Phân loại và phương pháp giải bài tập cân bằng axit bazơ (đơn axit đơn bazơ)

Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA: HÓA HỌC - NGUYỄN THỊ KIM THUY PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ (ĐƠN AXIT – ĐƠN BAZƠ) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Học Phân Tích Người hướng dẫn khoa học: Th.S: VŨ THỊ KIM THOA HÀ NỘI - 2011 Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.TRẠNG THÁI CÁC CHẤT ĐIỆN LI TRONG DUNG DỊCH 1.1.1 Sự điện li chất điện li 1.1.2 Độ điện li số điện li 1.1.2.1 Độ điên li 1.1.2.2 Hằng số điện li 1.1.3 Phân loại chất điện li 1.1.3.1 Chất điện li mạnh chất điện li yếu4 1.1.3.2 Biểu diễn trạng thái chất điện li dung dịch 1.1.4 Dự đoán tính chiều hướng phản ứng dung dịch chất điện li 1.2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI 1.2.1 Định luật hợp thức (tỉ lượng) 1.2.1.1 Tọa độ phản ứng 1.2.1.2 Tọa độ cực đại 1.2.2 Định luật bảo toàn vật chất 1.2.2.1 Quy ước biểu diễn nồng độ 1.2.2.2 Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu (BTNĐ) 1.2.2.3 Định luật bảo toàn điện tích (BTĐT) 1.2.3 Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.3 ĐÁNH GIÁ GẦN ĐÚNG THÀNH PHẦN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH 11 1.4 CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ 13 1.4.1 Các axit bazơ 13 1.4.1.1 Định nghĩa 13 1.4.1.2 Phản ứng axit – bazơ nước 14 1.4.2 Định luật bảo toàn proton 15 1.4.3 Dung dịch đơn axit đơn bazơ 16 1.4.3.1 Axit mạnh 16 1.4.3.2 Bazơ mạnh 17 1.4.3.3 Đơn axit yếu 18 1.4.3.4 Đơn bazơ yếu 18 1.4.4 Đa axit đa bazơ 18 1.4.4.1 Đa axit 18 1.4.4.2 Đa bazơ 19 1.4.5 Các chất điện li lưỡng tính 19 1.4.6 Dung dịch đệm 21 1.4.7 Cân tạo phức hiđroxo dung dịch nước ion kim loại 22 1.4.8 Các chất thị axit – bazơ 23 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ 26 1.5.1 Phương pháp tổng quát giải phương trình bậc cao 26 Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.5.2 Phương pháp giải lặp 28 1.5.3 Phương pháp giản đồ logarit nồng độ 28 1.5.4 Phương pháp chuyển dịch phản ứng 32 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ GIẢI BÀI TẬP PHẦN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CÁC ĐƠN AXIT VÀ ĐƠN BAZƠ 35 2.1.Cân dung dịch chứa đơn axit (đơn bazơ) mạnh yếu35 2.2.Cân dung dịch chứa hỗn hợp axit (bazơ) mạnh axit (bazơ) yếu 47 2.3 Cân dung dịch chứa hỗn hợp đơn axit (bazơ) yếu 54 2.4 Cân dung dịch chứa axit yếu bazơ liên hợp với 62 2.5 Cân dung dịch tạo phức hiđroxo cation kim loại 65 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng chân thành biết ơn sâu sắc tới cô giáo Vũ Thị Kim Thoa, Khoa Hoá học, Truờng Đại học sư phạm Hà Nội tận tình bảo, giúp đỡ em suốt trình thực hoàn thiện khoá luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới hiệu trưởng Truờng Đại học sư phạm Hà Nội thầy cô giáo Khoa Hoá học, Trường Đại học sư phạm Hà Nội tạo điều kiện cho em sử dụng tài liệu thư viện để hoàn thành khoá luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô Khoa Hoá học, Trường Đại học sư phạm Hà Nội cung cấp cho em kiến thức trình học tập để em hoàn thành khoá luận Em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, người thân, bạn bè ủng hộ, động viên em suốt thời gian vừa qua Khóa luận tốt nghiệp thực thời gian ngắn nên không tránh khỏi số sai sót Vì vậy, em mong nhận góp ý, bảo thầy cô giáo bạn sinh viên Hà Nội, Tháng năm 2011 Sinh Viên Nguyễn Thị Kim Thuy Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học MỞ ĐẦU Trong chương trình hoá học phổ thông có đề cập tới hai loại phản ứng hoá học Loại thứ phản ứng có thay đổi số oxi hoá, gọi phản ứng oxi hoá - khử Loại thứ hai phản ứng trao đổi bao gồmz Phản ứng axit - bazơ (trao đổi proton) Phản ứng tạo phức (trao đổi phối tử) Phản ứng tạo thành hợp chất tan Phản ứng axit – bazơ có vai trò lớn, chiếm vị trí quan trọng chương trình Hoá học phổ thông đặc biệt chương trình hoá học phân tích trường Cao Đẳng Đại học Trong tài liệu hành chủ yếu cho học sinh ôn luyện thi Đại học Cao Đẳng, tài liệu nhiều song thống lý thuyết chuẩn mực mà nặng tập tính toán gây cho học sinh lối học thụ động, tính sáng tạo tư hoá học Bên cạnh tài liệu tài liệu dành cho học sinh giỏi, học sinh chuyên đặc biệt tài liệu dành cho thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế thực Về nội dung kiến thức loại phản ứng tài liệu hành chủ yếu đề cập nhiều phản ứng tạo thành hợp chất tan Còn phản ứng axit – bazơ gặp nhiều phần lớn tài liệu đưa cách chưa đầy đủ Chưa có nhiều tập liên quan đến phần dung dịch tạo phức hiđroxo ion kim loại, phần dung dịch hỗn hợp axit yếu bazơ liên hợp,vvv….Chưa có nhiều tập gắn kết nội dung phản ứng axit – bazơ với phản ứng oxi hoá - khử, phản ứng hợp chất tan, phản ứng tạo phức nên khó bồi dưỡng cho học sinh lực tư tổng hợp để giải tập kỳ thi Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học học sinh giỏi Quốc gia Quốc tế Mặt khác, chưa có tài liệu đưa phân loại phương pháp giải dạng tập phản ứng axit – bazơ để làm tài liệu tham khảo cho giáo viên giảng dạy chương trình chuyên hoá học sinh chuẩn bị kỳ thi học sinh giỏi Quốc gia Quốc tế Chính lý đây, chọn đề tài: “Phân loại phương pháp giải tập cân axit – bazơ (đơn axit – đơn bazơ)” Mục tiêu đề tài hệ thống nội dung thuyết cân axit – bazơ, qua phân loại đưa phương pháp giải tập minh hoạ lý thuyết, tập nâng cao; làm phương pháp, phương tiện để thúc đẩy việc dạy tốt học tốt Đề tài thực theo phương pháp sau: Nghiên cứu lý thuyết phản ứng axit – bazơ, vận dụng lý thuyết vào tập cụ thể Điều tra thu thập tài liệu có liên quan đến phản ứng axit – bazơ Phân tích có chọn lọc tập số tài liệu tham khảo số đề xuất thêm để phân loại, đánh giá tập phản ứng axit – bazơ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.1 TRẠNG THÁI CÁC CHẤT ĐIỆN LI TRONG DUNG DỊCH 1.1.1 Sự điện li chất điện li Khi hòa tan chất có liên kết ion liên kết cộng hóa trị có cực vào dung môi phân cực (ví dụ nước, rượu…) tương tác với phân tử lưỡng cực dung môi mà phân tử chất tan phân li hoàn toàn phân li phần thành ion mang điện tích ngược dấu, tồn dạng ion sonvat hóa (đối với dung môi nước ion hiđrat hóa) Các chất có khả phân li thành ion gọi chất điện li, trình phân li thành ion gọi trình điện li 1.1.2 Độ điện li số điện li 1.1.2.1 Độ điện li Độ điện li  tỉ số số mol n chất phân li thành ion với tổng số mol no chất tan dung dịch:  n n0 (1.1) Hoặc  