngược lại, có nghĩa một số ion hiđrat hoá sẽ kết tủa lại trên bề mặt tinh thể Khi tốc

độ quá trình thuận (quá trình hoà tan chất rắn) bằng tốc độ quá trình nghịch (quá trình các ionkết tủa), tức là có cân bằng thiết lập giữa pha rắn và dung dịch bão hoà (quá trình hoà tan chấtđiện li ít tan đạt tới trạng thái cân bằng)

MmXn  + (mx + ny) H2O  m[M(H2O)x]n+ + n[X(H2O)y]m- (1.1) pha rắn dung dịch bão hoà

Khi đó độ tan của PbSO4 là S = [Pb2+] + [Pb(OH)+] + [Pb(OH)2] + Pb(HSO4)2]

= [SO42-] + [HSO4-] + 2[Pb(HSO4)2]

I.4 Mối quan hệ giữa tích số tan và độ tan

Xét quá trình hòa tan của MmXn (r) trong dung môi nước tại nhiệt độ T:

MmXn(r)  MmXn(dd) → mMn+ + nX

S mS nShay: MmXn(r)  mMn+ + nXm-

Vậy tích số tan càng nhỏ độ tan trong nước của các chất ion càng nhỏ

II CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA CHẤT ÍT TAN

II.1 Đánh giá khả năng hòa tan của các chất từ tích số tan.

II.1.1 Nguyên tắc đánh giá độ tan từ tích số tan:

(1)-Mô tả các cân bằng xảy ra trong dung dịch

(2)-Đánh giá mức độ xảy ra của các quá trình phụ

(3)-Thiết lập biểu thức tính nồng độ của các chất điện ly [M], [X] theo độ tan(4)-Thiết lập biểu thức tích số tan, KS

Trong trường hợp tính tích số tan từ độ tan tiến hành theo chiều ngược lại

II.1.2 Độ tan của hợp chất rắn ít tan trong nước

II.1.2.1 Các quá trình xảy ra khi hòa tan chất rắn ít tan trong nước

Xét quá trình hòa tan của chất ít tan MX trong dung môi nước:

Ngoài quá trình hòa tan của MX, còn có thể có các quá trình sau:

- Quá trình tạo phức hiđroxo của M

M + H2O  MOH + H+ *ββ (1.17)

- Proton hóa của X

X + H+  HX Ka-1 (1.18)II.1.2.2 Xác định độ tan của các chất rắn ít tan trong nước

Độ tan (S) của chất kết tủa MX được biểu diễn như sau:

S = [M] + [MOH] = [M]αM-1 = [X] + [HX] = [X]αX-1

=> KS = [M][X] = S2αM.αX

II.1.3 Độ tan trong các dung dịch

II.1.3.1 Các quá trình xảy ra khi hòa tan chất rắn ít tan trong các dung dịch

- Quá trình hòa tan của MX trong nước:

- Quá trình tạo phức của M

M + nL  MLn βn (1.20)

- Quá trình tạo phức của anion X

mX + M’  M’Xm βm’ (1.21)

- Quá trình oxi hóa-khử của M và X

II.1.3.2 Xác định độ tan của các chất trong dung dịch

Độ tan (S) của chất rắn ít tan trong dung dịch được biểu diễn như sau:

S = [M] + [MOH] + [MLn] = [M]αM-1

hoặc S = [X] + [HX] + m[M’Xm] = [X]αX-1

Khi đó biểu thức xác định tích số tan:KS = [M][X] = S2αM.αX

Trong một số trường hợp, chúng ta có thể đơn giản trong tính toán khi thỏa mãn cácđặc điểm sau:

Trường hợp 1: Khi biết pH của dung dịch và nồng độ của phối tử tạo phức, chúng ta có thểthay tích số tan nồng độ hoặc nhiệt động bằng tích số tan điều kiện Ở đây chúng ta thườnggặp các điều kiện như:

- pH của dung dịch và nồng độ cân bằng của phối tử được xác định bằng thực nghiệm

- Nồng độ ban đầu của phối tử trong dung dịch rất lớn và lượng phối tử tham gia quátrình tạo phức là không đáng kể, do đó pH của dung dịch và nồng độ các phối tử thay đổikhông đáng kể.

Trường hợp 2: Biết một trong hai giá trị: pH của dung dịch bão hòa hoặc nồng độ cân bằngcủa phối tử, chúng ta có thể xác định được mối quan hệ giữa các dạng nồng độ cân bằng trongdung dịch dựa vào pH hoặc nồng độ của các phối tử Trên cơ sở đó dựa vào định luật bảo toànnồng độ (độ tan, S) và tích số tan, chúng ta xác định độ tan của chất rắn ít tan

Trường hợp 3: Chưa biết pH dung dịch và nồng độ cân bằng của các chất trong dung dịch.Trong trường hợp này, chúng ta tiến hành mô tả các cân bằng và đánh giá các cân bằng trongdung dịch, tổ hợp để xác định cân bằng chính sau đó xác định lại nồng độ cân bằng của cácthành phần khác trong dung dịch để cuối cùng xác định độ tan của các chất

Ý nghĩa: dựa vào độ tan của các chất trong các dung dịch, chúng ta có thể lựa chọn

các dung dịch phù hợp cho quá trình hòa tan các chất rắn ít tan trong nước

II.2 Đánh giá khả năng kết tủa ion trong dung dịch

II.2.1 Điều kiện kết tủa, kết tủa hoàn toàn

II.2.1.1 Điều kiện xuất hiện kết tủa

Trong dung dịch, khi có mặt đồng thời ion Mn+ và ion Xm-, để bắt đầu xuất hiện kết tủa

MmXn thì tích nồng độ cân bằng các ion trong dung dịch bằng tích số tan

=> [Mn+]m.[Xm+]n = KS (1.22)

Do đó dựa vào biểu thức (1.1) chúng ta có thể xác định được:

- Điều kiện để không xuất hiện kết tủa là: [Mn+]m.[Xm+]n < KS

- Điều kiện để xuất hiện kết tủa là: [Mn+]m.[Xm+]n > KS

II.2.1.2 Điều kiện kết tủa hoàn toàn

Để kết tủa hoàn toàn ion trong dung dịch, thì tổng nồng độ các dạng hòa tan chứa ion

đó trong dung dịch ≤ 10-6M

Ví dụ: để kết tủa hoàn toàn ion M trong dung dịch, ta có:

[M] + [MOH] + [MLn] = ≤ 10-6M

II.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc làm kết tủa hoàn toàn

II.2.2.1 Ảnh hưởng của lượng dư thuốc thử

Yếu tố quan trọng nhất quyết định đến việc làm kết tủa hoàn toàn là lượng dư thuốcthử Lượng dư thuốc thử có thể gây ra các hiệu ứng sau:

- Hiệu ứng làm giảm độ tan có mặt ion cùng loại với ion của kết tủa.

