BÀI TẬP CHƯƠNG ĐIỆN LI-BD HSG

Câu ( điểm ): A dung dịch HCl 0,2M; B dung dịch NaOH 0,2M; C dung dịch CH 3COOH 0,2M (có số axit Ka=1,8.10-5) Các thí nghiệm sau thực 25oC a) Tính pH dung dịch A, B, C b) Tính pH dung dịch X dung dịch tạo thành trộn dung dịch B với dung dịch C theo tỉ lệ thể tích 1: c) Tính thể tích dung dịch B (theo ml) cần thêm vào 20ml dung dịch A để thu dung dịch có pH = 10 a) ⇒ pH = -lg(1,897.10-3) = 2,722 pH(dung dịch A) = -lg(0,2)= 0,7 pH(dung dịch B) = 14- 0,7 = 13,3 −5 1,8.10 0,2 =2,722 pH C) = -lg b) (dung dịchNaOH + CH3COOH →+ CH3COONa + H2O pH = 14 – 5,128= 8,872 CH3COOH CH 3COO + H Bđ 0,2V + 0,2V c) Ta có HCl →H1,8+.10Cl NaOH → Na+ + OH−5 ; 0,2V 0,004 10−14 , + P/ư K -3 0,2V 0,2V 0,2V a C = + [H ] = H2O = H+ + OH=1,897.10 (KW) -10 (20 + V ) ( 20 + V ) 10 −10 Sau p/ư 0 0,2V 10 + 0,004 = [Cl-](20+V) ; 0,2V = [Na+](20+V) 0,2.V ⇒ V= 0,1 ml 10−14 [CH3COO ] = 2V =0,1M + + [H ] [H+] + - [Na ]= [Cl ] + [OH ] = [Cl ] +CH3COO + H2O ⇌ CH3COOH + OH K C - [OH ]= = pOH = 5,128 KW C Ka 0,1.10 −14 −5 = 1,8.10 =0,745.10-5 Bài Tính pH dung dịch thu trộn lẫn 50,0 mL dung dịch NH4Cl 0,200 M với 75,0 mL dung dịch NaOH 0,100 M Biết Kb (NH3) = 1,8.10-5 Phèn muối sunfat kép cation hóa trị (như K + hay NH4+) cation hóa trị ba (như Al3+, Fe3+ hay Cr3+) Phèn sắt amoni có cơng thức (NH4)aFe(SO4)b.nH2O Hòa tan 1,00 gam mẫu phèn sắt vào 100 cm3 H2O, chia dung dịch thu thành hai phần Thêm dung dịch NaOH dư vào phần đun sơi dung dịch Lượng NH phản ứng vừa đủ với 10,37 cm dung dịch HCl 0,100 M Dùng kẽm kim loại khử hết Fe3+ phần hai thành Fe2+ Để oxi hóa ion Fe2+ thành ion Fe3+ trở lại, cần 20,74 cm3 dung dịch KMnO4 0,0100 M môi trường axit (a) Viết phương trình phản ứng dạng ion thu gọn xác định giá trị a, b, n (b) Tại phèn tan nước tạo môi trường axit ? ĐÁP ÁN C oNH 4Cl = −1 0,050L × 0,200mol.L 0,125 L = 0,08M C oNaOH = ; 0,075L × 0,100mol.L−1 = 0,06M 0,125 L NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3 + H2O 0,08 0,06 0,06 0,06 0,06 0,02 0,06 Xét cân : NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH0,06 0,02 x x x 0,06–x 0,02+x x Kb = [ NH +4 ][OH − ] (0,02 + x ) x 0,06 = = 1,8.10 −5 x = 1,8.10 −5 × = 5,4.10 −5 M [ NH ] 0,06 − x , 02 , gần −5 ⇒ pH = 14 − [− lg(5,4.10 )] = 9,73 (a) Đặt số mol phèn sắt (NH4)aFe(SO4)b.nH2O phần x mol Phương trình phản ứng phần : NH4+ + OH- → NH3 + H2O ax ax 3+ Fe + 3OH → Fe(OH)3 NH3 + H+ → NH4+ ax ax Phương trình phản ứng phần hai : Zn + 2Fe3+ → Zn2+ + 2Fe2+ x x 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O