tỉ số nồng độ chất phân li C với tổng nồng độ chất điện  li C0: C C0 Ví dụ: Đối với chất điện li yếu: MX Mn+ + Xn –  n     n   C CMX (1.2) ta có: (1.3) Ở [Mn+], [Xn –] nồng độ tương ứng ion Mn+ Xn – MX phân li có giá trị dao động từ đến 1:     = chất không điện li  = chất điện li hoàn toàn 1.1.2.2 Hằng số điện li Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho cân (1.2) ta có:  n     n   K =   c (1.4) Ở [i] nồng độ cấu tử i dung dịch trạng thái cân Kc số điện li nồng độ, phụ thuộc vào chất chất điện li, vào dung môi, vào nhiệt độ Trong dung dịch loãng, Kc không phụ thuộc vào nồng độ chất điện li Từ (1.3) (1.4) suy 2 Kc    C (1.5) Vậy độ điện li phụ thuộc số cân  c nồng độ chất điện li Khi có trình phụ ảnh hưởng đến cân (1.2)  thay đổi 1.1.3 Phân loại chất điện li 1.1.3.1 Chất điện li mạnh chất điện li yếu Trong dung dịch nước, chất điện li mạnh gồm: Một số axit vô cơ: HCl, HBr, HI, HSCN, HNO3, HClO4… Các bazơ kiềm kiềm thổ: LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 Hầu hết muối tan trừ HgCl2 Các chất lại thuộc loại chất điện li yếu trung bình Nước chất điện li vô yếu 1.1.3.2 Biểu diễn trạng thái chất điện li dung dịch Trong dung dịch nước, chất điện li mạnh phân li hoàn toàn thành ion (biểu diễn: ); chất điện li yếu phân li phần (biểu diễn: ) Trạng thái ban đầu: Chỉ trạng thái chất trước xảy phản ứng hóa học, trước có cân Trạng thái cần trạng thái tồn chất hệ thiết lập cân Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.1.4 Dự đoán tính chiều hướng phản ứng dung dịch chất điện li Nguyên tắc chung: Bản chất phản ứng chất điện li phản ứng ion Về nguyên tắc, tham gia phản ứng, ion kết hợp với (hoặc tương tác với nhau) để tạo thành sản phẩm kết hợp tương ứng với giá trị xác định số cân K phản ứng Nếu K lớn phản ứng coi xảy hoàn toàn Nếu K vô bé coi phản ứng không xảy Trong trường hợp khác mức độ xảy phản ứng phụ thuộc giá trị số cân nồng độ chất phản ứng Trong dung dịch chất điện li, ion phản ứng với để tạo thành: Các chất phân li chất ban đầu Các chất khí Các sản phẩm tan chất ban đầu Các sản phẩm oxi hóa – khử khác với trạng thái ban đầu Khi viết phương phản ứng ion cần tuân theo quy ước: Các chất điện li mạnh viết dạng ion Các chất điện li yếu viết dạng phân tử Các chất rắn, chất khí viết dạng phân tử (hoặc nguyên tử) 1.2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI 1.2.1 Định luật hợp thức (tỉ lượng) 1.2.1.1 Tọa độ phản ứng Đánh giá độ tiến triển phản ứng  Khoá luận tốt nghiệp ni i x  Ci i 10 (1.6) Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học C NH  2.10 3.50  1,00.10 3 (M) 100 C H 2SO4  2.10 3.50  1,00.10 3 (M) 100 Và trình: H SO4  H   HSO4 10-3 NH 4 NH  H  C0 10-3 10-3 K a1  10 9, 24 10-3 10-3 C Thành phần giới hạn: HSO4 1.10-3M; NH 4 10-3M HSO4 H  + SO42 K a, = 10-2 (1) NH 4 H  + NH Ka = 10-9,24 (2) H 2O H  + OH - K w = 10-14 (3) So sánh (1), (2) (3) ta thấy: K a, C HSO >> K a C NH >> K w    Cân (1) xảy chủ yếu: HSO4 C 10-3 [] 10-3-h H  + SO42 h K a, = 10-2 h Áp dụng ĐLTDKL giải phương trình: h2  10 2 3 10  h Ta được: h = 9,16.10-4(M)  H    SO42  = h = 9,16.10-4  HSO4  = 8,40.10-5(M), [OH-] = 1,09.10-11(M)  NH 4   10 3 Khoá luận tốt nghiệp 