Xét cân bằng: MmXn(r)  mMn+ + nXm- (1.23)

Từ cân bằng (1.23) ta thấy khi tăng nồng độ của Xm- (hoặc Mn+) thì cân bằng chuyểndịch sang trái và độ tan của kết tủa MmXn giảm Như vậy, việc làm kết tủa Xm- hoặc (Mn+) sẽhoàn toàn hơn Chẳng hạn, khi thêm dư ion SO2 

4 vào dung dịch Ba2+ việc làm kết tủa Ba2+

dưới dạng BaSO4 sẽ hoàn toàn hơn

- Hiệu ứng lực ion có khuynh hướng làm tăng độ tan Khi thêm dư thuốc thử thì lực

ion tăng, trong đa số trường hợp làm giảm hệ số hoạt độ ion

S sẽ tăng khi hệ số hoạt độ giảm và độ tan cũng tăng

- Hiệu ứng pha loãng Khi thêm dư thuốc thử thì đồng thời thể tích dung dịch tăng và

do đó lượng ion nằm cân bằng với tướng rắn trong dung dịch bão hòa cũng tăng lên

- Trong nhiều trường hợp thuốc thử dư phản ứng hóa học với kết tủa, do sự tạo phức

của ion kim loại với thuốc thử dư, do sự tạo thành các hiđroxit lưỡng tính của các ion kim loạitan được trong thuốc thử dư, v.v…

II.2.2.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng kết tủa

pH ảnh hưởng đến khả năng kết tủa hoàn toàn của các ion trong dung dịch thể hiệnnhư sau:

- pH ảnh hưởng đến quá trình tạo phức hiđroxo của các cation kim loại

- pH làm thay đổi quá trình proton hóa của anion trong kết tủa nếu là bazơ yếu

- pH ảnh hưởng đến quá trình tạo phức giữa ion kim loại với phối tử tạo phức phụ L do

đó ảnh hưởng đến sự kết tủa hoàn toàn

II.2.2.3 Ảnh hưởng của chất tạo phức

Các chất tạo phức có mặt trong dung dịch có thể làm hạn chế hoặc ngăn cản quá trìnhkết tủa do sự tạo phức với ion kim loại Tính chất này được dùng để che các ion cản trở

II.3 Kết tủa phân đoạn các ion trong dung dịch

II.3.1 Đặc điểm của quá trình kết tủa phân đoạn các ion trong dung dịch

Trong dung dịch, khi tồn tại nhiều ion, việc tách loại các ion ra khỏi nhau thường thựchiện bằng cách chuyển chúng thành các chất kết tủa Trong nhiều trường hợp lý tưởng nhất,thuốc thử dùng để tách một ion nào đó thường không có phản ứng với các ion còn lại trongdung dịch Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, thuốc thử sử dụng để tách các ion có thể cũng

kết tủa với các ion khác trong dung dịch Chính vì thế chúng ta phải tính toán sao cho sự kếttủa chỉ xảy ra với một ion trong một điều kiện nhất định.

II.3.2 Kết tủa phân đoạn dựa vào khống chế nồng độ các ion

Trong trường hợp cùng một thuốc thử có thể tạo được kết tủa với hai ion cùng có mặtthì việc tách hoàn toàn một ion nào đó phụ thuộc vào quan hệ nồng độ của hai ion có mặt vàquan hệ giữa tích số tan hai kết tủa tạo thành giữa các ion này với thuốc thử

Chẳng hạn, khi thêm thuốc thử A vào dung dịch chứa các ion M và N(1), có khả năngtạo kết tủa với A:

s

C

K 2

(1.29)Tùy theo quan hệ giữa (CA)1 và (CA)2 mà thứ tự xuất hiện các kết tủa sẽ khác nhau.Chẳng hạn, nếu (CA)1 << (CA)2 thì khi thêm rất chậm thuốc thử A vào dung dịch hỗn hợp M

và N thì mới đầu phải có kết tủa MmAp xuất hiện vì lượng thuốc thử tối thiểu cần để có kết tủa

MmAp ít hơn lượng cần đểcó kết tủa NnAq xuất hiện Trong quá trình xảy ra sự kết tủa MmAp

lượng thuốc thử tăng dần nên đến một thời điểm nào đó cả hai hệ thức (3) và (4) đều thỏamãn và ta có đồng thời cả 2 kết tủa cùng xuất hiện

qm

K

K N

M

2

1

][

][

 (1.31)Nếu cho [N] = CN thì từ (1.31) ta dễ dàng tính được nồng độ của [M] lúc kết tủa NnAq

bắt đầu xuất hiện

Ví dụ: Đánh giá khả năng tách hoàn toàn ion Ag+ ra khỏi ion Pb2+ bằng thuốc thử HCl

)2 nên kết tủa AgCl xuất hiện trước

Khi kết tủa PbCl2 bắt đầu xuất hiện ta có cân bằng:

2AgCl↓ + Pb2+  2Ag+ + PbCl2↓ K =

s2

2 s1

K K

15,2 - 4,8 - -20,0 s2

2 s1 2

2

10 10

10 K

K ] [Pb

] [Ag

I CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA HỢP CHẤT ÍT TAN

I.1 Độ tan và thành phần cân bằng trong dung dịch

I.1.1 Đặc điểm

Dạng bài tập xác định độ tan (S) và thành phần cân bằng (TPCB) trong nước và cácdung dịch là một trong dạng bài không thể thiếu trong giảng dạy về cân bằng trong dung dịchchứa chất ít tan Dạng bài tập này thể hiện mối quan hệ giữa độ tan (S) với:

- Tích số tan (KS)

- Thành phần cân bằng (TPCB) trong dung dịch bão hòa

- Các quá trình xảy ra trong dung dịch

- Nồng độ các chất trong dung dịch

- Môi trường của dung dịch,

Dựa vào lý thuyết về cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan, chúng ta có thểxây dựng các vấn đề liên quan đến độ tan (S) của các chất trong nước và trong các dung dịch

từ đơn giản đến phức tạp như:

(1)-Độ tan của các chất trong nước khi không tính đến các quá trình phụ

(2)-Độ tan của các chất trong nước khi tính đến các quá trình phụ như: quá trình protonhóa của các anion, quá trình tạo phức hiđroxo của cation

(3)-Độ tan của các chất trong các dung dịch

(4)-Đánh giá khả năng hòa tan của hợp chất ít tan trong các dung dịch

I.1.2 Những chú ý trong quá trình nghiên cứu và xây dựng các bài tập.

