Chuyên đề cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan không phải là một chuyên đề dễ. Lý thuyết về chuyên đề này không nhiều, chủ yếu là bài tập. Tuy nhiên, những bài tập này khá phức tạp và đòi hỏi khả năng tìm tòi, nghiên cứu. Và các bài tập này thường có trong các đề thi học sinh giỏi cấp thành phố, quốc gia, Olympic 304,…Chính vì vậy, đó cũng chính là lý do mà chúng em lại chọn Chuyên đề cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan làm nội dung báo cáo trong đợt làm báo cáo chuyên đề của học sinh chuyên này. Không chỉ vậy, chúng em cũng muốn nhân dịp làm sổ tự học này để có thời gian tìm hiểu rõ, sâu hơn về Chuyên đề cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan, từ đó tạo tiền đề để chúng em học tốt môn chuyên ở học kì II vì đây là nội dung mà chúng em sắp được học. Sau đây là bài báo cáo về Chuyên đề cân bằng trong dung dịch chất điện li ít tan của nhóm chúng em. Kính mời quý thầy cô và các bạn cùng xem qua, và cùng góp ý để chúng em kịp thời bổ sung thêm và hoàn thiện những kiến
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ CẦN THƠ TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÝ TỰ TRỌNG CHUYÊN ĐỀ Cần Thơ, 20122013 MỤC LỤC Trang A- LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI B- CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI ÍT TAN I Độ tan tích số tan 1) Độ tan 2) Tích số tan 3)Quan hệ độ tan tích số tan 4) Nguyên tắc tính độ tan tích số tan * tính tích số tan từ độ tan * tính độ tan từ tích số tan 5) Tính tích số tan độ tan từ giá trị khử chuẩn 10 6) Áp dụng định luật bảo toàn proton để đánh giá độ tan 10 7) Tích số tan điều kiện 12 8) Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan, tích số tan 15 * lượng dư thuốc thử 15 * ảnh hưởng pH 15 * ảnh hưởng chất tạo phức 16 * ảnh hưởng đồng thời pH phản ứng tạo phức 16 II Điều kiện xuất kết tủa kết tủa hoàn toàn 18 1) Điều kiện xuất kết tủa 18 2) Sư kết tủa hoàn toàn 19 III Sự kết tủa phân đoạn 19 IV Sự hòa tan kết tủa khó tan 24 V- Hệ số hoạt độ 25 C BÀI TẬP 26 II Bài tập tự luận (kèm giải) 26 III.Bài tập trắc nghiệm (kèm đáp án) 77 D.TƯ LIỆU THAM KHẢO 95 A- LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Học kì I kết thúc với nhiều ý nghĩa thành viên nhóm chúng em Chúng em học nhiều kiến thức quý giá từ thầy cô mà bạn học phổ thông khó mà biết Cũng giống học kì I, bắt đầu học kì lúc học sinh chuyên chúng em phải làm Sổ tự học để trình bày kiến thức chuyên đề mà chúng em thầy cô giảng dạy, bên cạnh nội dung mà chúng em học học kì II Dù học hay chưa học, nội dung mà chúng em đưa phải đầy đủ sâu kiến thức mà chúng em học dựa nghiên cứu, tự học thành viên nhóm Sau có bàn bạc kĩ lưỡng thành viên, nhóm chúng em định chọn nội dung để báo cáo là: Chuyên đề cân dung dịch chất điện li tan Chuyên đề cân dung dịch chất điện li tan chuyên đề dễ Lý thuyết chuyên đề không nhiều, chủ yếu tập Tuy nhiên, tập phức tạp đòi hỏi khả tìm tòi, nghiên cứu Và tập thường có đề thi học sinh giỏi cấp