9,16.10 4  1,00.10 3 (M) 9,16.10 4  10 9, 24 60 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học  NH   10 3 10 9, 24  6,28.10 10 (M) 4 9 , 24 9,16.10  10 Vậy SO42   NH   OH   nên việc tính toán gần theo (1) hoàn toàn hợp lý Vậy pH = -lg [9,16.10-4] = 3,03 Ví dụ 2: Tính pH dung dịch gồm HCN 1.10-4M CH3NH3+ 2.10-3M Bài giải Trong dung dịch xảy cân HCN H+ + CN- CH3NH3+ H+ + CH3NH2 OH - H + H 2O Ka = 10-9,35 Ka’ = 10-10,60 K w = 10-14 Ta thấy: Ka.CHCN  K a' CCH NH  K w  cân xảy mức độ  3 tương đương Tính cân hệ theo ĐKP:       h  H   OH   CN   CH NH   h  K w K a HCN  K a' CH NH 3   h h h   h  K w  K a HCN   K a' CH 3NH 3  (*) Thay HCN 0  C HCN  1.10 4 M , CH NH 3   2.10 3 M vào (*) ta được: h1 = 3,245.10-7 (M) Thay h1 vừa tính để tính lại [HCN]1 [CH3NH3+] theo biểu thức: HCN   C HCN h h  Ka CH NH   C  CH NH 3  HCN 1  10 h h  K a' 3,245.107  10  = HCN 0 109,35  3,245.10  CH NH 3   2.103 Khoá luận tốt nghiệp 3,245.107  2.103 = CH NH 3 10, 60 7 10  3,245.10  61  Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Các kết lặp lại Vậy h = 3,245.10-7  pH = -lg [3,245.10-7] = 6,49 Ví dụ 3: Tính pH hỗn hợp thu trộn 30,00ml dung dịch trimetylamin ((CH3)3N 1,667.10-3M) với 20,00ml dung dịch hiđroxylamin 2,50.10-3M (NH2OH) Bài giải Sau trộn ta nồng độ của: C (CH )3 N  C NH 2OH  1,667.10 3.30  1,00.10 3 ( M ) 50 2,5.10 3.20  1,00.10 3 ( M ) 50 Trong dung dịch xảy cân sau: OH - H + H 2O (CH ) N  H 2O NH 2OH  H O K w = 10-14 (1) Kb = 10-4,13 (2) Kb’ = 10-8,02 (3) (CH ) NH   OH  NH 3OH   OH  -14 ' Ta thấy K b C(CH ) N = 10-7,13 >> K b C NH OH = 10-11,02 >> K w = 10 3 Do cân (2) định pH hệ: (CH ) N  H 2O C 10-3 [] 10-3- x (CH ) NH   OH  x Áp dụng ĐLTDKL giải phương trình: Kb = 10-4,13 x x2  10 4,13 10 3  x Ta kết quả: OH    (CH ) NH 3   x  2,38.10 4  H    10 14  4,2.10 11  10 10,38 2,38.10 4  NH 3OH    10 3 Khoá luận tốt nghiệp 4,2.10 11  4,00.10 8 11 6 4,2.10  1,05.10 62 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Ta thấy: (CH ) NH    NH 3OH    H   , nghĩa việc tính toán theo cân (2) hợp lý Vậy pH = -lg[H+]  pH = -lg[4,2.10-11] = 10,38 Ví dụ 4: Trộn 15,00ml dung dịch CH3COONa 0,030M với 30,00ml dung dịch HCOONa 0,15M Tính pH dung dịch thu Bài giải Sau trộn ta có nồng độ: CCH COO-  15.0,03  0,01( M ) 45 0,15.30  0,1( M ) 45 C HCOO-  Trong dung dịch ta có cân bằng: H + H 2O K w = 10-14 OH - CH3COO- +H2O CH3COOH + OH- HCOO- + H2O HCOOH Kb = 10-9,24 + OH- K’b = 10-10,25 11, 24  K b' C HCOO  10 11, 25 nên ta tính theo ĐKP Ta thấy: K b CCH COO  10 - -    h  H  OH   CH 3COOH   HCOOH   h 1 K 1 a Kw CH 3COO  ( K a' ) 1 HCOOH   - (*)  Thay CH 3COO - .0  0,01 ; HCOO - .0  0,1 ; K a1  104,76 ; ( K a' )1  103,75 vào (*) để tính h1: h1  10 14  2,96.10 9  10 4, 76.10 2  10 3,75.10 1 Từ giá trị h1 tính lại [CH3COO-]1 [HCOO-]1 theo biểu thức: CH COO   0,01.10 - HCOO  -  0,1 10 4, 76  0,01  CH 3COO  , 76  2,96.10 9  10 3, 75  0,10  HCOO 10 3, 75  2,96.10 9     Kết lặp.Vậy h = 2,96.10-9 = 10-8,53 Khoá luận tốt nghiệp 63 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học  pH = 8,53 Ví dụ 5: Tính cân pH dung dịch thu trộn 3ml HCOOH 0,03M với 6ml CH3COOH 0,15M Bài giải Sau trộn ta có nồng độ C HCOOH  C1  