(1)- Mô tả các quá trình:

Trong dung dịch, thông thường xảy ra nhiều cân bằng khác nhau có thể cùng loại hoặckhác loại nhau Do đó học sinh phải mô tả các cân bằng xảy ra trong hệ, trong đó chú ý đến:

+ Những cân bằng được xác định dựa vào hằng số cân bằng đã cho

+ Cân bằng kết hợp giữa các chất (dựa vào tổng hợp các cân bằng thành phần).(2)- Đánh giá mức độ xảy ra phản ứng dựa vào:

+ Hằng số cân bằng: khi hằng số cân bằng quá lớn, chúng ta có thể coi nhưphản ứng xảy ra hoàn toàn Khi đó chúng ta xác định TPGH của phản ứng

+ So sánh các cân bằng: sự so sánh có thể sử dụng đến yếu tố bán định lượng(Kcb) hoặc định lượng (Kcb và nồng độ ban đầu), trên cơ sở đó xác định cân bằng chính

(3)- Thiết lập biểu thức tính [Mn+] và [Xn-] theo độ tan S

(4)- Thiết lập biểu thức tích số tan với [Mn+] và [Xn-], từ đó tính được độ tan S

Chú ý: Xử lý các số liệu:

Tùy vào đặc điểm và số lượng các cân bằng trong hệ mà việc xử lý các số liệu có thểđơn giản hoặc phức tạp, cụ thể:

+ Nếu xác định được cân bằng chính, có thể xác định thành phần cân bằng trong dungdịch dựa vào cân bằng chính và ĐLTDKL

+ Nếu có nhiều cân bằng trong dung dịch và các cân bằng đó tương đương hoặc gầntương đương nhau và có ảnh hưởng qua lại nhau, chúng ta sử dụng đến các định luật bảo toànnhư: định luật bảo toàn nồng độ, điện tích, ĐKP

Việc thiết lập các biểu thức tính dựa vào các định luật này trong một số trường hợpphải giải phương trình bậc cao hoặc không thể giải bằng các máy tính cầm tay thông thường,chúng ta phải sử dụng đển phương pháp lặp để giải quyết

Tuy nhiên, với học sinh phổ thông chuyên và ngay cả học sinh thi học sinh giỏi Quốcgia, việc sử dụng phương pháp lặp nhìn chung là không khả thi, do đó khi xây dựng nhữngdạng bài này, giáo viên cần tránh hoặc thay bằng cách khác như biết trước một trong các giátrị nồng độ cân bằng của một cấu tử nào đó

I.1.3 Xác định độ tan của các hợp chất ít tan trong nước

Ví dụ 1 Xác định độ tan của BaSO4 trong nước

Cho biết tích số tan của BaSO4 bằng 10-9,96

Phân tích: Đây là một ví dụ đơn giản vì các ion Ba2+, SO42- có mức độ thủy phân rất nhỏ do đóchúng ta có thể bỏ qua sự thủy phân của các ion trong dung dịch Khi đó học sinh dựa vào cânbằng hòa tan của BaSO4:

BaSO4  Ba2+ + SO42- (1) K S,BaSO4 = 10-9,96

C S S

Vì bỏ qua các quá trình phụ => [Ba2+] = CBa 2  = S và [SO42-] = CSO 2  = S

=> K S,BaSO4 =10-9,96 = [Ba2+].[SO42-] = S2 => S = 10-4,98M

Nhận xét: Trên thực tế, hằng số tạo phức của Ba2+ và hằng số bazơ của SO42- rất nhỏ nên GV

có thể lựa chọn một trong hai cách sau:

Cách 1: với học sinh các lớp chuyên hóa, chúng ta có thể không đưa ra các giá trị vềhằng số tạo phức hiđroxo của Ba2+ và hằng số bazơ của SO42-

Cách 2: với học sinh thi học sinh giỏi Quốc gia, chúng ta có thể đưa ra các giá trị vềhằng số tạo phức hiđroxo của Ba2+ và hằng số bazơ của SO42- Sau đó học sinh dựa vào cácquá trình trong dung dịch để loại bỏ ảnh hưởng của các quá trình đó

Chính vì thế, tùy thuộc vào đối tượng học sinh mà người GV có thể lựa chọn các đạilượng khác nhau để đưa vào dữ kiện của một bài tập.

H1 Xác định độ tan của AgCl, AgBr, AgI, AgSCN, CaSO4, AgIO3 trong nước

Cho biết: pKS của AgCl là 10; AgBr là 12,3; AgI là 16,0;

AgSCN là 11,96; CaSO4 là 4,62; CaSO4 là 4,62

H2 Xác định độ tan của Ca(OH)2 trong nước

Cho biết: pKS của Ca(OH)2 là 5,43;

Ví dụ 2 [12] Biết độ tan của CaCO3 trong nước tại 250C là 1,3.10-4M

Hãy xác định tích số tan của CaCO3 và pH của dung dịch CaCO3 bão hòa?

Nhận xét: Sử dụng ví dụ này học sinh sẽ củng cố được mối quan hệ giữa độ tan với tích số tan

và nồng độ cân bằng của các ion trong dung dịch Trên cơ sở đó học sinh có thể tiến hành giảiquyết các bài tập theo dạng ngược lại là xác định độ tan dựa vào tích số tan

H3 Biết độ tan của Ag2CO3 trong nước tại 250C là 1,834.10-4M

Xác định tích số tan của Ag2CO3

Cho biết: H2CO3 có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33; pKw = 14;

(Chú ý: trong ví dụ này khi hằng số tạo phức hiđroxo của Ag+ quá nhỏ *ββ = 10-11,7 nêntrong trường hợp với học sinh lớp chuyên, giáo viên không cần đưa giá trị này vào)

H4 Biết độ tan trong nước của Ca3(PO4)3 trong nước tại 250C là 1,027.10-5M

Xác định nồng độ cân bằng của các ion trong dung dịch và tích số tan của Ca3(PO4)3 Cho biết: H3PO4 có pKa1 = 2,15; pKa2 = 7,21; pKw = 12,32; pKw = 14;

(Chú ý: trong ví dụ này khi hằng số tạo phức hiđroxo của Ca2+ quá nhỏ *ββ = 10-12,6 nêntrong trường hợp với học sinh lớp chuyên, giáo viên không cần đưa giá trị này vào)

H5 Độ tan của MgNH4PO4 trong nước tại 250C là 7,09.10-4M

Xác định pH của dung dịch và tích số tan của MgNH4PO4

Cho biết: NH4+ có pKa = 9,24; H3PO4 có pKa1 = 2,15; pKa2 = 7,21; pKw = 12,32; pKw = 14;

Mg2+ + H2O  Mg(OH)+ + H+*ββ = 10-12,8

H6 Thiết lập mối quan hệ giữa độ (S) với nồng độ cân bằng của các ion trong dung dịch bão

hòa PbI2 trong dung dịch CH3COOH

Biết rằng trong dung dịch có các cân bằng sau:

PbI2↓  Pb2+ + 2I- KS = 10

-Pb2+ + H2O  PbOH+ + H+ *ββ

CH3COOH  CH3COO- + H+ Ka

Pb2+ + CH3COO-  PbCH3COO+ β

Ví dụ 3 Xác định độ tan Fe(OH)2 trong nước

Cho biết: Fe(OH)2 có KS = 10-15,1; Kw = 10-14

Fe2+ + H2O  FeOH+ + H+ *ββ = 10-5,92

Phân tích: Khi xác định độ tan của Fe(OH)2, chúng ta không thể bỏ qua các dạng tồn tại khác

và các quá trình khác trong dung dịch Cụ thể, dựa vào các quá trình xảy ra khi hòa tanFe(OH)2 trong nước:

Độ tan của Fe(OH)2 là S = [Fe2+] + [Fe(OH)+]

Để xác định được độ tan của Fe(OH)2, học sinh có thể tiến hành theo các cách sau:

Cách 1: Tính trực tiếp dựa vào biểu thức tích số tan và định luật bảo toàn nồng độ và ĐKP

