Phản ứng tạo kết tủa

2 PHẢN ỨNG TẠO KẾT TỦA TS Vi Anh Tuấn Khoa hóa học – Trường Đại học KHTN - ĐHQG Hà Nội Phản ứng tạo kết tủa là phản ứng tạo thành chất rắn từ các chất tan trong dung dịch.. Tích số ta

2

PHẢN ỨNG TẠO KẾT TỦA

TS Vi Anh Tuấn

Khoa hóa học – Trường Đại học KHTN - ĐHQG Hà Nội

Phản ứng tạo kết tủa là phản ứng tạo thành chất rắn từ các chất tan trong dung dịch Thí dụ:

Ag+ + Cl- → AgCl (r)

Ca2+ + C2O4

→ CaC2O4 (r) Trong hoá phân tích, phản ứng tạo kết tủa được sử dụng để:

• Tách chất cần xác định khỏi các chất cản trở

• Phân tích khối lượng

• Phân tích gián tiếp

• Chuẩn độ kết tủa

1 Tích số tan và độ tan

1.1 Tích số tan

Quá trình hoà tan là quá trình thuận nghịch, do đó cũng tuân theo định luật tác dụng khối lượng Xét cân bằng hòa tan (Mn+ là ion kim loại, Xm- là gốc axit hoặc OH-):

(*)

T được gọi là tích số tan (solubility product)

Tích số tan được sử dụng để:

• So sánh độ tan của các chất ít tan "đồng dạng"

• Xem một dung dịch đã bão hoà hay chưa:

X m

M C C

Q= > T: dung dịch quá bão hoà => xuất hiện kết tủa

X m

M C C

Q= = T: dung dịch bão hoà

X m

M C C

Q= < T: dung dịch chưa bão hoà => không xuất hiện kết tủa

• Tính độ tan của các chất ít tan (muối, hidroxit)

Câu 1.1 So sánh độ tan của AgCl và AgBr trong nước cất Biết TAgCl = 10-10, TAgBr = 10

-13

Hướng dẫn giải (AgCl > AgBr)

*Chú ý: Mặc dù TAgCl= 10-10 > TMg(OH)2= 1,2.10-11, nhưng trong nước cất, độ tan của

Mg(OH)2 lại lớn hơn độ tan của AgCl

Câu 1.2 (a) Trộn 1 ml dung dịch K2CrO4 0,12M với 2 ml dung dịch Ba(OH)2 0,009M

Có kết tủa BaCrO4 tạo thành không? Biết TBaCrO4= 1,2 10-10

(b) Tính nồng độ cân bằng của các cấu tử sau khi trộn

Hướng dẫn giải

(a Q= 0,04 × 0,006 = 2,4.10 -4 > T => có kết tủa tạo thành;

(b) TPGH: CrO 4

2-: 0,034 M BaCrO 4 Ba 2+ + CrO 4

2-Cb x 0,034 + x

T = x (0,034 + x) = 1,2.10 -10

⇒ x = 3,53 10 -9

M

⇒ [CrO 4

2-] = 0,034 M;

[Ba 2+ ] = 3,53.10 -9 M)

Câu 1.3 Metylamin, CH3NH2, là một bazơ yếu phân li trong dung dịch như sau:

CH3NH2 + H2O ←→ CH3NH3

+

+ OH -(a) Ở 25°C, phần trăm ion hoá của dung dịch CH3NH2 0,160M là 4,7% Hãy tính [OH-], [CH3NH3

+

], [CH3NH2], [H3O+] và pH của dung dịch

(b) Hãy tính Kb của metylamin

(c) Nếu thêm 0,05 mol La(NO3)3 vào 1,00 L dung dịch chứa 0,20 mol CH3NH2 và 0,20 mol CH3NH3Cl Có kết tủa La(OH)3 xuất hiện không? Cho tích số tan của La(OH)3 là 1.10-19

Hướng dẫn giải

(a) [CH 3 NH 2 ]= 0,152 M; [CH 3 NH 3

+ ]=[OH - ]= 7,5.10 -3 ; pH= 11,9 (b) 3,7.10 -4

(c) Q = 2,56.10 -12 > T, có kết tủa)

Câu 1.4 MgF2(r) ←→ Mg2+(aq) + 2 F-(aq)

Trong dung dịch bão hoà MgF2 ở 18° C, nồng độ của Mg2+ là 1,21.10-3 M

(a) Hãy viết biểu thức tích số tan, T, và tính giá trị này ở 18° C

4

(b) Hãy tính nồng độ cân bằng của Mg2+ trong 1,000 L dung dịch MgF2 bão hoà ở 18°C chứa 0,100 mol KF