0,03.3  0,01M CCH 3COOH  C  0,15.6  0,1M Trong dung dịch xảy cân H + H 2O HCOOH CH3COOH OH - H+ + HCOO- K a1  10 3, 75 H+ + CH3COO- (1) Ka2 = 10-4,76 (2) Ta thấy: Ka1.C1  Ka2.C2 nên cân tính theo (1) (2)  ĐKP: h  H    OH   HCOO -  CH 3COO -   h Kw HCOOH   K CH 3COOH    K a1 a2 h h h  h  K w  K a1 HCOOH  K a CH 3COOH  Tính gần bước với: [CH3COOH] = C2 = 0,1M [HCOOH] = C1 = 0,01M Ta h1  10 14  10 5, 75  10 5,76  1,875.10 3 Từ giá trị h1 tính lại C1 C2 theo biểu thức (tính gần bước 2) CH 3COOH2  0,1 HCOOH2  0,01 Và h1 1,875.10 3  0,1  9,95.10 2 K a  h1 1,875.10 3  10 4, 76 h1 1,875.10 3  0,01  9,15.10 3 3 3, 75 K a1  h1 1,875.10  10 h2  10 14  9,95.10 6,76  9,15.10 6, 75  1,83.10 3 Khoá luận tốt nghiệp 64 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Tính gần bước 3: CH 3COOH3  0,1 HCOOH3  0,01 h2  9,9.10 2 ( M ) K a  h2 h2  9,10.10 3 ( M ) K a1  h2 h3  10 14  9,9.10 6, 76  9,10.10 6, 75  1,828.10 8 Và Vậy h = [H+] = 1,83.10-3 (M)  pH = -lg [H+] = 2,74 OH   5,46.10  12 , CH 3COO -   0,1M , HCOO -   0,01M Ví dụ 6: Tính thể tích dung dịch axit monocloaxetic 0,1M axit axetic 1M phải trộn để 10ml dung dịch có pH=2 Bài giải Trong dung dịch xảy cân CH3COOH H+ + CH3COO- ClCH2COOH K = 10-4,76 H+ + ClCH2COO- (1) K’ = 10-2,85 (2) Gọi thể tích hai axít V1 V2 Sau trộn ta có nồng độ: CCH 3COOH  C1  1.V1 0,1.V2 CClCH 2COOH  C  ; 10 10 Vì K.C1  K’.C2 nên tính phải kể hai cân (1) (2) theo ĐKP:        h  H   OH   CH 3COO -  ClCH COO - Ta có: h   Kw K K'  C1  C2 ' 0 h K h K h (3) + -2 pH=2  h = [H ] = 10 Thay h, C1, C2, K, K’, K w vào (3) thu phương trình: 1,74.10-4.V1 +1,236.10-3.V2 = 10-2 Theo V1 +V2 = 10 (4) (5)  Giải hệ phương trình (4) (5) ta được: V1 = 2,22ml; V2 = 7,78ml Khoá luận tốt nghiệp 65 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Ví dụ 7: Tính cân dung dịch HF 0,100M KHSO4 0,01M Bài giải Trong dung dịch xảy trình: KHSO4  K+ + HSO4HSO4- H+ + SO42- HF H+ + F- H + H 2O OH - (1) K1 = 10-1,99 (2) K2 = 10-3,17 (3) Ta thấy: K1.CHSO  K CHF  K w nên tính toán theo (1) (2)  Áp dụng ĐKP với mức không: HSO4-, HF ta có       K HSO  K HF  h  h  H   SO42   F   h h    h  K1 HSO4  K HF  Thay K1, K2, HSO4 0  0,01, HF 0  0,1 vào (4) ta h1 = 0,013 Tính gần bước ta có: HSO    CHSO   HF .1  CHF  h1 0,013  0,01  5,59.10 3  0,01M h1  K1 0,013  10 1,99 h1 0,013  0,1  0,095  0,1M h1  K 0,03  10 3,17 Tính gần bước ta có: h2 = 0,007 h HSO   C  HSO4 HF 2  CHF  0,007 3 3  h  K  5,59.10 0,007  101,99  2,03.10  0,01M 1 h2 0,007  0,095  0,086  0,1M h2  K 0,007  10  3,17 Ta thấy kết lặp Vậy h = [H+] =0,013M  [F-] = 5,2.10-3M; [SO42-] = 7,87.10-3M; [K+] = 0,01M Khoá luận tốt nghiệp 66 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 2.4 Cân dung dịch chứa axit yếu bazơ liên hợp với Xét dung dịch đơn axit HA(Ca) bazơ liên hợp(Cb) Trong dung dịch có cân bằng: H+ + OH- H2O HA H+ + A- A- +H2O Hoặc Kw Ka (2 1 Kb = K w K a HA + OH- (2.45) Cân (2.44) mô tả tượng dung dịch có phản ứng axit Nếu pH cân (2.45) mô tả tượng dựa vào để tính pH: C [] A- + H2O HA + Cb Ca Cb  x  (Ca + x ) OH- Kb x C a Khi x = [OH ] > …  n tính theo (1) dung dịch đơn axit yếu  Trường hợp 2: Nếu  i xấp xỉ ta sử dụng phuơng pháp giải lặp Ví dụ 1: Tính cân dung dịch Ni(NO3)2 5.10-2M Bài giải Trong dung dịch xảy trình sau: Khoá luận tốt nghiệp 69 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Ni(NO3)2  Ni2+ + 2NO3Ni2+ + H2O NiOH+ + H+   = 10-8,94 (1) Kw (2) H+ + OH- H2O So sánh (1) (2) ta thấy  C >> K w nên coi cân (1) chiếm ưu tính cân theo ĐLTDKL cho cân Ni2+ + H2O C 5.10-2 [] 5.10 2  x x H   NiOH   7,58 10   Ni   5.10 2 2  = 10-8,94 x x2  10 8,94 5.10 2  x Áp dụng ĐLTDKL ta có phương trình: Ta kết quả:  NiOH+ + H+ 6 M M ; NO3   0,1M ; OH    1,32.109 Ví dụ 2: Tính cân dung dịch Co(NO3)2 0,010M Bài giải Trong dung dịch xảy cân bằng: H2O H+ + OH- Co2+ + H2O CoOH   H   Kw (1)  = 10-11,20 (2)  So sánh (1) (2) ta thấy  C  K w nên bỏ qua cân phân li nước Áp dụng ĐKP với MK Co2+ H2O, ta có:       h  H   CoOH   OH    h  K w   Co 2  K w   Co 2  h h   Chấp nhận Co 2 0  C  0,010M  h1  2,7.10 7  10 6,57 Từ giá trị h1 tính lại Co 2 .1  C 0,01   0,01 1 1  h  10 11, 26,57   Kết lặp Vậy [H+]=10-6,57, Khoá luận tốt nghiệp 70 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học   10 CoOH    Co h 10  2 11, 20 0,01  OH   3,71.10  8  , 57  2,34.107 M, Co 2   0,01M , NO3   0,02M Ví dụ 3: Tính pH hệ gồm Ni(NO3)2 0,05M NH4 NO3 0,37M Bài giải Trong dung dịch có trình sau: Ni(NO3)2  Ni2+ + 2NO3NH4NO3  NH4+ + NO3Ni2+ + H2O  NiOH+ + H+ NH4+ Ka = 10-9,24 + H+ NH3 H+ + OH- H2O   10 8,94 -14 K w = 10 Đánh giá mức độ phân li NH4+: NH4+ C 0,37 [] 0,37- x x Áp dụng ĐLTDKL ta có: Ka = 10-9,24 + H+ NH3 x x2  10 9, 24  x  1,46.10 5  0,37 , 0,37  x coi lượng NH3 sinh không đáng kể, nên chấp nhận bỏ qua tạo phức amin Ni2+ Áp dụng ĐKP với MK Ni2+, NH4+, H2O ta có:       h  H   OH   NH   NiOH  Sau tổ hợp cần thiết ta có:      0,37; Ni   C h  K w  K a NH 4   Ni 2 Chấp nhận NH 4 0  C NH 2  Ni  (1)  0,05 , thay vào (1), tính h1 = 1,64.10-5M = 10-4,78M Thay giá trị h1= 10-4,78 vừa tính vào biểu thức (2) (3) : Khoá luận tốt nghiệp 71 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học NH   C  NH 4 C 2 h (2); Ni 2  Ni 1 (3) để tính lại: 1 h Ka  h NH   0,37 10   10 4,78  0,3  NH 4 9 , 24  10 4, 78 Ni   0,05.1  10 2   8, 94 10 4, 78     0,010  Ni 2 Kết lặp Vậy pH = 4,78 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 3.1 Kết Luận Qua thời gian nghiên cứu đề tài khoá luận tốt nghiệp rút kết luận sau: Đã hệ thống lý thuyết axit – bazơ, qua nhận thức sâu lý thuyết phản ứng axit – bazơ, tầm quan trọng phản ứng axit – bazơ hệ phản ứng Đánh giá gần thành phần cân dung dịch, dự đoán chiều phản ứng Phân loại đưa phương pháp giải tập từ đến nâng cao, giải chi tiết số tập liên quan đến cân axit – bazơ Quá trình vận dụng kiến thức thông qua tập có nhiều hình thức phong phú đa dạng Nội dung đề tài làm tài liệu tham khảo cho giáo viên, học sinh THPT; sinh viên trường Đại học, Cao đẳng có học Hoá học phân tích 3.2 Đề Nghị Để dạng đề tài hoàn thành tốt lần sau có số ý kiến sau: Khoá luận tốt nghiệp 72 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Đối với bạn sinh viên khoá sau nên dành nhiều thời gian tìm kiếm giải thật nhiều tập để phân loại nhiều dạng tập, từ tổng hợp phương pháp giải cho dạng tập Tập làm quen với việc nghiên cứu khoa học sớm để có kinh nghiệm phương