CHƯƠNG III HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC

NỘI DUNG CHÍNHCác hằng số đặc trưng quan trọng của các hệ PỨ ¾Hệ trao đổi điện tử: Bán cân bằng oxy – hoá khử Cân bằng oxy – hóa khử ¾Hệ trao đổi tiểu phân Bán cân bằng acid – b

Trang 2

NỘI DUNG CHÍNH

Các hằng số đặc trưng quan trọng của các hệ PỨ

¾Hệ trao đổi điện tử:

Bán cân bằng oxy – hoá khử

Cân bằng oxy – hóa khử

¾Hệ trao đổi tiểu phân

Bán cân bằng acid – baz

Bán cân bằng tạo tủa

Bán cân bằng tạo phức

Cân bằng trao đổi tiểu phân giữa hai đôi

2

Trang 3

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

BÁN CÂN BẰNG

Bán cân bằng là quá trình cho nhận điện tử giữa hai dạng oxy hoá (Ox) và khử (Kh) của một đôi oxy hoá khử liên hợp.

)

( ln

Kh

Ox nF

RT E

3

Trang 4

đặc trưng cho khả năng oxy hoá hay khử của hai

¾ Khi có mặt chất rắn: (a rắn ) = 1

¾ Khi có mặt chất khí: p khí = 1

] [

]

[ ln

059 ,

0

Kh

Ox n

E

E = o +

4

Trang 5

là quá trình cho – nhận điện tử xảy ra giữa hai đôi oxy hoá khử khác nhau.

2Fe3+ + Sn2+ ⇔ 2Fe2+ + Sn4+

Khi trộn hai đôi Ox1/Kh1 và Ox2/Kh2 với nhau:

2 1

1 2

] [

]

[ )

1

n n

Kh Ox

Kh

Ox

5

Trang 6

Khi chứa cùng lúc hai đôi, khi cân bằng ⇒ E 1 = E 2

Áp dụng phương trình Nerst và biến đổi ta có:

¾ > 0 hay : K(1) > 1 ⇒ PƯ theo chiều

(1) hay Ox1 oxy hoá mạnh hơn Ox2 và Kh1 < Kh2 Ngược

lại, PƯ xảy ra theo (2) và Ox 1 < Ox 2 và Kh 1 > Kh 2

¾Trị số E o của cặp Ox/Kh → cường độ oxy hoá của

Ox Ox càng mạnh thì Kh càng yếu.

o o

E

E1 − 2

059 , 0

)

2 1

10 )

1 (

o o

E E

n n

K

−

=

o o

E

E1 > 2

66

Trang 7

¾ Từ E o → Dự đoán chiều phản ứng khi trộn

)

2 1

10 )

1 (

o o

E E

n n

K

−

=

7

Trang 8

¾ Dự đoán chiều PƯ theo E o chỉ đúng khi không có cấu

tử khác tham gia vào hệ

đoán chỉ dựa vào E o có thể sai.

9 Ví dụ: Khi H + tham gia vào BCB của đôi Ox 1 /Kh 1 :

H n

Kh

Ox n

E

] [

]

[ lg

059 ,

0

1 1

+

++

=

] [

]

[ lg

059 ,

0

2

2 2

Kh

Ox n

E

E = o +

2

1 2

2 1

1 2

] [

]

[ )

1

n n

H Kh

Trang 9

THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DD CHỨA HAI ĐÔI Ox/Kh

Khi đôi Ox1/Kh1 tác dụng với Ox2/Kh2 và :

n2Ox1 + n1Kh2 → n1Ox2 + n2Kh1

¾ Nếu thêm dần Ox1 vào Kh2 đến khi số ĐLượng của chúng bằng nhau hoặc trộn theo số ĐL bằng nhau ⇒

Điểm tương đương

¾ Thế của dd tại điểm tương đương: Thế tương đương

¾ Tại điểm tương đương:

o o

E

E1 > 2

2

1 1

2 1

2 2

1 2

2 1

1

2 2

1 1

] [

]

[ ]

[

]

[ ]

[

] [

n

n Kh

Ox và

n

n Kh

Ox Ox

n Kh

n

Kh n

Ox n

Trang 10

THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DD CHỨA HAI ĐƠI Ox/Kh

] [

]

[ lg

059 ,

0

1

1 1

0 1

Kh

Ox n

E

E td = +

] [

]

[ lg 059 ,

0

1

0 1 1 1

Kh

Ox E

n E

n td = +

] [

]

[ lg

059 ,

Kh

Ox n

E

E td = +

] [

]

[ lg 059 ,

0

2

0 2 2 2

Kh

Ox E

n E

n td = +

E cb = E 1 = E 2 = E tđ

hay hay

2 1

2 2 1

1

n n

E n E

n o o

+

] []

]

[ ] [

]