thành phố, quốc gia, Olympic 30/4,…Chính vậy, lý mà chúng em lại chọn Chuyên đề cân dung dịch chất điện li tan làm nội dung báo cáo đợt làm báo cáo chuyên đề học sinh chuyên Không vậy, chúng em muốn làm sổ tự học để có thời gian tìm hiểu rõ, sâu Chuyên đề cân dung dịch chất điện li tan, từ tạo tiền đề để chúng em học tốt môn chuyên học kì II nội dung mà chúng em học Sau báo cáo Chuyên đề cân dung dịch chất điện li tan nhóm chúng em Kính mời quý thầy cô bạn xem qua, góp ý để chúng em kịp thời bổ sung thêm hoàn thiện kiến thức B- CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI ÍT TAN Trong số chất điện li, có chất dễ tan(các muối nitrat, axetat,…) có chất khó tan (các halogenua Ag, Pb, Hg(I); sunfua kim loại kiềm thổ, Pb…) Đối với hợp chất điện li khó tan, ta có cân điện li: MmAn mMn++ nAm- Chất điện li khó tan I - ĐỘ TAN VÀ TÍCH SỐ TAN 1/ Độ tan Trong dung dịch nước bão hòa hợp chất tan MmAn có cân động pha rắn dung dịch bão hòa: MmAn mMn++ nAmNồng độ chất tan dung dịch bão hòa nhiệt độ xác định gọi độ tan S Độ tan biểu diễn theo đơn vị g/ 100g dung dịch; g/lít thường hay biểu diễn theo mol/lít 2/ Tích số tan Khi bỏ vào nước hợp chất rắn tan để dung dịch bão hòa, phần chất rắn tan phần chất rắn lại không tan có cân động Ví dụ: Với hợp chất rắn tan bạc clorua (AgCl), cân là: AgCl(r) AgCl(dd) Vì độ tan AgCl nước bé, dung dịch bão hòa có nồng độ thấp nên AgCl phân li hoàn toàn thực tế cân thiết lập AgCl không tan ion Ag + Cl- AgCl(r) Ag+(dd) + Cl-(dd) Áp dụng định luật tác dụng khối lượng vào hệ cân dị thể ta có số cân là: K = [Ag+].[Cl-] Hằng số gọi tích số tan AgCl kí hiệu TtAgCl: [Ag+].[Cl-] = TtAgCl Vậy tích số tan hợp chất tan tích nồng độ ion dung dịch bão hòa hay dung dịch tiếp xúc với pha rắn chất Trong trường hợp tổng quát, với chất rắn tan có công thức AmBn phân li nước cho m ion A+ n ion B-: AmBn mAn+ + nBmTích số tan là: Tt Am Bn = [An+]m.[Bm-]n Tích số tan số, độ lớn phụ thuộc vào chất chất tan, chất dung môi nhiệt độ Ở nhiệt độ xác định, tích số tan chất điện li số *CHÚ Ý: Cần phân biệt tích số tan tích số ion *Tích số tan: Với chất rắn tan có công thức AmBn phân li nước cho m ion A+ n ion B-: AmBn mAn+ + nBmTích số tan là: Tt Am Bn = [An+]m.[Bm-]n *Tích số ion hợp chât tan tích nồng độ ion trước xảy phản ứng kết tủa, có biểu C C thức giống hoàn toàn K S K S m n C A C B # C KS C Khi đánh giá độ tan có kể đến ảnh hưởng lực ion cần phải biểu diễn theo tích số tan nồng độ K S C [A’]m[B’]n = K S = KS Với giá trị nghịch đảo hệ số hoạt độ f : Tích số tan sử dụng để: • So sánh độ tan chất tan "đồng dạng" • Xem dung dịch bão hoà hay chưa: C mA C Bn > T: dung dịch bão hoà => xuất kết tủa C mA C Bn = T: dung dịch bão hoà C mA C Bn < T: dung dịch chưa bão hoà => không xuất kết tủa • Tính độ tan chất tan (muối, hidroxit) 3/ Quan hệ độ tan tích số tan Độ tan (S) chất nồng độ chất dung dịch bão hoà Độ tan thường biểu diễn theo nồng độ mol/l Độ tan tích số tan đại lượng đặc trưng cho dung dịch bão hoà chất tan