Phản ứng tạo kết tủa

1 PHẢN ỨNG TẠO KẾT TỦA TS Vi Anh Tuấn Khoa hóa học – Trường Đại học KHTN - ĐHQG Hà Nội Phản ứng tạo kết tủa phản ứng tạo thành chất rắn từ chất tan dung dịch Thí dụ: Ag+ + Cl- → AgCl (r) Ca2+ + C2O42- → CaC2O4 (r) Trong hoá phân tích, phản ứng tạo kết tủa sử dụng để: • Tách chất cần xác định khỏi chất cản trở • Phân tích khối lượng • Phân tích gián tiếp • Chuẩn độ kết tủa Tích số tan độ tan 1.1 Tích số tan Quá trình hoà tan trình thuận nghịch, tuân theo định luật tác dụng khối lượng Xét cân hòa tan (Mn+ ion kim loại, Xm- gốc axit OH-): MmXn mMn+ + nXm- T = [M]m[X]n (*) T gọi tích số tan (solubility product) Tích số tan sử dụng để: • So sánh độ tan chất tan "đồng dạng" • Xem dung dịch bão hoà hay chưa: Q = C Mm C Xn > T: dung dịch bão hoà => xuất kết tủa Q = C Mm C Xn = T: dung dịch bão hoà Q = C Mm C Xn < T: dung dịch chưa bão hoà => không xuất kết tủa • Tính độ tan chất tan (muối, hidroxit) Câu 1.1 13 So sánh độ tan AgCl AgBr nước cất Biết TAgCl = 10-10, TAgBr = 10- Hướng dẫn giải (AgCl > AgBr) *Chú ý: Mặc dù TAgCl= 10-10 > TMg(OH)2= 1,2.10-11, nước cất, độ tan Mg(OH)2 lại lớn độ tan AgCl Câu 1.2 (a) Trộn ml dung dịch K2CrO4 0,12M với 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 cấu tử sau trộn Hướng dẫn giải (a Q= 0,04 × 0,006 = 2,4.10-4 > T => có kết tủa tạo thành; (b) TPGH: CrO42-: 0,034 M BaCrO4 Ba2+ + CrO42- Cb x 0,034 + x T = x (0,034 + x) = 1,2.10-10 ⇒ x = 3,53 10-9 M ⇒ [CrO42-] = 0,034 M; [Ba2+] = 3,53.10-9 M) Câu 1.3 Metylamin, CH3NH2, bazơ yếu phân li dung dịch sau: CH3NH2 + H2O  → ←  CH3NH3+ + OH- (a) Ở 25°C, phần trăm ion hoá dung dịch CH3NH2 0,160M 4,7% Hãy tính [OH-], [CH3NH3+], [CH3NH2], [H3O+] pH dung dịch (b) Hãy tính Kb metylamin (c) Nếu thêm 0,05 mol La(NO3)3 vào 1,00 L dung dịch chứa 0,20 mol CH3NH2 0,20 mol CH3NH3Cl Có kết tủa La(OH)3 xuất không? Cho tích số tan La(OH)3 1.10-19 Hướng dẫn giải (a) [CH3NH2]= 0,152 M; [CH3NH3+]=[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) + F-(aq) Trong dung dịch bão hoà MgF2 18° C, nồng độ Mg2+ 1,21.10-3 M (a) Hãy viết biểu thức tích số tan, T, tính giá trị 18° C (b) Hãy tính nồng độ cân Mg2+ 1,000 L dung dịch MgF2 bão hoà 18°C chứa 0,100 mol KF (c) Hãy dự đoán kết tủa MgF2 có tạo thành không 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 18°C (d) Ở 27°C nồng độ Mg2+ dung dịch bão hoà MgF2 1,17.10-3 M Hãy cho biết trình hoà tan MgF2 toả nhiệt hay thu nhiệt? Giải thích Hướng dẫn giải (a) 7,09.10-9 (b) 7,09.10-7M (c) Q < T, kết tủa (d) Toả nhiệt) Câu 1.5 Dung dịch bão hòa H2S có nồng độ 0,100 M Hằng số axit H2S: K1 = 1,0 × 10-7 K2 = 1,3 × 10-13 (a) Tính nồng độ ion sunfua dung dịch H2S 0,100 M điều chỉnh pH = 2,0 (b) Một dung dịch A chứa cation Mn2+, Co2+, Ag+ với nồng độ ban đầu ion 0,010 M Hoà tan H2S vào A đến bão hoà điều chỉnh pH = 2,0 ion tạo kết tủa? Cho: TMnS = 2,5× 10-10 ; TCoS = 4,0× 10-21 ; TAg2S = 6,3× 10-50 (c) Hãy cho biết có gam kết tủa chì(II) sunfua tách từ 1,00 lit dung dịch bão hòa chì(II) sunfat? biết nồng độ sunfua điều chỉnh đến 1,00 10-17 M? Cho giá trị tích số tan: TPbSO4 = 1,6 ·10-8 TPbS = 2,5 ·10-27 Hướng dẫn giải a) [S 2− ] = K a1K a C H S = 1,3.10−17 + [ H ] + [ H ]K a1 + K a1K a + [Mn2+] [S2-] = 10-2 ×1,3 10-17 = 1,3 10-19 < TMnS = 2,5 10-10 b) Có: ; kết tủa [Co2+] [ S2-] = 10-2 × 1,3 10-17 = 1,3 10-19 > TCoS = 4,0 10-21 ; có kết tủa [Ag+] 2[S2-] = (10-2)2× 1,3 10-17 = 1,3 10–21 > TAg2S = 6,3 10-50 ; có kết tủa CoS Ag2S c) Có: [Pb2+][SO42-] = 1,6.10-8 ⇒ [Pb2+] = [SO42-] = 1,265.10-4 Khi nồng độ sunfua đạt 1,00.10-17 M nồng độ Pb2+ lại dung dịch là: [Pb2+] = 2,5.10-27/ 1,00.10-17 = 2,5.10-10 ⇒ 1.2 mPbS = (1,265.10−4 − 2,5.10−10 ) × 239,2 × = 3,03.10−2 gam = 30,3mg ) Quan hệ độ tan tích số tan Độ tan (S, solubility) 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 MmXn  → ←  m Mn+ + n XmmS nS m Có: n m n T = [M] [X] = [mS] [nS] ⇒  T  m+n S = m n  m n  *Nhận xét: Công thức Mn+ Xm- không tham phản ứng khác Câu 1.6 Cho tích số tan Ag2CrO4 25oC 2,6.10-12 (a) Hãy viết biểu thức tích số tan Ag2CrO4 (b) Hãy tính [Ag+] dung dịch bão hòa Ag2CrO4 (c) Hãy tính khối lượng Ag2CrO4 tan tối đa 100 ml nước 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 [CrO42-] tăng, giảm hay không đổi? Giải thích Trong dung dịch bão hòa Ag3PO4 25oC, nồng độ Ag+ 5,3.10-5 M (e) Hãy tính tích số tan Ag3PO4 25oC (g) Làm bay 1,00 lit dung dịch bão hòa Ag3PO4 25oC đến 500 ml Hãy tính [Ag+] dung dịch thu 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) Kết tủa phân đoạn Nếu dung dịch có chứa hai hay nhiều ion có khả tạo kết tủa với ion khác, kết tủa hình thành có độ tan khác nhiều thêm chất tạo kết tủa vào dung dịch, kết tủa tạo thành Hiện tượng tạo thành kết tủa dung dịch gọi kết tủa phân đoạn *Điều kiện kết tủa hoàn toàn: • [X] < 10-6M, • %X lại dung dịch < 0,1% Câu 2.1 Thêm AgNO3 rắn vào dung dịch NaCl 0,10 M Na2CrO4 0,0010 M Cho tích số tan AgCl 1,8.10-10 Ag2CrO4 2,4.10-12 (a) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất kết tủa AgCl (b) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất kết tủa Ag2CrO4 (c) Kết tủa tạo thành trước cho AgNO3 vào dung dịch trên? (d) Hãy tính phần trăm ion Cl- lại