[H+] = [OH-] – 2S + [Fe(OH)+] = [OH-] – 2[Fe2+] - [Fe(OH)+] (3.1) => Kw

[OH ] =

2 S



 = 3,09.10-4M

Cách 2: Dựa vào sự so sánh các quá trình và thành phần các ion trong dung dịch Cụ thể sosánh giữa sự hòa tan của Fe(OH)2 tạo ra Fe2+ và OH- với sự hòa tan của Fe(OH)2 tạo raFe(OH)+ và OH-, ta có:

] [OH ]

K]

=> Giá trị của S tính theo (4) là hợp lý, khi đó ta có: S = 10-3,51M = 3,09.10-4M

Nhận xét: Khi xác định độ tan của Fe(OH)2 theo cách 1 và cách 2 thì các giá trị thu được làtương đương nhau Tuy nhiên, khi tính toán theo cách 1 việc tính toán của học sinh sẽ đơngiản hơn và mang tính chất chung, qua đó sẽ giúp học sinh định hình được quá trình diễn rachủ yếu trong dung dịch Từ kết quả này, chúng ta có thể áp dụng để xác định độ tan của cáchiđroxit dạng M(OH)2 ít tan khác

H7 Xác định độ tan của Mg(OH)2 trong nước

Cho biết: Mg(OH)2 có pKS = 10,9; pKw = 14;

Mg2+ + H2O  Mg(OH)+ + H+ *ββ = 10-12,8

H8 Xác định độ tan của Ni(OH)2 trong nước

Cho biết: Ni(OH)2 có pKS = 14,2; pKw = 14;

Ni2+ + H2O  Ni(OH)+ + H+ *ββ = 10-8,94

Ví dụ 4[12] Xác định pH của dung dịch bão hòa Fe(OH)3

Biết tích số tan của Fe(OH)3 là KS = 10-37,0; pKw = 14

Fe3+ + H2O  Fe(OH)2+ + H+ *ββ1 = 10-2,17

Phân tích: Fe(OH)3 là một hiđroxit ít tan trong nước, nghĩa là nồng độ các ion trong nướctương đối nhỏ Tuy nhiên, ion Fe3+ thủy phân mạnh trong nước dẫn đến dạng tồn tại trongdung dịch của Fe(III) không chỉ đơn thuần là ion Fe3+ mà còn có các dạng khác như Fe(OH)2+.Điều này sẽ dẫn đến những kết quả tính khác nhau trong trường hợp GV khi ra đề bỏ qua cácyếu tố tạo phức hiđroxo của ion Fe3+ có có khi dẫn đến sự sai lệch hoàn toàn về mặt hóa học

Do đó, với quá trình hòa tan của các hiđroxit sẽ giúp học sinh củng cố các kiến thức về độ tancủa hiđroxit nói riêng và các chất ít tan nói chung.

Khi đó ta có thể tiến hành so sánh như sau:

Trường hợp 1: Nếu bỏ qua quá trình tạo phức hiđroxo của Fe3+ ta có:

Fe(OH)3  Fe3+ + 3OH

S Khi đó: KS = 10-37,0 = [Fe3+][OH-]3 = S(3S)3 = 27S4

=> S = 10-9,6 => [OH-] = 3S = 10-9,13M

Giá trị pOH = 9,13 => pH = 4,87 < 7

=> vô lí vì dung dịch bão hòa Fe(OH)3 không thể ứng với môi trường axit

Trường hợp 2: Khi tính đến quá trình tạo phức hiđroxo của Fe3+ ta có:

[OH ] - K2.[Fe3+][OH-]

và KS = [Fe3+][OH-]3 => [Fe3+] = S 3

K[OH ]

Để xác định được [OH-] chúng ta phải sử dụng phương trình bậc cao, điều này sẽ trởnên vô cùng phức tạp Tuy nhiên, khi dựa vào đặc điểm của KS rất nhỏ, chúng ta chấp nhậnrằng dung dịch bão hòa của Fe(OH)3 có pH = 7 thì quá trình xử lý sẽ đơn giản đi rất nhiều

Chú ý rằng: việc chấp nhận đó chỉ đúng khi chúng ta kiểm tra lại nếu thấy lượng OH

-sinh ra từ quá trình hòa tan là rất nhỏ so với 10-7

Nhận xét: Đây là một ví dụ tương khó với học sinh lớp chuyên nhưng vừa sức với học sinh thiHSG Quốc gia Trong trường hợp này, việc kiểm tra để kết luận các giả thiết đặt ra là mộttrong những yêu cầu bắt buộc đối với học sinh

H9 Xác định độ tan của Al(OH)3 trong nước

Cho biết: Al(OH)3 (pKS = 32,4); pKw = 14

Al3+ + H2O  Al(OH)2+ + H+ *ββ1 = 10-4,3

Al(OH)3  AlO2- + H2O + H+ Ka = 10-13,32

Ví dụ 5: Xác định độ tan của dung dịch Ag2S bão hòa trong nước

Cho biết: pKS của Ag2S = 49,2; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKW = 14.

Khi đó, độ tan (S) của Ag2S được liên hệ với các ion cân bằng trong dung dịch như sau:

2S = [Ag+] + [AgOH] = [Ag+] (1 + *ββ.[H+]-1)

h  K h  K K (5.2)

Do tích số tan (KS) rất nhỏ, nên có thể chấp nhận rằng quá trình hòa tan của Ag2Skhông làm thay đổi pH của nước

=> pH dung dịch Ag2S bão hòa = 7 => [H+] = h = 10-7

Từ biểu thức tích số tan (KS) của Ag2S là:

KS = [Ag+]2[S2-] = 10-49,2 (5.3)Thay (5.1) và (5.2) vào (5.3) ta có:

Thay giá trị của h = 10-7 vào (5.4), ta có: S = 2,95.10-15M

Khi xác định được giá trị độ tan, chúng ta hướng dẫn học sinh kiểm tra lại giả thiết về

sự thay đổi pH của dung dịch khi tính đến sự hòa tan của Ag2S

Khi đó: S2- + H2O  HS- + OH- (1) Kb1 = 10-1,1

Khi đó: Kb1.S = 2,34.10-16 << Kw = 10-14

=> sự hòa tan ảnh hưởng không đáng kể đến pH của dung dịch

Nhận xét: Đây là một ví dụ tương đối khó với học sinh vì các quá trình xảy ra nhiều Tuynhiên, do tích số tan của Ag2S quá nhỏ dẫn đến sự thay đổi pH của dung dịch là không đáng

kể sẽ làm cho quá trình tính toán trở nên đơn giản hơn Từ kết quả của ví dụ này, chúng ta cóthể xây dựng các dạng bài tập tương tự với các hợp chất ít tan của tích số tan (KS) rất nhỏnhư: HgS, CuS, nhằm củng cố và phát triển kĩ năng cho học sinh

H10 Xác định độ tan của HgS trong nước.