Do đó, tích số tan độ tan có mối quan hệ với nhau, điều có nghĩa ta tính độ tan chất tan từ tích số tan ngược lại 4/ Nguyên tắc tính độ tan tích số tan a) Tính tích số tan từ độ tan Để tính tích số tan (Ks) theo độ tan cần mô tả cân dung dịch, lập biểu thức tích số tan , biểu diễn nồng độ chất theo độ tan tính tích số tan Xét ví dụ : Tính tích số tan AgCl dung dịch bão hòa AgCl Biết độ tan AgCl lở 20°C 1,001.10-5 M Giải : Các trình xảy : AgCl ⇋ Ag + + ClAg + + H2O ⇋ AgOH + H+ , *β = 10-11,7 Độ tan SAgCl = [Ag+] + [AgOH] = 1,001.10-5 Do *β bé nên xem tạp phức hidroxo không đáng kể, nên : SAgCl = [Ag+] = [Cl-] Ta có : Ks = [Cl-].[Ag+] = (1,001.10-5)2 = 1,002.10-10 Bài tập tương tự: Bằng thực nghiệm xác định 200C, 100ml dung dịch bão hòa BaSO4 có 0,245mg BaSO4.Tính T BaSO Giải BaSO4 Ba2+ + SO 24− Ba + H2O BaOH+ + H+ KS ? * β = 10-13,36 SO 24− + H2O HSO −4 + OH- Kb = 10-12 Gọi S số mol BaSO4 tan lít dung dịch , ta có: S= 0,245.10 −3 = 1,05.10-5 mol/l 0,1.233 Độ tan S BaSO = [Ba2+ ] + [ BaOH+] = 1,05.10-5 Do * β , Kb bé nên: S BaSO = [Ba2+ ] = [SO 24− ] Ta có: KS = [Ba2+ ].[SO 24− ] = (1,05.10-5)2 = 1,1.10-10 b) Tính độ tan từ tích số tan Khi tính độ tan chất cần phải : Mô tả cân xảy dung dịch , kể cân phụ Đánh giá mức độ xảy trình phụ dựa vào số cân Thiết lập biểu thức tính tích số tan Thiết lập biểu thức tính nồng độ phần tử khác sinh trình phụ Tổ hợp biểu thức rút với biểu thức tích số tan để đánh giá độ tan Xét ví dụ: Tính độ tan BaSO4 dung dịch bão hòa BaSO4, cho Ks BaSO4 = 10-9,96 Giải : Quá trình hòa tan : BaSO4 ⇋ Ba2+ + SO4 2- (1) Ba2+ + H2O ⇋ BaOH+ + H+ , *β = 10-13,4 (2) SO4 2- + H2O ⇋ HSO4 - + OH- , Kb = 10-12 (3) Các số cân trình (2), (3) bé nên bỏ qua hai trình phụ tính độ tan dựa vào trình (1) BaSO4 ⇋ Ba2+ + SO4 2- (1) , Ks BaSO4 = 10-9,96 S S S Ks BaSO4 = 10-9,96 → S = 10-9,96 = 1,05.10-5 Bài tập tương tự: Tính độ tan CaSO4 Ở 250C , biết tích số tan T CaSO = 6.10-5 Giải Qúa trình hòa tan: CaSO4 Ca2+ + SO 24− (1) Ca2+ + H2O CaOH+ + H+ * β =10-12,6 (2) SO 24− + H2O HSO −4 + OH- Kb = 10-12 (3) Các số cân trình (2), (3) bé nên bỏ qua hai trình phụ tính độ tan dựa vào trình (1) CaSO4 Ca2+ + SO 24− KS = 6.10-5 S S S 10 89 90 91 92 93 94 95 ĐÁP ÁN CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 96 Ag+ Al3+ Ba2+ Bi3+ Ca2+ Cd2+ Co2+ Co3+ Cu+ Cu2+ Cr3+ Fe2+ Fe3+ Hg2+ Hg 22+ Mg2+ Mn2+ Ni2+ Pb2+ Sn2+ Sr2+ Zn2+ AsO 34− BO2- CNO- CO CH3COO- C2O4- T2(tatrat) 22,2 15,8 50,1 9,4 18,2 32,7 28,1 2,4 6,6 11,09 2,7 6,2 2− 10,46 Oxin (Oxinat) CN16,0 29,0 8,6 8,5 8,30 6,8 8,35 13,74 12,8 8,75 7,8 7,7 9,6 7,5 10,5 6,7 6,1 19,5 35,1 20,1 23,38 20,2 31,86 16,05 14,7 13,0 19,7 28,7 25,5 35,4 9,3 6,87 13,14 4,4 9,4 10,05 18,0 27,0 10,0 10,0 6,4 8,9 9,7 39,3 20,4 15,5 CHỈ SỐ TÍCH SỐ TAN (pKS =-lgKS ) 250C 97 Ag+ Al3+ Ba2+ Bi3+ Ca2+ Cd2+ Co2+ Co3+ Cu+ Cu2+ Cr3+ Fe2+ Fe3+ Hg2+ Hg 22+ Mg2+ Mn2+ Ni2+ Pb2+ Sn2+ Sr2+ Zn2+ Cl- Br- I- IO3- SCN- Fe(CN)64- Fe(CN)63- Hg(SC N)42- 10,0 12,30 16,0 7,51 11,96 44,07 6,73 8,3 F- 24,0 8,81 5,82 