dung dịch Ag2CrO4 bắt đầu kết tủa? Đáp số (a) 1,8.10-9M (b) 4,9.10-5M (c) AgCl (d) 3,7.10-3%) Câu 2.2 Độ tan yếu tố quan trọng dùng để đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi trường muối Độ tan muối phụ thuộc nhiều vào chất muối, dung môi điều kiện thí nghiệm nhiệt độ, pH tạo phức Một dung dịch chứa BaCl2 SrCl2 có nồng độ 0,01 M Câu hỏi đặt liệu tách hoàn toàn hai muối khỏi cách thêm dung dịch bão hòa natri sunfat hay không Biết điều kiện để tách hoàn toàn 99,9% Ba2+ bị kết tủa dạng BaSO4 SrSO4 chiếm không 0,1 % khối lượng kết tủa Biết giá trị tích số tan sau: TBaSO4 = 1× 10-10 TSrSO4 = 3× 10-7 (a) Hãy tính nồng độ Ba2+ lại dung dịch 99,9% Ba2+ bị kết tủa cho biết phương pháp có dùng để tách hoàn toàn hai muối khỏi hay không? Sự tạo phức làm tăng đáng kể độ tan Biết tích số tan AgCl 1,7× 10-10, số bền tổng cộng phức Ag(NH3)2+ 1,5× 107 (b) Hãy chứng minh (bằng phép tính cụ thể) độ tan AgCl dung dịch amoniac 1,0 M cao so với độ tan nước cất Hướng dẫn giải 100 − 99,9 × 0,01 = 1,0.10 −5 M 100 [ Ba + ] = a Sau 99,9% Ba2+ bị kết tủa nồng độ SO42- dung dịch là: TBaSO4 [ SO42 − ] = [ Ba + ] = 1.10 −10 = 10− M −5 1,0.10 3.10−7 [ Sr ] = = = 3.10 − M > 0,01 M 2− −5 [ SO4 ] 1,0.10 TSrSO4 2+ ⇒ ⇒ Sr2+ chưa kết tủa Vậy sử dụng phương pháp để tách hoàn toàn hai muối khỏi b Độ tan AgCl nước cất: S1 = [ Ag + ] = TAgCl = 1,30.10 −5 M Tính độ tan AgCl dung dịch amoniac 1,0 M AgCl + NH3 bđ cb  → ←  Ag(NH3)2+ + Cl− K = 1,5.107 × 1,7.10−10 = 2,55.10−3 1,0 1,0 - 2x x x2 = 2,55.10 − (1,0 − x ) ⇒ K= ⇒ S2 = x = 4,59.10-2 M; x ⇒ x = 4,59.10-2 M ⇒ S2 = 4,6.103 lan ) S1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan Trong thực tế, ion kim loại kết tủa tạo phức với OH- anion kết tủa phản ứng với H+ dung dịch Ngoài ra, cấu tử khác có dung dịch tham gia phản ứng với ion kết tủa làm biến đổi hệ số hoạt độ chúng Những yếu tố ảnh hưởng đến độ tan kết tủa 3.1 Ảnh hưởng pH Câu 3.1 (a) Hãy cho biết dung dịch muối sau có tính axit, bazơ hay trung tính? Giải thích Natri photphat, đồng (II) nitrat xesi clorua (b) Hãy tính khối lượng bạc photphat cần dùng để pha 10 lit dung dịch bão hòa Khi tính bỏ qua thủy phân ion photphat Biết bạc photphat có T = 1,3 10–20 (c) Hãy cho biết thực tế hòa tan lượng bạc photphat tính phần (b) vào 10 lit nước dung dịch thu bão hòa hay chưa? Giải thích Hướng dẫn giải a Na3PO4: bazơ; Cu(NO3)2: axit; CsCl: trung tính; b Ag+ + PO43- Ag3PO4 3S S ⇒ T = (3S )3 S ⇒ S= ⇒ mAg3PO4 = 4,68.10-6×10×419 = 1,96.10-2 gam T 1,3.10−20 = = 4,68.10− M 27 27 c Chưa, PO43- bị thủy phân làm tăng độ tan muối) Câu 3.2 Tính độ tan AgOCN dung dịch HNO3 0,001M Cho TAgOCN= 2,3.10-7; HOCN có Ka=3,3.10-4 Hướng dẫn giải AgOCN -  → ←  + OCN + H Ag+ + OCN → ←  HOCN T = [Ag+][OCN-] Ka = (1) [ H + ][OCN − ] [ HOCN ] (2) Lập phương trình [Ag+] = [OCN-] + [HOCN] [H+] + [HOCN] = 10-3 (3) (4) Giải hệ: (2, 4) ⇒ ⇒ 3,3.10 −4 = (10−3 − [ HOCN ])[OCN − ] [ HOCN ] 10−3.