[ lg

059 ,

0

2

2 1

1 2

Ox Kh

Ox n

+

] [

]

[ ] [

] [

1

2 2

1

Kh

Ox Kh

n ⋅

Tại cân bằng:

2 1

2 2 1

1

n n

E n E

Trang 11

THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DD CHỨA HAI ĐÔI Ox/Kh

*** Khi H + có tham gia vào bán cân bằng của đôi Ox 1 /Kh 1 :

2 2 1

1

n n

E n E

n o o

+

H n

n 0 , 059 lg[ ]

2 1

n Kh

Ox và

n

n Kh

Ox Ox

p n Kh

n

Kh n

Ox n

2

1 1

2 1

2 2

1 2

2 1

1

2 2

1 1

] [

]

[ ]

[

]

[ ]

[

] [

2 2 1

1

n n

E n E

− +

p

Kh H

n n

p m

1 1 2

1

]

[ ] [

lg

059 ,

0

+

E tđ =

11

Trang 12

CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN

BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN

Là quá trình cho nhận tiểu phân p giữa hai dạng cho (D – Donor) và dạng nhận (A – acceptor) trong DD:

A + p D

Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho bán cân bằng:

¾ Theo chiều (1) → quá trình nhận tiểu phân

[

]

[ )

1

(

p A

D

K = β =

] [

] ][

[ )

12

Trang 13

[D i ] = β 1 β 2 ….β i [ A ] [ p ] i

( Với i + i’ = n + 1)

D i - 1 + p ⇄ D i ⇒

Thực tế, quá trình cho nhận p cĩ thể xảy ra theo n nấc

A

] ][

2 2

1 ]

][

[

] [

D

β

⇒ [D 1 ] = β 1 [ A ] [ p ] [D 2 ] = β 2 [ D 1 ] [ p ] = β 1 β 2 [ A ] [ p ] 2

1 ]

][

[

] [

i i

k p

Trang 14

¾ Với nhiều nấc cùng lúc: Để đơn giản, xét quá trình cho nhận hai tiểu phân p cùng lúc:

9 Hằng số bền tổng cộng:

9 Tương quan giữa HS bền tổng với HS bền từng nấc:

2 , 1 2

2 2

, 1

1 ]

2 1

2

1 2

1

] ][

[

]

[ ]

][

[

]

[ ]

D p

D

D p

A D

' 1

2 1

, 1

.

1

.

i n

n

i i

k k

=

= β β β β

14

Trang 15

HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ

A + p D

¾ Bán cân bằng tạo phức: D là phức chất ⇒ BCB tạo phức

HSĐT theo chiều 1: βD (Hằng số bền của phức)

HSĐT theo chiều 2: k (Hằng số phân ly của phức)

¾ Bán cân bằng axit - baz:

Nếu p là H + ⇒ Bán cân bằng axit – baz

A - + H + HA

HA là axit, A - là baz (thuyết Bronsted – Lowry)

Đôi HA/A - được gọi là đôi axit – baz liên hợp

Trang 16

¾ Bán cân bằng axit - baz:

A - + H + HA

Hằng số đặc trưng theo chiều (1): βHA

Hằng số đặc trưng theo chiều (2): k HA = k axit = k a

] ][

k k

Trang 17

A - + H 2 O HA + OH

- Hằng số đặc trưng theo chiều (1):

Hằng số đặc trưng theo chiều (2):

O H b

baz A

k k

k O

H A

OH

HA k

k k

14

2

10 ]

][

[

] ][

Trang 18

HS ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ

9 Axit HA càng mạnh → k HA càng lớn → càng

9 Các sổ tay chỉ cho các giá trị k HA → tính hay

βHA từ các biểu thức tương quan

¾ Bán cân bằng tạo tủa:

⎯→

⎯⎯⎯

← ←⎯⎯⎯⎯→

18

Trang 19

HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ

¾ Bán cân bằng tạo tủa:

A + n p D D↓

Hằng số bền của D:

Hằng số bền của D ↓:

→ S = [D] + [A] thường S ≈ [A] vì [D] ~ 0.

Nếu D không tồn tại ở dạng phức: Từ TST ⇒ S

p A

D

] ][

[

] [

=

β

] [

n m

AmBn

n m

T

S = +

.

19

Trang 20

NỒNG ĐỘ CÁC CẤU TỬ KHI CÂN BẰNG

Xét cân bằng tổng quát:

A + p D 1 + p D 2 + p … D n

Khi biết nồng độ ban đầu của A (CA hay [A] o )

¾ Theo PT bảo toàn khối lượng : [A]o = [D1] + [D2] + …+ [Dn] Thay [D i ] = β1,i [A].[p] i → [A] o = [A] + β1,1 [A].[p] 1 +…+ β1,n [A].[p] n

i

p A

i i

A

1

] [ ,

1 [ ] } [ ].