6,15 7,64 10,41 10,4 12,0 17,38 14,7 5,42 6,54 15,9 7,48 14,77 7,13 40,5 17,3 22,4 28,33 17,89 19,52 11,9 20,1 8,18 4,8 5,68 7,86 12,61 6,45 5,39 4,7 12,1 14,9 14,5 15,68 7,49 7,51 CHỈ SỐ TÍCH SỐ TAN (pKS =-lgKS ) 25 C (tiếp theo) CHỈ SỐ TÍCH SỐ TAN (pKS =-lgKS ) 250C (tiếp theo) 98 Ag+ Al3+ Ba2+ Bi3+ Ca2+ Cd2+ CrO4211,89 9,93 P2O72- PO4317,59 18,2 22,5 22,9 28,92 32,6 Co2+ Co3+ Cu+ Cu2+ Cr3+ Fe2+ Fe3+ Hg2+ Hg 22+ Mg2+ 34,7 5,44 15,1 HPO42- SO424,83 SO3213,9 7,40 6,5 6,58 9,96 4,62 27,20 Pb2+ Sn2+ Sr2+ Zn2+ 12,8 13,7 47,6 35,2 17,2 12,4 5,82 4,65 27,4 35,42 9,9 6,2 (a) 22,62 (lục) 17,0 (tím) (b) MgNH4PO4 Mg2++NH4+ + PO43- 14,0 19,8 29,8-30,7 15,1 37 25,5 6,13 51,8(đen) 52,4(đỏ) có HgS+Hg 12,6 7,66 9,6(hồng lục) 12,6 (lục) 18,5( α ) 24,0( β );25,7(γ ) 26,6 25,0 26,2 30,3 43,53 30,4 5,43 13,55(hoạt động) 14,20 (muồi) 14,2 (xanh) 14,8 (hồng mới) 15,7 (hồng để lâu) 20,4( α );24,7( β ) 6,7 Mn2+ Ni2+ 97,0 26,1 36,9 (a) 26,4 21,9 13,7 OH7,7 32,4 7,1 18,7 8,70 S249,2 6,46 không bền 9,2(hoạt động) 10,9 14,7 (mới) 14,2 (muồi) 14,9;15,1(vàng) 15,3 (đỏ) 23,8( α ) 21,6( β ) pKS = 12,6 99 D- TƯ LIỆU THAM KHẢO Ngoài phương pháp xác định thực nghiệm, tích số tan chất tính từ kiện nhiệt động học Ví dụ tích số tan bạc clorua (AgCl) tính sau: Ta có cân trình hòa tan AgCl là: AgCl(r) Ag+(dd) + Cl-(dd) Với kiện nhiệt động chất: ∆H 0298 : ∆S 298 : -127,1 105 -167,1 kJ/mol 96,11 72,62 56,53 J/mol Đối với trình hòa tan ta tính : ∆H t0 = 105 – 167,1 + 127,1 = 65,5 kJ/mol ∆S t = 72,6 + 56,53 – 96,11 = 33,04 J/mol Và: ∆G t0 = 65500 – 33,04.298 = 5560 J/mol Vì: ∆G t = -2,303RTlgTtAgCl Hay: lgTtAgCl = − vậy: 5560 = −9,74 2,303.8,314.298 TtAgCl = 1,8.10-10 CHUẨN ĐỘ KẾT TỦA 100 Phương pháp Mo(Mohr) Phương pháp dựa việc sử dụng K2CrO4 làm thị để xác định halogenua AgNO3 Tại điểm cuối chuẩn độ có xuất kết tủa đỏ gạch Ag2CrO4 Để đảm bảo đổi màu rõ điểm dừng chuẩn độ , ngu7oi2 ta thường dùng 1-2ml K2CrO4 5% 100ml dung dịch chuẩn độ Để đảm bảo độ xác cần thiết, nên chuẩn độ vùng pH từ đến 10 Phương pháp chủ yếu dùng để chuẩn độ clorua nguyên tắc dùng để xác định xác bromua clorua Độ nhạy chất thị phụ thuộc nhiều yếu tố, quan trọng lànồng độ chất thị, pH dung dịch, nhiệt độ Có thể tính nồng độ CrO42- để kết tủa Ag2CrO4 xuất điển tương đương phép chuẩn độ Chẳng hạn phép chuẩn độ NaCl kết tủa Ag2CrO4 xuất có: Ở đây, KS(AgCl) = 1,0.-10 ; KS(AgCrO ) = 1,29.10-12 Độ xác phép chuẩn độ phụ thuộc pH dung dịch Khi tăng pH cao có nguy xuất kết tủa bạc oxit Ở pH thấp độ nhạy thị giảm độ tan Ag 2CrO4 tăng Phương pháp Vôn-ha(Volhhard) Phương pháp Vôn-ha(Volhhard) dựa vào phạn ứng chuẩn độ ion Ag+ ion thioxianat SCN-, dùng ion Fe3+ làm chất thị Ag+ + SCN- AgSCN Tại điểm cuối chuẩn độ có xuất màu đỏ ion phức FeSCN2+: 101 Fe3+ + SCN- FeSCN2+ Phương pháp dùng để chuẩn độ trực tiếp thioxianat AgNO chuẩn độcác halogenua cách cho dư AgNO3 chuần độ AgNO3 thioxianat Phương pháp có ưu điểm chuẩn độ môi trường axit, điều thực với phương pháp Mo 102 Nhận xét giáo viên 103