[OCN − ] [ HOCN ] = 3,3.10 −4 + [OCN − ] (5) 10−3 [OCN − ] [ Ag ] = [OCN ] + 3,3.10 −4 + [OCN − ] + (3, 5) ⇒ − (6) Đặt [OCN-]= x 10 −3 x ) x = 2,3.10 −7 −4 3,3.10 + x (1,6) ⇒ (x + ⇒ x3 + 1,33.10-3 x2 - 2,3.10-7 x - 7,59.10-11 = ⇒ 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: nồng độ ion ion phân tử gần nên giải gần được) Câu 3.3 (a) 100 ml nước 25oC hòa tan tối đa 440 ml khí H2S (ở đktc) Hãy tính nồng độ mol H2S dung dịch bão hòa Giả thiết trình hòa tan H2S không làm thay đổi thể tích dung dịch (b) Dung dịch FeCl2 0,010 M bão hòa H2S cách xục liên tục dòng khí H2S vào dung dịch Cho TFeS = 8,0 10-19 H2S có Ka1 = 9,5 10-8 Ka2 = 1,3 10-14 Hằng số ion nước Kw = 10-14 Hãy cho biết để thu nhiều kết tủa FeS cần phải tăng hay giảm pH dung dịch? (c) Hãy tính pH cần thiết lập để nồng độ Fe2+ giảm từ 0,010 M xuống 1,0 10-8 M (d) Người ta thêm axit axetic vào dung dịch phần (b) để nồng độ đầu axit axetic đạt 0,10 M Hãy tính nồng độ đầu natri axetat cần thiết lập để nồng độ Fe2+ dung dịch thu 1,0.10-8 M Khi tính ý tạo thành H+ phản ứng: Fe2+ + H2S → FeS (r) + 2H+ Biết axit axetic có Ka = 1,8 10-5 Giả sử việc thêm axit axetic natri axetat không làm thay đổi thể tích dung dịch (e) Hãy tính pH dung dịch đệm trước xục khí H2S Hướng dẫn giải (a [ H S ] = CH S 0,44 22,4 = = 0,196 M 0,1 (H2S phân li không đáng kể) b Tăng pH c Có: TFeS 8,0.10 −19 [S ] = = = 8,0.10 −11 2+ −8 [ Fe ] 1,0.10 Mặt khác: [S 2− ] = ⇒ 2− [ H S ]K a1 K a [ H + ]2 [ H S ]K a1K a 0,196 × 9,5.10−8 × 1,3.10−14 [H ] = = = 1,77.10− M 2− −11 [S ] 8.10 + ⇒ pH = 5,75; d Fe2+ + H2S → FeS (r) + H+ 0, 01 0,02 CH3COO- + H+ → bđ a cb a-0,02 CH3COOH 0,02 0, - 0,1 + 0,02 Có: [CH 3COO − ] pH = pK a + log [CH 3COOH ] ⇒ 5,75 = 4,74 + log ⇒ a = 1,25 M e [CH 3COO − ] 1,25 pH = pK a + log = 4,74 + log = 5,84 ) [CH 3COOH ] 0,1 Câu 3.4 (QG 2007) Một dung dịch có ba chất HCl, BaCl2, FeCl3 nồng độ a − 0,02 0,12 0,0150M Sục khí CO2 vào dung dịch bão hoà Sau thêm từ từ NaOH vào dung dịch đến nồng độ 0,120M Cho biết: nồng độ CO2 dung dịch bão hoà 3.102 M; thể tích dung dịch không thay đổi cho CO2 NaOH vào; số: pKa H2CO3 6,35 10,33; pKs Fe(OH)3 37,5 BaCO3 8,30; pKa Fe3+ 2,17 Hãy tính pH dung dịch thu Hướng dẫn giải H+ + OH-  → ←  H2O 0,015 0,015 10