Cho biết: HgS có pKS = 51,8; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKW = 14

HCO

3 + H+  H2O + CO2(4) K 1

a1

 = 106,35

Khi đó độ tan của CaCO3 được biểu diễn thông qua các nồng độ cân bằng sau:

S = [Ca2+] = CCO

 2

3 = [CO2 

3 ] + [HCO 

3 ] + [CO2] = [CO2 

K K  K h  h = 10-8,35

Dựa vào giá trị Ka1, Ka2, h đã biết => S = 1,01.10-4M

Nhận xét: dựa vào giá trị pH đã cho, học sinh dễ dàng xác định được độ tan của CaCO3 nóiriêng và các hợp chất ít tan trong nước nói chung Điều này sẽ giúp học sinh lĩnh hội được các

kiến thức về cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan và xác định được thành phần cânbằng trong các dung dịch đó.

H11 Xác định độ tan của Ca3(PO4)2 trong nước

Biết rằng trong dung dịch bão hòa Ca3(PO4)2, [HPO42-] = 2,04.10-5M

Cho biết: Ca3(PO4)2 có pKS = 28,95; H3PO4 có pKa1 = 2,15; pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,32

H12 Xác định độ tan của BaSO3 trong nước

Biết rằng dung dịch BaSO3 bão hòa có pH = 9,04

Cho biết: BaSO3 có pKS = 10-6,5; H2O + SO2 có pKa1 = 1,76; pKa2 = 7,21

H13 Xác định độ tan của FeS trong nước.

Biết rằng trong dung dịch bão hòa FeS, [Fe2+] = 7,36.10-8M

Cho biết: Tích số tan của FeS là KS = 10-17,2; pKw = 14; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90;

Fe2+ + H2O  Fe(OH)+ + H+ *ββ = 10-5,92

H14: Dung dịch PbCO3 bão hòa có pH = 7,94 Xác định độ tan của PbCO3

Biết tích số tan của PbCO3 là KS = 1,6.10-13; H2CO3 có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33

Pb2+ + H2O  Pb(OH)+ + H+ *ββ = 10-6,48

Ví dụ 7 Tính độ tan của BaCO3 trong dung dịch bão hòa BaCO3

Cho biết: Tích số tan của BaCO3 là KS = 5,0.10-9;

CO2 + H2O có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33; Kw = 10-14

Phân tích: Giá trị tích số tan (KS) của BaCO3 là tương đối lớn và do đó độ tan (S) của BaCO3

cùng sẽ lớn Bên cạnh đó, CO32- là một bazơ sẽ dẫn đến qua trình proton hóa tạo thành HCO3

-và CO2 Điều này dẫn đến độ tan (S) sẽ chịu sự chi phối chủ yếu của các quá trình:

HCO

3 + H+  H2O + CO2(3) K 1

a1

 = 106,35

H2O  H+ + OH- (4) Kw = 1,0.10-14

Quá trình proton hóa của CO32- là đáng kể nên không thể bỏ qua

Khi đó độ tan của BaCO3 được biểu diễn như sau:

S = [Ba2+] = [CO32-] + [HCO3-] + [CO2] (7.1)

= [CO32-] ( 1 + Ka2-1.[H+] + Ka1-1Ka2-1[H+]2)

Đến đây việc xác định nồng độ cân bằng của CO32- và pH của dung dịch lại trở thànhvấn đề khó khăn đối với học sinh Khi đó học sinh có thể lựa chọn một trong các cách sau:

Cách 1: Trong dung dịch bão hòa BaCO3, dung dịch có môi trường bazơ yếu vì chấp nhậngần đúng dạng tồn tại chủ yếu của cacbonat trong dung dịch là HCO3-, khi đó tổ hợp cân bằng(1), (2), (4) ta có:

3 ] [H+] và [CO2] = K 1

1



K 1 2

K

2 3

1 2 1

2 3

1 2

3 = [CO32 ] + [HCO3 ] + [CO2] = [CO32 ] (1 + K21

K K K h  h (7.5)Đến đây chúng ta phải sử dụng phương pháp tính lặp để có thể đánh giá gần đúng nồng

độ của CO32- Khi đó lựa chọn giá trị gần đúng ban đầu với chấp nhận rằng không có sự thủyphân => [CO2 

3 ]1 = S = 7,1.10-5MTính gần đúng nồng độ ion [H+] ví dụ, theo cân bằng:

=> x = [OH-]1 = 1,23.10-4 M => h1 = 8,1.10-11 M (7.7)

Sử dụng các giá trị [CO2 

3 ]1 7,0.10-5 và h1 1.10-10 vào biểu thức (7.3) ta tính được

h2 Thay các giá trị h2 tính được vào (7.4) cho phép tính [CO2 

3 ]2 chính xác hơn và việc tínhlặp được tiếp tục cho đến khi thu được kết quả hội tụ với sai số cho phép Độ tan được tínhtheo (7.1) Với hai lần lặp, độ tan tính được là S = 1,29.10-4M

Nhận xét: Khi tích số tan (KS) là tương đối lớn và sự proton hóa của các ion là đáng kể, việctính toán được kết quả chính xác phải sử dụng đến những phương pháp tính phức tạp, dàidòng Điều này ảnh hưởng rất nhiều đến học sinh và giáo viên tham gia giảng dạy Ngược lại,nếu đơn giản hóa trong tính toán thì kết quả thu được sẽ không chính xác

Tuy nhiên, với mục đích là củng cố kiến thức về cân bằng trong dung dịch chứa hợpchất ít tan theo tích số tan thì trong các trường hợp sự thủy phân của các ion tương đối lớnchúng ta nên bổ sung thêm một số thông tin, nhằm đơn giản hóa việc tính toán của học sinh

Cụ thể:

- Sử dụng các ví dụ về các hợp chất ít tan có tích số tan rất nhỏ để quá trình hòa tankhông ảnh hưởng đến môi trường dung dịch, do đó coi như dung dịch thu được có pH = 7

- Thêm thông tin về một dạng cân bằng của một ion nào đó trong dung dịch

- Thêm thông tin về pH của dung dịch bão hòa

Việc chuyển những dạng bài phức tạp và khó thành các dạng bài đơn giản mà khônglàm mất đi màu sắc hóa học của vấn đề là việc làm cần thiết Trong trường hợp này, nếu làmtheo dạng bài ngược lại thì vấn đề sẽ rất khó đối với học sinh nhưng nó đã được đơn giản hơnrất nhiều khi biết pH của dung dịch bão hòa Do đó, chúng tôi tiến hành xây dựng nhiều bàitập dựa trên kết quả của các ví dụ dành cho sinh viên để sao cho phù hợp với học sinh chuyên

và học sinh thi quốc gia

I.2.4 Độ tan của các chất trong dung dịch

Ví dụ 8 Thiết lập biểu thức xác định độ tan của Al(OH)3 theo pH

Cho biết: Tích số tan của Al(OH)3 là KS = 10-32,4; pKw = 14;

Al3+ + H2O  Al(OH)2+ + H+ *ββ1 = 10-4,3

Al3+ + 4H2O  Al(OH)4- + 4H+ *ββ2 = 10-24,25

Phân tích: Al(OH)3 là một chất có tính lưỡng tính Khi hòa tan trong nước, ngoài dạng tồn tại

là Al3+ thì Al3+ có thể tồn tại ở các dạng Al(OH)2+ hay AlO2- tùy thuộc vào pH của dung dịch.Nói cách khác, độ tan (S) của Al(OH)3 phụ thuộc rất nhiều vào pH của dung dịch Nếu dungdịch có môi trường bazơ Al3+ sẽ tồn tại chủ yếu ở dạng AlO2- , còn trong môi trường axit Al3+

có thể tồn tại ở dạng Al3+ và Al(OH)2+

Để thiết lập được mối quan hệ giữa độ tan với pH của dung dịch, chúng ta sẽ xác địnhcác quá trình có thể xảy ra trong quá trình hòa tan của Al(OH)3.