pháp cách tiến hành làm đề tài nghiên cứu khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tinh Dung: Hoá học Phân tích, Cân ion dung dịch, NXBGD, Hà Nội; 2000, tái 2001, 2002 Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Quốc Sơn, Trần Thanh Huế, Nguyễn Văn Tòng: Một số vấn đề chọn lọc Hoá học tập II, NXBGD, Hà Nội, 1999; 2004 Nguyễn Tinh Dung, Hoá học Phân tích, Phần I, Lí thuyết sở(cân ion ), NXBGD, Hà Nội 1977 Nguyễn Tinh Dung, Bài tập Hoá học Phân tích, NXBGD, Hà Nội 1982 Nguyễn Tinh Dung: Hoá học Phân tích, phần III, Các phản ứng ion dung dịch nước, NXBGD, Hà Nội, 2003 Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Hoàng Thọ Tín Bài tập Hoá phân tích NXB Đại Học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1984 Nguyễn Tinh Dung – Đào Thị Phương Diệp Hoá học phân tích Câu hỏi tập cân ion dung dịch NXB Đại học sư phạm, 2008 Khoá luận tốt nghiệp 73 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Từ Vọng Nghi Hoá học phân tích phần Cơ sở lý thuyết phương pháp hoá học phân tích NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2007 H A Latinen Phân tích hoá học tập NXB Khoa học Kĩ thuật Người dịch: Nguyễn Tinh Dung, 1975 10 Nguyễn Thạc Cát, Từ Vọng Nghi, Đào Hữu Vinh Cơ sở lý thuyết hoá học phân tích NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp, 1985 11 Hoàng Minh Châu Hoá học phân tích định tính NXB Giáo Dục, 1977 12 Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi Cơ sở hoá học phân tích NXB Khoa học Kĩ thuật, 2002 13 Nguyễn Tinh Dung Hoá học phân tích (Sách Cao Đẳng sư phạm) NXB Giáo Dục, 2002 Khoá luận tốt nghiệp 74 Trường ĐHSP Hà Nội [...]... tính theo phương trình (***) sẽ là pH  pK In, 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ 1.5.1 Phương pháp tổng quát giải phương trình bậc cao Phương pháp tổng quát giải phương trình bậc cao là phương pháp sử dụng điều kiện proton để giải quyết bài toán Với phương pháp này ta có thể áp dụng để giải hầu hết các bài toán một cách chính xác Ví dụ 1: Tính toán cân bằng trong... Thuy Đối với cân bằng: Lớp K33C - Hoá học aA + bB c cC + dD K(a) (1.13) d C   D  K(a) = a b  A  B  (1.14) (i): Chỉ hoạt độ của chất i; K(a): Hằng số cân bằng nhiệt động; (i) = [i].fi ; fi là hệ số hoạt độ của i Ví dụ: 1 Cân bằng axit – bazơ Cân bằng phân li của axit H  A   HA + H - + Ka  A  HA Ka là hằng số phân li axit (hay gọi tắt là hằng số axit) Cân bằng phân li của bazơ HB ... đối với các hệ đa axit thông thường 1.4.8 Các chất chỉ thị axit - bazơ Bản chất của các chất chỉ thị axit – bazơ: Những chỉ thị axit – bazơ là những hợp chất hữu cơ biểu lộ tính axit yếu hoặc bazơ yếu Lý thuyết cổ điển về chỉ thị axit bazơ do Wilhelm Ostwwald đề xuất đầu tiên, đã phân biệt chất chỉ thị axit với chất chỉ thị bazơ, tuỳ theo dạng phân tử chất chỉ thị có tính axit hay tính bazơ Tuy vậy theo... hằng số cân bằng của các quá trình phức tạp bằng cách tổ hợp các cân bằng đơn giản đã biết : A+B C+D K C+D A+B K=K-1 A+B C+D K1 C+D E+G K2 A +B E+G K=K1K2 nA + nB nC + nD K’ = (K)n 1.3 ĐÁNH GIÁ GẦN ĐÚNG THÀNH PHẦN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH Nguyên tắc chung: Mô tả đầy đủ các cân bằng có thể xảy ra So sánh các