CHƯƠNG II CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN TRONG HÓA PHÂN TÍCH

CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN NỘI DUNG DUNG DỊCH VÀ NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH ¾ Khái niệm dung dịch ¾ Các loại nồng độ dung dịch cách biểu thị ¾ Các cách quy đổi dạng nồng độ CÂN BẰNG HOÁ HỌC – ĐL TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG ĐƯƠNG LƯỢNG DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD KHÁI NIỆM DUNG DỊCH Dung dịch (dd) hệ đồng thể phân tán phân tử hay ion vào Tùy trạng thái tập hợp chất phân tán MT phân tán dạng dd khác chất phân tán (chất tan) Môi trường phân tán (d_môi) Thành phần thay đổi giới hạn rộng R/L (dd NaCl) L/L (Rượu/H2O) K/L (DD HCl) R/K (bụi/ko khí) R/R (hợp kim) L/K (sương mù) DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ¾ Nồng độ dd: lượng chất tan lượng dmôi xác định ⇒ chất tan ¾ Dung dịch loãng ¾ Dung dịch đậm đặc ⇒ chất tan chiếm tỷ lệ lớn ¾ Dung dịch bão hoà ⇒ chứa chất tan tối đa Các đại lượng liên quan đến chất tan dung môi dung dịch • m (g): Khối lượng chất tan • Vx (ml): Thể tích chất tan • q (g) : Khối lượng dung môi • V (ml) : Thể tích dd cho hoà tan m (g) vào Vx (ml) dung môi • d (g/ml): Khối lượng riêng dd thu DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DD ¾ Độ tan S: lượng chất tan 100 g dung môi để tạo nên dd bão hoà (ở điều kiện to P xác định) m S = 100 q ¾ Nồng độ khối lượng (g/l): Số g chất tan có lít dd ¾ Độ Cg/l m = 1000 V chuẩn (T): Số g (hay mg) chất tan ml DD Tg / ml m = V Tmg / ml m = 1000 V DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DD ¾ Nồng độ phần trăm (%): Có ba dạng biểu diễn ™%(khối lượng/khối lượng): số g chất tan 100 g dd m C %( KL / KL) = 100 m+q ™%(khối lượng/thể tích): số g chất tan 100 ml dd m C %( KL / TT ) = 100 V ™%(thể tích/thể tích): số ml chất tan 100 ml dd Vx C %( TT / TT ) = 100 V DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DD ¾ Nồng độ phần triệu (ppm): Biểu diễn khối lượng chất tan có 106 lần khối lượng mẫu đơn vị ppm = g chất tan 106 g hay 1000 kg mẫu = mg chất tan 106 mg hay kg mẫu m C ( ppm ) = 10 m+q ™ Nếu mẫu lỏng dd loãng ⇒ d ≈ g/ml ⇒ C(ppm) = C(mg/l) ¾ Nồng độ mol: Số mol chất tan lít dd CM m 1000 = M V DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DD ¾ Nồng độ molan: biểu diễn số mol chất tan 1000 g dung môi m 1000 Cm = M q ¾ Nồng độ phần mol: tỷ số số mol cấu tử i (ni) tổng số mol chất tạo thành dd ni Ni = N DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DD ¾ Nồng độ đương lượng: Số đương lượng chất tan lít dung dịch m 1000 CN = Đ V ¾ Đương lượng (Đ): phần khối lượng nguyên tố hay hợp chất kết hợp hay thay vừa đủ với đơn vị đương lượng, đương lượng nguyên tố khác Một đơn vị đương lượng 1,008 phần khối lượng H2 hay phần khối lượng O2 DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ CÁCH TÍNH ĐƯƠNG LƯỢNG ¾ Đối với nguyên tố: MX ĐX = n • ĐX : Đ nguyên tố X • MX : KLNT X • n : Số hoá trị X ¾ Đối với hợp chất AB: Đ AB M AB = n • ĐAB : Đ hợp chất AB • MAB : KLPT AB • n : Số đơn vị đương lượng ⇒ Số đơn vị đương lượng n thay đổi tùy theo phản ứng 10 DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ ĐƯƠNG LƯỢNG HỢP CHẤT ¾ AB chất oxy hoá - khử: n số điện tử trao đổi ứng với mol AB 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O M KMnO4 158,03 7+ 2+ = = 31,6 KMnO4: Mn Mn : Nhận e ⇒ ĐKMnO4 = 5 Cl2 Cr2O72− S4O62− + + 2e− → 2Cl− + 6e− → 2Cr3+ 2e− → S2O32− Fe2(SO4)3 + 2e− → 2FeSO4 Đ(Cl2 ) = M (Cl2 ) / Đ(HCl) = M(HCl) / Đ(K2Cr2O7) = M/ Đ(CrCl3 ) = M / Đ(Na2S4O6) = M / Đ(Na2S2O3) = M / Đ(FeSO4) = M / Đ(Fe2(SO4)3 ) = M / 11 DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ ĐƯƠNG LƯỢNG HỢP CHẤT ¾ AB axit hay baz: n số ion H+ hay OH- thực tham gia phản ứng mol AB ™ Với axit đơn chức (HCl, HNO3), baz đơn chức (NaOH, KOH hay NH4OH (NH3)) ⇒ Đ = M ™ Với axit hay bazo đa chức ⇒ đương lượng tuỳ thuộc vào phản ứng Ví dụ, với Na2CO3, có hai đương lượng khác tuỳ phản ứng Na2CO3 + Na2CO3 + 2HCl = HCl = NaHCO3 + NaCl NaCl + CO2 + H2O ⇒ Đ = M/1 ⇒ Đ = M/2 12 DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ ĐƯƠNG LƯỢNG HỢP CHẤT ¾ AB hợp chất ion (muối): ĐAB lượng AB có khả trao đổi với mol ion mang điện tích +1 hay -1 Đ(NaCl) = M/ Đ(BaCl2) = M/2 Đ(Fe2(SO4)3 ) = M/6 13 DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ ĐƯƠNG LƯỢNG HỢP CHẤT ¾ AB phức chất: ¾ Nếu AB phức chất tạo thành từ kết hợp ion kim loại trung tâm Mn+ với phối tử L (ligand) theo PỨ: Mn+ + xL = [MLx]m ⇒ Đương lượng phức chất (hoặc thành phần) xác định giống ĐL muối Ví dụ: Cu2+ + NH3 = [Cu(NH3 )4]2+ Đ(Cu2+) = M /2 Đ [Cu(NH3 )4]2+ = M /2 Đ(NH3) = M / ½ = 2M 14 DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DD ™ Pha trộn từ hai dung dịch biết nồng độ ma c − b = mb a − c + a, b: Nồng độ % dung dịch ban đầu (a > b) + c : Nồng độ % dung dịch mong muốn + ma, mb: Khối lượng dung dịch nồng độ a b ™ Liên hệ số nồng độ thông dụng CN CM = n CM 10.C %.d = M 10.C %.d CN = Đ 15 HOẠT ĐỘ ™ Trong dd, chất tan → ion Khi có đồng thời nhiều ion dd ⇒ lực tương tác ion μ ⇒ Giảm