Khi đó, độ tan của Al(OH)3 trong dung dịch được biểu diễn như sau:

S = [Al3+] + [Al(OH)2+] + [AlO2-] = S 4 5

H15 Thiết lập biểu thức xác định độ tan của Zn(OH)2 theo pH

Cho biết: Zn(OH)2 có pKS = 17,1; pKw = 14;

Zn(OH)2  ZnO22- + 2H+ Ka = 10-30

Zn2+ + H2O  Zn(OH)+ + H+ *ββ = 10-8,96

H16 Thiết lập biểu thức xác định độ tan của Ca3(PO4)2 theo pH

Cho biết: Tích số tan của Ca3(PO4)2 là KS = 10-28,92; pKw = 14

Ví dụ 9 Xác định độ tan của Ba3(PO4)2 trong nước tại pH = 4,0

Cho biết: Tích số tan của Ba3(PO4)2 là KS = 10-22,5; pKw = 14

Ba3(PO4)2  3Ba2+ + 2PO43- (1) KS = 10-22,5

C 3S 2S

Khi đó độ tan (S) của Ba3(PO4)2 được biểu diễn như sau:

Theo Ba2+, ta có: [Ba2+] = 3S

Theo PO43-, ta có: [PO43-] + [HPO42-] + [H2PO4-] + [H3PO4] = 2S

Dựa vào tích số tan ta có: KS = [Ba2+]3[PO43-]2 = 10-22,5

Trong đó:

[PO43-] = 3 2 a1 a 2 a3

a1 a1 a 2 a1 a 2 a3

K K K2S

[HPO42-] = 3 2 a1 a 2

a1 a1 a 2 a1 a 2 a3

K K h2S

[H2PO4-] =

2 a1

a1 a1 a 2 a1 a 2 a3

K h2S

Thay giá trị h = [H+] = 10-4M, ta vào biểu thức (2) => [PO43-] = 2S.10-9,53 (M)

=> KS =

2 3

9,53

2S (3S) 10

 

 

  = 10-22,5 => S  0,08MNhận xét: Dựa vào sự cố định pH và tích số tan, chúng ta có thể xác định được độ tan của rấtnhiều chất rắn ít tan Đây là một trong các hướng lấy ví dụ rất phù hợp với khả năng của họcsinh đồng thời giúp học sinh củng cố được các kiến thức về cân bằng trong dung dịch Mặtkhác, trên cơ sở kết quả này chúng ta có thể thay đổi bằng cách cho biết độ tan của các chấtrắn ít tan trong dung dịch tại pH cố định sau đó xác định tích số tan của các chúng

H18 Xác định độ tan của Ag2S trong nước tại pH = 1,0

Cho biết: pKS của Ag2S = 49,2; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKW = 14

Ag+ + H2O  AgOH + H+ *ββ = 10-11,7

H19 Xác định độ tan của Cr(OH)3 trong nước tại pH = 4,0 và pH = 10,0

Biết tích số tan của Cr(OH)3 là KS = 10-29,8; pKw = 14.

Cr3+ + H2O  Cr(OH)2+ + H+ *ββ1 = 10-3,8

Cr3+ + 4H2O  Cr(OH)4- + 4H+ *ββ2 = 10-26,0

H20 Xác định độ tan của CaCO3 tại pH = 4,00

Cho biết: CaCO3 có pKS = 8,35; H2CO3 có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33; pKw = 14,0.(Chú ý: dung dịch có môi trường axit nên có thể không đưa dữ kiện tạo phức hiđroxovào để đơn giản trong tính toán cho học sinh)

H21 Xác định độ tan của PbS trong dung dịch tại pH = 12,0.

Cho biết: PbS có pKS = 26,6; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKw = 14,0

Pb2+ + 3H2O  Pb(OH)3- + 3H+ *ββ = 10-28,0

Ví dụ 9 Xác định độ tan của CaC2O4 trong dung dịch HAx 1M

Cho biết: Tích số tan của CaC2O4 là KS = 10-8,6; pKw = 14;

Hằng số axit của: HAx là pKa = 4,76; H2C2O4 có pKa1 = 1,25; pKa2 = 4,27

Phân tích: CaC2O4 là muối của một axit yếu vì thế độ tan của CaC2O4 chịu sự chi phối rất lớncủa pH dung dịch Mặt khác, HAx là một axit yếu, chính vì thế chỉ một phần HAx tham giavào quá trình proton hóa anion oxalat Do đó trong dung dịch sẽ tồn tại nhiều thành phần như:

Ca2+, C2O42-, HC2O4-, H2C2O4, H+, Ax-, HAx Điều này sẽ dẫn đến sự phức tạp trong tính toán.Tuy nhiên, nếu chúng ta lựa chọn điều kiện phù hợp thì có thể quá trình tính toán sẽ đơn giảnhơn rất nhiều Trong ví dụ này, khi chúng ta lấy lượng ban đầu của HAx lớn thì khi đó coinhư lượng HAx tham gia quá trình hòa tan là không đáng kể Chính vì thế chúng ta xác địnhđược pH của dung nên quá trình tính toán sẽ đơn giản hơn và coi như quá trình hòa tan trongdung dịch có pH cố định

Các quá trình được mô tả như sau:

Từ (4) ta có: 2 4 a1

K[HC O ]

13,52[H C O ] [H ]





Do đó dạng tồn tại chủ yếu của C2O42- trong dung dịch sau phản ứng là HC2O4

-Để đánh giá gần đúng độ tan của CaC2O4 trong dung dịch HAx 1M, ta tổ hợp các cân bằng(1), (2), (3)

h  K h  K K = 10-8,6 => S = 4,6.10-4MNhận xét: Dựa vào đặc điểm của bài toán, chúng ta có thể áp dụng cho một số trường hợptương tự như sự hòa tan muối cacbonat, cromat, sunfat,… trong các dung dịch axit yếu

H22 Xác định độ tan của CuS trong dung dịch HCl 1M.