1 ].{

[ ]

o

p

A A

1

,

1 [ ] } 1

{

]

[ ]

i i

o i

p

A D

1

, 1

} ] [ 1

{

] [ ]

[ ]

[

β β

20

Trang 21

¾Ví dụ: Thiết lập BT hệ số điều kiện αY[H+] theo [H + ] của EDTA H 4 Y với k 1 = 10 -1,99 , k 2 = 10 -2,67 , k 3 = 10 -6,27 , k 4 = 10 -10,95

Trang 22

¾ Ví dụ: Thiết lập biểu thức hệ số điều kiện αY[H+] theo [H + ] của EDTA H4Y với k1 = 10 -1,99 , k2 = 10 -2,67 , k3 = 10 -6,27 , k4 = 10 -10,95

+

− =

α

][

10]

[][

95 ,

10

HY o

) Y(H+

+

− =

α

2 22

,

17 2

2

] [

10 ]

[ ]

) Y(H+

+

− =

α

3 89

, 19 3

] [

10 ]

[ ]

) Y(H+

+

=

α

4 89

, 21 4

] [

10 ]

[ ]

22

Trang 23

Ví dụ: Thiết lập biểu thức hệ số điều kiện αY[H+] theo [H + ] của EDTA H4Y với k1 = 10 -1,99 , k2 = 10 -2,67 , k3 = 10 -6,27 , k4 = 10 -10,95

Trang 24

KHÁI NIỆM CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN

¾ là quá trình cho nhận tiểu phân p giữa hai đôi cho nhận tiểu phân.

1

n D

p A

2

n D

p A

Trang 25

9 > : Cân bằng ưu tiên theo chiều (1)

9 < : Cân bằng ưu tiên theo chiều (2)

2 1

1 2

2 1

2 1 2

2 1

1 2

2 1

) (

)

( ]

[ ]

[ ] [

] [

] [ ]

[ ]

[ ] [

] [

]

[ )

1

(

2

1 1

D

n D n

n n n

n n

D p

A

A p

D D

A

D K

2

n D

2

n D

β

25

Trang 26

NỒNG ĐỘ CÁC TIỂU PHÂN Ở ĐIỂM TƯƠNG ĐƯƠNG

n 2 A 1 + n 1 D 2 n 2 D 1 + n 1 A 2 (a)

¾ Lúc CB: n 1 [A 1 ] = n 2 [D 2 ] và n 1 [D 1 ] = n 2 [A 2 ]

¾ Thay A 2 và D 2 vào biểu thức tính K(1), ta có:

¾ Khi >> : CB hoàn toàn theo chiều (1)

2

1 1 1

1

1 1 2

1

2 1 1

2

2 1

] [

]

[ ]

[

]

[ ]

[

]

[ )

(

)

(

n n

n n n

n n

D A

1

1 2 2

1

) (

)

( ]

n D

n D n

2

n D

β

2 1 0 1 2

1

1 2 2

1

) (

)

( ]

n D

n D n

2 0 1 1

2

) (

)

( ]

1

D

D A

pC pA

Trang 27

⇒ Khó tính toán vì quá phức tạp

¾ Để thuận tiện → đơn giản hoá ⇒ Quy ước:

dưới dạng Fe 3+ + Y 4- FeY - Lúc này, H + và Cl - được xem như tác nhân gây nhiễu lên cân bằng chính.

Trang 28

ỨNG DỤNG

HAY MỨC ĐỘ HỮU HIỆU CỦA BIỆN PHÁP

9 Hằng số cân bằng K khá lớn: K ≥ 10 7 – 10 8

9 Nồng độ còn lại của X khá bé: [X] cl < 10 -5 – 10 -6 M

⇒ [Y]còn lại < 10 -5 – 10 -6 M → đạt hiệu quả

28

Trang 29

9 Phương trình trung hoà điện tích

9 Phương trình tích số ion của nước (hay dung môi)

9 Phương trình bảo toàn vật chất

9 Phương trình hằng số phân ly của axit hay baz.

29

Trang 30

-Thiết lập các PT để rút ra PT tổng quát theo [H+]:

PT hằng số cân bằng axit: (a)

PT bảo toàn khối lượng: [HA] + [A - ] = CHA (b)

PT trung hoà điện: [H + ] = [OH - ] + [A - ] (c)

PT tích số ion của nước: [H + ].[OH - ] = kH2O (d)

] ][

Trang 31

Từ (d) → , thế vào (e) và biến đổi, ta có

***Tổng quát với axit H n A (với k 1 , k 2 … k n ) có nồng độ đầu C o:

] [

]

[ ]

[

]

[ ]

[

]

[ ]