khả hoạt động ion ⇒ Ion diện với nồng độ hiệu dụng a (thay c) a = f.c hoạt độ hệ số hoạt độ (phụ thuộc μ) n ™ Công thức tính lực ion μ μ = ∑ C i Z i i =1 ™ ™ Từ μ ⇒ suy f theo công thức nghiệm hay bảng tra sổ tay (sách trang 30 – 31) 16 HOẠT ĐỘ Ví dụ : Tính hoạt độ dung dịch KCl K+, Cl− nước có C = 0,01M KCl → K+ + Cl− aKCl = aK+ = aCl− = 0,89×0,01 = 0,0089 M Lưu ý: ™ Dung dịch loãng ⇒ μ ≈ nên f = a = c ™ Hoạt độ thường ký hiệu dấu () ™ Trong HPT, dd thường loãng nên thường lấy f =1 17 QUÁ TRÌNH HOÀ TAN VÀ TẠO TỦA Quan sát tượng sau: ™ ™ ™ Khi cho muối vào nước ⇒ muối tan ⇒ Hoà tan Khi tiếp tục cho muối vào dung dịch ⇒ dung dịch bão hòa ⇒ muối không tan Khi cho bay dung dịch bão hoà ⇒ muối rắn tách ⇒ Quá trình kết tủa ¾ Quá trình hòa tan kết tủa hai tượng ngược phản ứng thuận nghịch (1) ⎯ ⎯→ AgNO3 + NaCl ←⎯⎯ AgCl ↓ + NaNO3 (2) Theo (1) : phản ứng tạo tủa AgCl với vkt Theo (2) : phản ứng hòa tan AgCl với vht (1) = (2) vkt = vht ⇒ Hệ đạt trạng thái cân 18 QUÁ TRÌNH HOÀ TAN VÀ TẠO TỦA (1) ⎯ ⎯→ AgNO3 + NaCl ←⎯⎯ AgCl ↓ + NaNO (2) ¾ Tại trạng thái cân bằng, tích số hoạt độ (Ag+)(Cl-) số gọi tích số tan AgCl, ký hiệu TAgCl TAgCl = (Ag+)(Cl-) = aAg+.aCl- ¾ Tổng quát: ¾ Nếu hợp chất AB: AB↓ ⇔ An+ + Bn- TAB = aA+.aB− = [An+].[Bn−].fA.fB (fA,fB : hệ số hoạt độ A,B) ¾ Nếu hợp chất AmBn : AmBn → mAn+ + nBm− TAmBn = aAn+m× aBm−n = [An+]m.[Bm−]n fAm.fBn 19 QUÁ TRÌNH HOÀ TAN VÀ TẠO TỦA LIÊN HỆ GIỮA ĐỘ TAN VÀ TÍCH SỐ TAN ™ Độ tan: Với chất điện ly tan, độ tan khả tan tối đa → tạo thành ion dung dịch Đơn vị độ tan: g/l hay mol/l ™ Xét tổng quát, AmBn chất điện ly tan dung dịch ion khác diện, ta có AmBn ↔ mAn+ + nBm− S mS nS Do chất tan nên c nhỏ f ~1 ⇒ a ~ c TAmBn = [An+]m.[Bm−]n S= m +n TAmBn m m n n 20 CÂN BẰNG HOÁ HỌC ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯỢNG ¾ Thực tế, có nhiều loại phản ứng hoá học khác nhau: ™ Phản ứng hoàn toàn: chất phản ứng hết với nhau, ví dụ: ™ 2H2 + O2 → 2H2O Phản ứng không hoàn toàn (thuận nghịch): phản ứng không diễn đến ⇒ đạt cân H2 + I2 ⇔ 2HI ¾ Với PƯ thuận nghịch, định luật tác dụng khối lượng: (1) ⎯ ⎯→ aA + bB ←⎯⎯ cC (2) + dD ( D )d (C )c [ D ]d [C ]c K= = a b ( A) ( B ) [ A]a [ B ]b 21 ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG ĐƯƠNG LƯỢNG ¾ ĐL Danton: “Trong phản ứng hóa học, đương lượng chất thay hay kết hợp với đương lượng chất khác mà thôi” Với phản ứng: A + B → D + E mA mB mA ÑA hay = = ÑA ÑB mB ÑB V A C A = VB C B • mA, mB : khối lượng A, B • ĐA, ĐB : đương lượng gam A, B • VA,, VB: Thể tích A B tác dụng vừa đủ với 22