(c) Hãy dự đoán kết tủa MgF2 có tạo thành không khi trộn 100,0 mL dung dịch Mg(NO3)2

3.10-3 M với 200,0 mL dung dịch NaF 2,00.10-3 M ở 18°C

(d) Ở 27°C nồng độ của Mg2+ trong dung dịch bão hoà MgF2 là 1,17.10-3 M Hãy cho biết quá trình hoà tan MgF2 là toả nhiệt hay thu nhiệt? Giải thích

Hướng dẫn giải

(a) 7,09.10 -9

(b) 7,09.10 -7 M

(c) Q < T, không có kết tủa

(d) Toả nhiệt)

Câu 1.5 Dung dịch bão hòa H2S có nồng độ 0,100 M

Hằng số axit của H2S: K1 = 1,0 × 10-7 và K2 = 1,3 × 10-13

(a) Tính nồng độ ion sunfua trong dung dịch H2S 0,100 M khi điều chỉnh pH = 2,0

(b) Một dung dịch A chứa các cation Mn2+, Co2+, và Ag+ với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng 0,010 M Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh pH = 2,0 thì ion nào tạo kết tủa?

Cho: TMnS = 2,5× 10-10 ; TCoS = 4,0× 10-21 ; TAg2S = 6,3× 10-50

(c) Hãy cho biết có bao nhiêu gam kết tủa chì(II) sunfua được tách ra từ 1,00 lit dung dịch bão hòa chì(II) sunfat? biết nồng độ sunfua được điều chỉnh đến 1,00 10-17 M? Cho các giá trị tích số tan: TPbSO4 = 1,6 ·10-8 và TPbS = 2,5 ·10-27

Hướng dẫn giải

2 1 1 2

2 1 2

10 3 , 1 ]

[ ] [ ] [

2

− +

+

+ +

a a a

a a

C K K K H H

K K S

b) Có: [Mn 2+ ] [S 2- ] = 10 -2 ×1,3 10 -17 = 1,3 10 -19 < T MnS = 2,5 10 -10 ;

không có kết tủa

[Co 2+ ] [ S 2- ] = 10 -2× 1,3 10 -17 = 1,3 10 -19 > T CoS = 4,0 10 -21 ; có kết tủa CoS

[Ag + ] 2 [S 2- ] = (10 -2 ) 2× 1,3 10 -17 = 1,3 10 –21 > T Ag2S = 6,3 10 -50 ; có kết tủa

Ag 2 S

c) Có: [Pb 2+ ][SO 4

2-] = 1,6.10 -8

⇒ [Pb 2+

] = [SO 4

2-] = 1,265.10 -4 Khi nồng độ sunfua đạt 1,00.10 -17 M thì nồng độ Pb 2+ còn lại trong dung dịch là:

[Pb 2+ ] = 2,5.10 -27 / 1,00.10 -17 = 2,5.10 -10

PbS = ( 1 , 265 10 −4− 2 , 5 10 −10) × 239 , 2 × 1 = 3 , 03 10 −2 = 30 , 3 )

1.2 Quan hệ giữa độ tan và tích số tan

Độ tan (S, solubility) của một chất là nồng độ của chất đó trong dung dịch bão hoà

Độ tan thường được biểu diễn theo nồng độ mol/l

Độ tan và tích số tan là những đại lượng đặc trưng cho dung dịch bão hoà của chất ít tan Do đó, tích số tan và độ tan có mối quan hệ với nhau, điều đó có nghĩa là ta có thể tính được độ tan của một chất ít tan từ tích số tan của nó và ngược lại

MmXn ←→ m Mn+ + n Xm-

mS nS

n m n m

T











=

1

*Nhận xét: Công thức trên chỉ đúng nếu Mn+ và Xm- không tham phản ứng nào khác

Câu 1.6 Cho tích số tan của Ag2CrO4 ở 25oC là 2,6.10-12

(a) Hãy viết biểu thức tích số tan của Ag2CrO4

(b) Hãy tính [Ag+] trong dung dịch bão hòa Ag2CrO4

(c) Hãy tính khối lượng Ag2CrO4 có thể tan tối đa trong 100 ml nước ở 25oC

(d) Thêm 0,1 mol AgNO3 vào 1,0 lit dung dịch bão hòa Ag2CrO4 Giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi Hãy cho biết [CrO4