− +

OH H

C k

A

C k

A

HA k

] [

Trang 32

ỨNG DỤNG

pH của dung dịch axit

¾ pH của dd chứa hai đơn axit HA 1 và HA 2

Khi dd chứa đồng thời hai axit HA 1 (k 1 ) và HA 2 (k 2 ) với nồng độ đầu là C 1 và C 2 , có các cân bằng:

Trang 33

ỨNG DỤNG

pH của dung dịch baz

Cách tính pH của dd baz hoàn toàn tương tự như dd axit

⇒ Phương trình tính [OH - ] hoàn toàn tương tự như phương trình tính [H + ] ở các phần trên, chỉ thay:

¾ [H + ] = [OH - ]

¾ k axit = k baz

33

Trang 34

ỨNG DỤNG

pH của dung dịch gồm axit – baz liên hợp

¾ DD chứa axit yếu và muối của nó

Nếu dd chứa axit yếu HA (nồng độ C A ) và baz liên hợp

A - (nồng độ C B ) thì PT tính pH có dạng:

¾ DD chứa baz yếu và axit liên hợp của nó

Nếu như dd chứa baz yếu A - (nồng độ C B ) và axit liên hợp HA (nồng độ C A ) thì PT tính pH có dạng:

[H + ] 3 +(C B + k HA ) [H + ] 2 - (C A k HA + k H2O ) [H + ] -k HA k H2O = 0

[OH - ] 3 + (C A + k A ) [OH - ] 2 - (C B k A + k H2O ) [OH - ] - k A .k H2O = 0

34

Trang 35

ỨNG DỤNG

pH của một đơn axit trong nước

Từ cơng thức tổng quát ⇒ các cơng thức đơn giản :

Công thức đơn giản Điều kiện của Phạm k vi áp ĐK dụng nồng độ (M)

Nếu kHA và CHA khá lớn :

Trang 36

ỨNG DỤNG

¾pH của một diaxit trong nước

9 Xem điacid H 2 A như một đơn acid có k HA = k 1 khi

và

(xem thêm bảng 3.2 trang 53)

9 Nếu k 1 và k 2 khá bé (bảng 3.3 trang 53):

[H + ] 2 = C o (k 1 + k 2 )

¾pH của một đơn baz trong nước

Tính pOH tương tự như công thức tính pH của một axit, chỉ cần thay H+ bằng OH- và kaxit = kbaz Ví dụ:

9 Khi kbaz rất lớn và CA- khá lớn: pOH = - lgC A -

Trang 37

ỨNG DỤNG

MỘT SỐ CÔNG THỨC ĐƠN GIẢN TÍNH pH DD

¾ pH của dd chứa nhiều axit yếu HA 1 , HA 2 ,HA n

¾ pH của dd chứa nhiều baz yếu A 1 - , A 2 - ,A n

H

1

] [

37

Trang 38

ỨNG DỤNG

¾ pH của dd đệm tạo bởi axit yếu và baz liên hợp

9 DD có môi trường axit, [H + ] >> [OH - ]:

9 DD có môi trường baz, [OH - ] >> [H + ]:

9 Nếu C A và C B >> [H + ] và [OH - ]

hay

] [

]

[ ]

+ +

+

−

=

H C

H

C k

H

B

A HA

] [

]

[ ]

− +

−

+

=

OH C

OH

C k

H

B

A HA

B

A HA

C

C k

H +] =

[

A

B HA

C

C pk

38

Trang 39

ỨNG DỤNG

¾ pH của dd đệm tạo bởi baz yếu và axit liên hợp

Nếu C A và C B >> [H + ] và [OH - ]

¾ pH của dd đệm tạo thành bởi hai chất lưỡng tính

Hai chất lưỡng tính axit – baz cũng tạo thành hệ đệm

Ví dụ: hệ đệm NaH2PO4 và Na2HPO4 Khi CA, CB lớn hơn nhiều so với [H + ], [OH - ] thì dùng công thức (**)

A

B A

C

C k

OH −] = −

[

A

B HA

C

C pk

39

Trang 40

ỨNG DỤNG

¾ pH của hợp chất ion (muối)

9 Muối tạo thành từ axit mạnh và baz mạnh (NaCl)

⇒ Phân ly hoàn toàn trong nước và pH = 7 (25oC)

9 Muối của một axit mạnh và một baz yếu:

⇒ Tương đương một axit yếu

Ví dụ: Nếu kHA không lớn và [H+] << CHA

pH = ½ pkHA - ½ lgCmuối

9 Muối của một axit yếu và một baz mạnh:

⇒ Tương đương một baz yếu

Ví dụ: Nếu kA- không lớn và [OH-] << CA

-pH = 7 + ½ pkHA + ½ lgCmuối

40

Trang 41

ỨNG DỤNG

¾ pH của hợp chất ion (muối)

Tính axit – baz của một số ion trong nước

ion Trung tính Acid Baz

[Al(H2O)5(OH)] 2+

41

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	551,4 KB