hằng số cân bằng, nồng độ của các cấu tử để loại bỏ các cân bằng phụ Trong trường hợp đơn giản... OH- trong dung dịch bằng nồng độ của bazơ mạnh 1.4.3.3 Đơn axit yếu Đơn axit yếu (kí hiệu HA) là những chất trong dung dịch có khả năng nhường một phần proton cho nước và dung dịch có phản ứng axit Độ mạnh của các đơn axit yếu được đặc trưng bởi hằng số phân li axit Ka hoặc chỉ số hằng số phân li axit pKa = - lgKa Giá trị Ka càng lớn hay pKa càng bé thì axit càng mạnh Trong dung dịch axit HA xảy ra các... axit và đa bazơ 1.4.4.1 Đa axit Trong dung dịch đa axit HnA có khả năng phân li theo từng nấc HnA H+ + Hn-1A- Ka1 (1.41) (1.42) Hn-1A- H+ + Hn-2A2- Ka2 ……… … ……… … HA(n-1) H+ + An- Kan (1.43) Và có thể coi đa axit như một hỗn hợp gồm nhiều đơn axit Đối với đa số các đa axit nhất là đối với các axit vô cơ thì Ka1 >> Ka2 >> Ka3 >> … >> Kan, nghĩa là sự phân li của đa axit xảy ra mạnh nhất ở nấc đầu và. .. Đệm năng là số mol bazơ mạnh db (hoặc axit mạnh da) cần cho vào một lít dung dịch đệm để làm tăng (hoặc giảm) pH một đơn vị  db da  dpH dpH (1.62) (Dấu âm chỉ pH giảm khi thêm axit)  càng lớn thì hệ có khả năng đệm càng lớn  phụ thuộc vào tổng nồng độ các axit và bazơ liên hợp (dùng để pha hệ đệm) và phụ thuộc vào tỉ lệ nồng độ giữa chúng Đệm năng của hệ gồm đơn axit yếu (Ca) và bazơ liên hợp (Cb)... đó, và khi đã nhường proton thì axit sẽ chuyển thành dạng bazơ liên hợp với nó Cũng vậy, một bazơ thu proton sẽ chuyển thành dạng axit liên hợp tương ứng Có thể mô tả sơ đồ của phản ứng axit – bazơ như sau: A1 Axit 1 B2 + p+ Bazơ 2 A1 + B2 B1 + p+ K1 bazơ liên hợp 1 proton  2 1 A2 axit liên hợp 2 B1 + A2 K= 1 2 (1.21) Như vậy, (1.21) là tổ hợp của hai nửa phản ứng và liên quan đến hai cặp axit – bazơ. .. dịch loãng hoạt độ của các phân tử dung môi bằng 1 Hoạt độ của các chất rắn nguyên chất hoặc các chất lỏng nguyên chất ở trạng thái cân bằng với dung dịch có hoạt độ bằng đơn vị Hoạt độ của các chất khí ở trạng thái cân bằng với dung dịch bằng áp suất riêng phần của khí Trong các dung dịch vô cùng loãng, hoạt độ của các ion và của các phân tử chất tan đều bằng nồng độ cân bằng Trong các dung dịch không... theo cân bằng (1.37) Nếu Ka CHA  Kw thì phải kể đến sự phân li của nước 1.4.3.4 Đơn bazơ yếu Khoá luận tốt nghiệp 22 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Đơn bazơ yếu (kí hiệu A-) là những chất mà trong dung dịch, một phần của chúng có khả năng thu proton của nước và dung dịch có phản ứng bazơ Độ mạnh của các bazơ yếu phụ thuộc vào hằng số bazơ Kb = Kw/ Ka hoặc chỉ số hằng số bazơ ... giải tập cân axit – bazơ (đơn axit – đơn bazơ) ” Mục tiêu đề tài hệ thống nội dung thuyết cân axit – bazơ, qua phân loại đưa phương pháp giải tập minh hoạ lý thuyết, tập nâng cao; làm phương pháp, ... K33C - Hoá học CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ GIẢI BÀI TẬP PHẦN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CÁC ĐƠN AXIT VÀ ĐƠN BAZƠ 2.1 Cân dung dịch chứa đơn axit (đơn bazơ) ... chứa đơn axit (đơn bazơ) mạnh yếu35 2.2 .Cân dung dịch chứa hỗn hợp axit (bazơ) mạnh axit (bazơ) yếu 47 2.3 Cân dung dịch chứa hỗn hợp đơn axit (bazơ) yếu 54 2.4 Cân dung dịch chứa axit yếu bazơ