2-] tăng, giảm hay không đổi? Giải thích

Trong dung dịch bão hòa Ag3PO4 ở 25oC, nồng độ Ag+ là 5,3.10-5 M

(e) Hãy tính tích số tan của Ag3PO4 ở 25oC

(g) Làm bay hơi 1,00 lit dung dịch bão hòa Ag3PO4 ở 25oC đến còn 500 ml Hãy tính [Ag+] trong dung dịch thu được

Đáp số

b 8,66.10 -5 M

c 2,88.10 -3 gam;

d giảm;

e 2,63.10 -18

g không đổi, 5,3.10 -5 M)

6

2 Kết tủa phân đoạn

Nếu trong dung dịch có chứa hai hay nhiều ion có khả năng tạo kết tủa với cùng một ion khác, nhưng các kết tủa hình thành có độ tan khác nhau nhiều thì khi thêm chất tạo kết tủa vào dung dịch, các kết tủa sẽ lần lượt được tạo thành Hiện tượng tạo thành lần lượt các kết tủa trong dung dịch được gọi là kết tủa phân đoạn

*Điều kiện kết tủa hoàn toàn:

• [X] < 10-6

M, hoặc

• %X còn lại trong dung dịch < 0,1%

Câu 2.1 Thêm AgNO3 rắn vào dung dịch NaCl 0,10 M và Na2CrO4 0,0010 M Cho tích

số tan của AgCl là 1,8.10-10 và của Ag2CrO4 là 2,4.10-12

(a) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất hiện kết tủa AgCl

(b) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất hiện kết tủa Ag2CrO4

(c) Kết tủa nào được tạo thành trước khi cho AgNO3 vào dung dịch trên?

(d) Hãy tính phần trăm ion Cl- còn lại trong dung dịch khi Ag2CrO4 bắt đầu kết tủa?

Đáp số

(a) 1,8.10 -9 M

(b) 4,9.10 -5 M

(c) AgCl

(d) 3,7.10 -3 %)

Câu 2.2 Độ an à một yếu ố quan rọng dùng để đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi trường của muối Độ tan của muối phụ thuộc nhiều vào bản chất của muối, dung môi và các điều kiện thí nghiệm như nhiệt độ, pH và sự tạo phức

Một dung dịch chứa BaCl2 và SrCl2 có cùng nồng độ là 0,01 M Câu hỏi đặt ra là liệu

có thể tách hoàn toàn hai muối này ra khỏi nhau bằng cách thêm dung dịch bão hòa natri sunfat hay không Biết điều kiện để tách hoàn toàn là ít nhất 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa ở dạng BaSO4 và SrSO4 chiếm không quá 0,1 % khối lượng kết tủa Biết các giá trị tích số

tan như sau: TBaSO4 = 1× 10-10 và TSrSO4 = 3× 10-7

(a) Hãy tính nồng độ của Ba2+ còn lại trong dung dịch khi 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa và cho biết phương pháp này có dùng được để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau hay không?

Sự tạo phức có thể làm tăng đáng kể độ tan Biết tích số tan của AgCl là 1,7× 10-10, hằng số bền tổng cộng của phức Ag(NH3)2

+

là 1,5× 107 (b) Hãy chứng minh (bằng phép tính cụ thể) độ tan của AgCl trong dung dịch amoniac 1,0

M cao hơn so với độ tan trong nước cất

Hướng dẫn giải

a Ba2 0,01 1,0.10 5M

100

9 , 99 100 ]

Sau khi 99,9% Ba 2+ đã bị kết tủa thì nồng độ SO 4

trong dung dịch là:

M Ba

T

10 2

2

10 0 , 1

10 1 ] [ ]

−

− +

−

=

=

=

SO

T

10 0 , 1

10 3 ] [ ]

7 2

4

2 = 4 = − = − >

−

− +

⇒ Sr 2+

chưa kết tủa Vậy có thể sử dụng phương pháp này để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau

b Độ tan của AgCl trong nước cất:

M T

Ag

S1 = [ +] = AgCl = 1 , 30 10−5

Tính độ tan của AgCl trong dung dịch amoniac 1,0 M

AgCl + 2 NH 3 ←→ Ag(NH 3 ) 2

+ + Cl− K =1,5.107×1,7.10−10 =2,55.10−3

bđ 1,0

cb 1,0 - 2x x x

2

2

10 55 , 2 ) 2 0 , 1 (

−

=

−

=

x

x

M

⇒ S 2 = x = 4,59.10 -2

M; ⇒ lan

S

1

2 =4,6.10 )