Cho biết: CuS có pKS = 35,2; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKW = 14

CuCl42- có lgβ = 5,6

H23 Xác định độ tan của BaSO4 trong dung dịch HNO3 1M

Cho biết: BaSO4 có pKS = 9,96; HSO4- có pKa = 1,99; pKw = 14

H24 Xác định độ tan và nồng độ cân bằng của các ion trong dung dịch thu được khi bão hòa

BaCrO4 trong dung dịch HAx 1M

Cho biết: pKs của BaCrO4 là 9,93; pKa của HAx là 4,76

CrO42- + H+  HCrO4- K1 = 106,5

2HCrO4-  Cr2O72- + H2O K2 = 101,36

H25 Độ tan của PbCrO4 trong dung dịch HAx 1M là 2,81.10-5M

Xác định tích số tan của PbCrO4

Cho biết: PbCrO4 có pKS = 13,7; HAx có pKa = 4,76; HCrO4- có pKa2 = 6,5;

Pb2+ + Ax-  Pb(Ax)+ β = 102,68

Pb2+ + H2O  PbOH+ + H+ *β β = 10-7,8

H26 Xác định độ tan của Co(OH)3 trong dung dịch HNO3 1M

Cho biết: Co(OH)3 có pKS = 40,5; pKw = 14;

Ví dụ 11.[12] Tính độ tan của HgS trong HNO3 1M

Cho biết: tích số tan của HgS là KS = 10-51,8;

E0 của NO3-,H+/NO, H2O là 0,96V; E0 của S, H+/H2S là 0,14V;

2 3

) 2 1 ( ) 8

1

(

) 2 ( ) 3

(

x x

x x



 = 10-14,37 => x = 10-3,68 = 2,08.10-4 < 10-2,72

Độ tan của HgS trong HNO3 1,0M bằng 2,08.10-4M => chiếm 0,02% HNO3 đã sử dụng

để hòa tan Thực tế coi như HgS không tan trong HNO3

Chú ý: Trong trường hợp [NO] > LNO thì phải thay nồng độ cân bằng độ tan để tính

Nhận xét: thông qua ví dụ này, chúng ta có thể xây dựng các dạng bài tập xác định độ tan củacác chất ít tan trong các phản ứng oxi hóa-khử nhằm giúp học sinh củng cố kỹ năng và làmquen với dạng bài tập khác nhau

H27 Đánh giá khả năng hòa tan của CuS trong dung dịch HCl 1M khi có mặt oxi không khí

(pO2 = 0,21 atm, t = 250C)

Cho biết: CuS có pKS = 35,2; E0 của S/H2S = 0,14V; của O2, H+/H2O = 1,23V;

H2S có H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKW = 14; CuCl42- có lgβ = 5,6.

H28 Đánh giá khả năng hòa tan của Ag2S trong dung dịch HNO3

Cho biết: Ag2S có pKS = 49,2; H2S có Ka1 = 10-7,02; Ka2 = 10-12,90; pKw = 14

E0 của NO3-,H+/NO, H2O là 0,96V; E0 của S, H+/H2S là 0,14V;

Ví dụ 12 Xác định độ tan của AgI trong dung dịch NH3 1M

Cho biết: Tích số tan của AgI là KS = 10-16; pKb của NH3 là 4,76; pKw = 14

Ag+ + NH3  AgNH

3 lgk1 = 3,32AgNH

3 + NH3  Ag(NH3)

2 lgk2 = 3,92

Ag+ + H2O  AgOH + H+ lg*ββ = -11,7

Phân tích: NH3 là phối tử có thể tạo phức với ion Ag+ Trong nhiều trường hợp, kết tủa của

Ag+ bị hòa tan với lượng đáng kể trong dung dịch NH3 Tuy nhiên, AgI là chất có tích số tannhỏ nên lượng hòa tan của nó trong dung dịch NH3 sẽ ít hơn tủa khác của Ag+ như: AgCl,

Ag2SO4, Ag2CrO4,…do đó nồng độ của NH3 thay đổi không đáng kể so với ban đầu

Các quá trình xảy ra:

AgI↓  Ag+ + I- (1) KS = 10-16,0

Ag+ + NH3  AgNH

3 (2) lgk1 = 3,32AgNH

2

10 2S) (1,0

 => 10 4,38

2S 1,0

Do vậy: [NH3]  1,0M.

Khi đó độ tan của AgI trong dung dịch NH3 được biểu diễn như sau:

S = [I-] hay S = [Ag+] + [Ag(NH3)+] + [Ag(NH3)2+] + [AgOH]

S = [Ag+] (1 + k1[NH3] + k1.k2[NH3]2 + *ββ[H+]-1) = 107,24[Ag+]Khi đó: KS = [Ag+].[I-] = S7,242

10 = 10-16,0 => S = 10-4,38M = 4,17.10-5M Nhận xét: quá trình hòa tan bởi sự tạo phức cũng có hướng xử lý tương tự như quá trình hòatan chất ít tan của các axit yếu trong dung dịch axit yếu khác

H29 Xác định độ tan của CuS trong dung dịch NH3 1M

Cho biết: CuS có pKS = 35,2; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90;

NH4 có pKa = 9,24; pKW = 14; Cu(NH3)42+ có lgβ = 11,75

H30 Xác định độ tan của CdS trong dung dịch HCl 1M.

Cho biết: CdS có pKS = 26; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKW = 14;

Hằng số bền của phức: Cu(NH3)42+ là 1011,75; CuCl42- là 105,6

Ví dụ 13 Xác định độ tan của CaCO3 trong dung dịch HAx 1M

Cho biết: Tích số tan của CaCO3 là KS = 10-8,35; H2CO3 có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33;Hằng số axit của HAx là Ka = 10-4,76; pKw = 14; Độ tan của CO2 = 3.10-2M

Phân tích: Quá trình hòa tan của CaCO3 trong dung dịch HAx được tổ hợp cân bằng sau:

CaCO3 + 2HAx  Ca2+ + 2Ax- + H2O + CO2K = KSKa2(Ka1Ka2)-1 = 10-1,19

Khi đó xác định được x = 0,356 => Độ tan S = 0,356M

Nhận xét: trong trường hợp quá trình hòa tan ảnh hưởng đến môi trường dung dịch thì chúng

ta sử dụng cân bằng hòa tan tổ hợp để xác định độ tan của các chất ít tan Dựa trên kết quảnày, chúng ta có thể xây dựng các dạng bài xác định độ tan (S) của các chất ít tan trong cácdung dịch khi hằng số cân bằng của quá trình hòa tan đủ lớn

H32 Đánh giá khả năng hòa tan của Mg(OH)2 trong dung dịch NH4Cl 1M

Cho biết: Mg(OH)2 có pKS = 10,9; pKw = 14; NH4 có pKa = 9,24.

H33 Xác định độ tan của FeS trong dung dịch HCl 1M.

Cho biết: FeS có pKS = 17,2; pKw = 14; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90;

Độ tan của H2S là 0,10M

H34 Xác định độ tan Fe(OH)2 trong dung dịch NH4Cl 1M

Cho biết: Fe(OH)2 có pKS = 15,1; NH4+ có pKa = 9,24; pKw = 14;

Fe2+ + H2O  Fe(OH)+ + H+ *ββ = 10-5,92

Ví dụ 14 Xác định độ tan của AgCl trong dung dịch KCN 1M

Cho biết: Tích số tan của AgCl là KS = 10-10;

Hằng số tạo phức của Ag(CN)2- là β = 1021,8; CN- có pKb = 4,65; pKw = 14

Phân tích: Để xác định độ tan (S) của AgCl trong dung dịch KCN 1M, học sinh phải tiến hành

tổ hợp các cân bằng để được cân bằng hòa tan sau:

AgCl + 2CN-  Ag(CN)2- + Cl- K = KSβ = 1011,8

K rất lớn do đó AgCl tan hoàn toàn trong dung dịch KCN

=> độ tan của AgCl là S = 0,5M

Trong trường hợp này học sinh có thể xác định TPGH là Ag(CN)2- 0,5M và Cl- 0,5Msau đó xác định là độ tan của AgCl Tuy nhiên kết quả không thay đổi