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

Trong thực tế, ion kim loại của kết tủa có thể tạo phức với OH- và anion của kết tủa

có thể phản ứng với H+ trong dung dịch Ngoài ra, những cấu tử khác có trong dung dịch cũng có thể tham gia phản ứng với các ion của kết tủa hoặc ít nhất cũng làm biến đổi hệ số hoạt độ của chúng Những yếu tố đó đều ảnh hưởng đến độ tan của kết tủa

3.1 Ảnh hưởng của pH

8

Câu 3.1 (a) Hãy cho biết dung dịch của các muối sau có tính axit, bazơ hay trung tính?

Giải thích Natri photphat, đồng (II) nitrat và xesi clorua

(b) Hãy tính khối lượng bạc photphat cần dùng để pha 10 lit dung dịch bão hòa Khi tính

bỏ qua sự thủy phân của ion photphat

Biết bạc photphat có T = 1,3 10–20

(c) Hãy cho biết trong thực tế nếu hòa tan lượng bạc photphat tính được ở phần (b) vào 10 lit nước thì dung dịch thu được đã bão hòa hay chưa? Giải thích

Hướng dẫn giải

a Na 3 PO 4 : bazơ; Cu(NO 3 ) 2 : axit; CsCl: trung tính;

b Ag 3 PO 4 3 Ag + + PO 4

3S S

⇒ T = ( 3 S )3S

20

4 4,68.10

27

10 3 , 1 27

−

−

=

=

=

⇒ m Ag3PO4 = 4,68.10 -6

×10×419 = 1,96.10 -2 gam

c Chưa, vì PO 4

bị thủy phân làm tăng độ tan của muối)

Câu 3.2 Tính độ tan của AgOCN trong dung dịch HNO3 0,001M

Cho TAgOCN= 2,3.10-7; HOCN có Ka=3,3.10-4

Hướng dẫn giải

AgOCN ←→ Ag + + OCN - T = [Ag + ][OCN - ] (1)

OCN - + H + ←→ HOCN

] [

] ][

[

HOCN

OCN H

K a

− +

Lập phương trình

[Ag + ] = [OCN - ] + [HOCN] (3)

Giải hệ:

(2, 4) ⇒

] [

] ])[

[ 10 ( 10 3 , 3

3 4

HOCN

OCN

−

=

⇒

] [

10 3 , 3

] [

10 ]

3

−

−

−

−

+

=

OCN OCN

(3, 5) ⇒

] [

10 3 , 3

] [

10 ]

[ ]

−

−

− +

+ +

=

OCN

OCN OCN

Đặt [OCN - ]= x

3

10 3 , 2 ) 10

3 , 3

10

−

= +

x

x x

⇒ x 3

+ 1,33.10 -3 x 2 - 2,3.10 -7 x - 7,59.10 -11 = 0

⇒ x= 2,98.10 -4

= [OCN - ] (5) ⇒ [HOCN]= 4,75.10 -4

(4) ⇒ [H +

]= 5,25.10 -4 (1) => [Ag + ]= 7,72.10 -4 = S

*Nhận xét: vì nồng độ của ion các ion và phân tử gần bằng nhau nên không thể giải gần

đúng được)

Câu 3.3 (a) 1 0 ml nước ở 25oC hòa an được ối đa 44 ml khí H2S (ở đktc) Hãy ín

Hướng dẫn giải

1 , 0

4 , 22

44 , 0 ]

[

2

10

19 2

2

10 0 , 8 10

0 , 1

10 0 , 8 ] [ ]

− +

−

=

=

=

Fe

T

2 1 2 2

] [

] [ ]

H

K K S H

S

K K S H

11

14 8

2 2 1 2

10 77 , 1 10

8

10 3 , 1 10 5 , 9 196 , 0 ]

[

] [ ]

−

−

− +

=

×

×

=

=

Có:

] [

] [

log

3

3

COOH CH

COO CH

pK

− +

=

⇒

12 , 0

02 , 0 log 74 , 4 75 ,

+

1 , 0

25 , 1 log 74 , 4 ] [

] [

log

3

+

=

−

COOH CH

COO CH

pK

Câu 3.4 (QG 2 07) Một dung dịch có ba chất HCl BaCl2, FeCl3 cùng nồn độ

-2

Hướng dẫn giải

H+ + OH- ←→ H2O