Nhận xét: trong các dạng bài khi độ tan ảnh hưởng đáng kể đến môi trường thì điều quantrọng nhất là học sinh phải tiến hành tổ hợp các cân bằng thành phần để được các cân bằnghòa tan trong dung dịch Sau đó tùy thuộc vào độ lớn của hằng số cân bằng mà học sinh cóthể xác định độ tan dựa vào cân bằng hòa tan và định luật tác dụng khối lượng hoặc xác định

độ tan dựa vào TPGH và các cân bằng trong dung dịch

H35 Xác định độ tan của PbSO4 trong dung dịch NaOH 1M

Cho biết: PbSO4 có pKS = 7,66; Pb(OH)2 có pKS = 14,9;

Pb(OH)2 + OH-  PbO2- + H2O K = 10-4,4

H56 Đánh giá khả năng hòa tan của Co(OH)3 trong dung dịch HNO3 có mặt H2O2

Cho biết: Co(OH)3 có pKS = 40,5; pKw = 14;

E0 của Co3+/Co2+ = 1,84V; E0 của O2, H+/H2O2 = 0,628V

H37 Xác định độ tan (S) của Ni(OH)2 trong nước? trong dung dịch HAx 1M? trong dungdịch KCN 1M?

Cho biết: Ni(OH)2 có pKS = 14,2; HAx có pKa = 4,76; pKw = 14; HCN có pKa = 9,35;

Ni2+ + 4CN-  Ni(CN)42- β = 1033,2

H38 Xác định độ tan (S) của HgS trong nước? trong dung dịch KCN 1M?

Cho biết: HgS có pKS = 51,8; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKw = 14,0

(1)-Tiêu chí bán định lượng: dựa vào các hằng số cân bằng của các quá trình và cácphản ứng trong dung dịch Ưu điểm của phương pháp này là nhanh nhưng nhược điểm của nóchỉ đánh giá trong những trường hợp cụ thể khi Kcb rất lớn hoặc rất nhỏ.

(2)-Tiêu chí định lượng: cách đánh giá này dựa vào các hằng số cân bằng của các quátrình và các phản ứng trong dung dịch kết hợp với nồng độ của các chất trong dung dịch Ưuđiểm của phương pháp này có thể áp dụng cho mọi trường hợp tuy nhiên nhược điểm của nó

sẽ có thể rất phức tạp trong quá trình xác định

Chính vì thế, khi xây dựng các dạng bài tập về vấn đề này chúng ta phải hết sức lưu ýđến đối tượng học sinh Cụ thể, với các học sinh chuyên Hóa, chúng ta có thể dựa vào tiêu chíbán định lượng hoặc định lượng với những trường hợp đơn giản còn với học sinh thi HSGQuốc gia, chúng ta có thể đưa các vấn đề đánh giá định lượng ở mức độ phức tạp hơn

I.2.2 Những điểm chú ý

(1)-Kỹ năng tổ hợp các cân bằng: trong các bài tập đánh giá bán định lượng, tổ hợp cáccân bằng thành phần để được cân bằng chính là rất quan trọng, chính vì thế chúng ta phải lưu

ý đến dạng tồn tại hợp lý của các ion trong dung dịch sau phản ứng

(2)-Các điều kiện để xuất hiện kết tủa, kết tủa hoàn toàn ion trong dung dịch Cụ thể,học sinh phải nắm được điều kiện xuất hiện kết tủa và điều kiện kết tủa hoàn toàn

(3)-Các cân bằng trong dung dịch và các dạng tồn tại của các ion

I.2.3 Xác định điều kiện để bắt đầu kết tủa và kết tủa hoàn toàn

Dựa vào lý thuyết về cân bằng trong dung dịch chứa chất ít tan và các điều kiện để bắtđầu xuất hiện kết tủa và kết tủa hoàn toàn, GV tiến hành xây dựng các dạng bài tập nhằm cụthể hóa với các ion và các thuốc thử khác nhau, từ đó củng cố và phát triển các kiến thức vềcân bằng chất ít tan cho học sinh

Ví dụ 15 Tính khối lượng Na2SO4 cần cho vào 100,0 ml dung dịch Ba(NO3)2 2.10-3M để bắtđầu xuất hiện kết tủa BaSO4 và để kết tủa hoàn toàn Ba2+ Biết khi [Ba2+] = 10-6M thì coi nhưkết tủa hoàn toàn Ba2+.

Cho biết: Tích số tan BaSO4 là 10-9,96

Phân tích: Từ điều kiện xuất hiện kết tủa là: 2 2

9,96 S

Ba SO



  , học sinh dễ dàng xácđịnh được lượng Na2SO4 cần cho vào để xuất hiện kết tủa

Mặt khác, dựa vào điều kiện kết tủa hoàn toàn là [Ba2+] = 10-6M, học sinh xác địnhđược nồng độ cân bằng của SO42- và lượng SO42- đã đi vào kết tủa từ đó xác định được lượng

Na2SO4 cần dùng

Nhận xét: khi sử dụng ví dụ trên, học sinh sẽ làm quen và tiếp cận một cách đơn giản nhất vềđiều kiện xuất hiện kết tủa và kết tủa hoàn toàn vì trong trường hợp này, quá trình tạo phứchiđroxo của Ba2+ và quá trình proton hóa của SO42- là không đáng kể Dựa vào đặc điểm này,chúng ta có thể thay BaSO4 bằng các chất ít tan khác như: AgCl, AgBr, AgI… hoặc thaylượng các chất bằng thể tích các dung dịch có chú ý đến sự hiệu chỉnh thể tích

H39 Tính khối lượng NaCl cần cho vào 100,0 ml dung dịch chứa AgNO3 0,01M để bắt đầuxuất hiện kết tủa và để kết tủa hoàn toàn Ag+ dưới dạng AgCl

Cho biết: AgCl có pKS = 10,0

H40 Tính khối lượng K2Cr2O7 cần cho vào 200,0 ml dung dịch BaCl2 0,01M để bắt đầu xuấthiện kết tủa và để kết tủa hoàn toàn Ba2+ dưới dạng BaCrO4

Cho biết: BaCrO4 có pKS = 9,93; pKw = 14

Ví dụ 16: Đánh giá khả năng kết tủa Fe3+ và Mn2+ bằng dung dịch NH3

Cho biết: pK S, Fe(OH) 3  37,0; pK S, Mn(OH)  12,6;

4

a, NH

pK = 9,24; pKw = 14

Phân tích: Để đánh giá khả năng kết tủa của một cation trong một dung dịch chúng ta có thể

sử dụng phương pháp định lượng hoặc bán định lượng; nghĩa là dựa vào hằng số cân bằngcủa phản ứng Đây là một ví dụ nhằm giúp học sinh có kỹ năng đánh giá về khả năng kết tủacủa một cation dựa vào hằng số cân bằng của phản ứng tạo kết tủa

Với ion Fe3+

1x Fe3+ + 3OH-  Fe(OH)3 Ks-1 = 1037,0

3x H2O  H+ + OH- Kw = 10-14