x x/5 ax = 0,01037L × 0,100mol.L−1 = 1,037.10 −3 mol Ta có : x = × 0,02074L × 0,010mol.L−1 = 1,037.10 −3 mol ⇒ a=1 Công thức phèn viết lại NH4+Fe3+(SO42-)b.nH2O ⇒ b=2 0,5 gam −3 Từ M = 18 + 56 + 96.2 + 18n = 1,037.10 mol ⇒ n = 12 Công thức phèn sắt – amoni NH4Fe(SO4)2.12H2O (b) Phèn tan nước tạo mơi trường axit ion NH 4+, Al3+, Fe3+ Cr3+ ion axit (các ion K + có tính trung tính, cịn SO42- có tính bazơ yếu) NH4+ + H2O ⇄ NH3 + H3O+ M3+ + H2O ⇄ M(OH)2+ + H+ II.2(0,5đ) Tính pH dung dịch H3PO4 0,1M II.3(1đ) Cần cho vào 100ml dung dịch H3PO4 0,1M gam NaOH để thu dung dịch có pH= 4,72 Cho: H2SO4 : pKa2 = ; H3PO4 : pKa1 = 2,23 , pKa2 = 7,21 , pKa3 = 12,32 II.2 H+ + H2PO4- (1) K1 = 10-2,23 H2PO4H+ + HPO42- (2) K2 = 10-7,21 2HPO4 H+ + PO43- (3) K3 = 10-12,32 H2O H+ + OH(4) Kw K3 Kb2>> Kb3>> Kw⇒ Tính theo cân (2) PO43- + HOH ⇌ HPO42- + OH- C [] 0,3 0,3-x x x x2 0,3 − x = 10-1,68⇒ x = 0,069 10 −14 [H+] = 0,069 = 1,45.10-13 pH ≈ 12,84 pK1 + pK 2,15 + 7,21 = 2 b Nhận thấy pH1 = = 4,68 ⇒ Thành phần hệ muối H2PO4KOH + H3PO4→ KH2PO4 + H2O 0,015 0,015 nKOH = 0,015 mol 0,015 Vdd KOH = 1,8 = 0,0083 (l) hay 8,30ml Vơí pH2 = 7,21 ta thấy pH2 = pK2 ⇒Thành phần hệ sau trung hoà hệ đệm gồm H2PO4- HPO42- [HPO 24− ] pH2 = 7,21 = pKa2 + lg [H PO −4 ] ⇒ [HPO42-] = [H2PO4-] ⇒ n HPO2 − = n H − PO 3KOH + 2H3PO4→ KH2PO4 + K2HPO4 + 3H2O 0,0225 0,015 nKOH = 0,0225 mol 0,0225 Vdd KOH = 1,8 = 0,0125 (l) K1 = [H+].[HS-]/[H2S] K2 = [H+].[S2-]/[HS-] K1.K2 = [H+]2 [S2-]/ [H2S] K = [H2S] / [H+]2 [S2-] = 1/K1.K2 = 1/ 10-7 10-13= 1020 Bài Tính cân dung dịch Fe(ClO4)3 0,010 M NaF 1,0 M Cho lg β Fe3+ - Flần lượt = 5,28; 9,30; 12,06; pK HF = 3,17 Hướng dẫn Fe(ClO4)3  Fe3+ + 3ClO40,010 M + NaF  F + Na 1,0 M Vì CF- = 1,0 M >> C Fe3+ = 0,010 M β3 >>β2>> β1, hệ xảy tương tác hố học tạo thành phức có số phối trí cực đại chính: Fe3+ + 3F  FeF3 β3 = 1012,06 C0 0,01 1,0 C _ 0,97 0,01 TPGH hệ : FeF3 0,01M; F- 0,97M Đánh giá trình phụ: - Vì phức FeF3 bền nên lượng Fe3+ sinh không đáng kể  q trình tạo phức hidroxo Fe3+ khơng đáng kể - Xét cân proton hoá F- (bỏ qua tạo phức proton): F- + H2O  HF + OH- Kb = 10-10,83 C 0,97 [i] (0,97-x) x x x2 0,97 − x = 10-10,83  [OH-] = [ HF] = x = 3,79.10-6M [F-] = 0,97- x ≈ 0,97M ⇒ [OH-] = [ HF] [HCN] [NH4+] 7,6 Vậy đầu dung dịch có màu xanh lục Khi thêm 100 ml dung dịch Hg(ClO4)2 0,3M CCN- = 9,802 10-3 101 / 201 = 4,929 10-3M; CHCN = 9,901 10-5 101 / 201 = 4,975 10-5M; CHg2+ = 0,3 100 / 201 = 0,1493 M >> CCN- Vậy CN- tạo phức hết với Hg2+ Hg2+ + CN HgCN+ C0 0,1493 4,929 10-3 C 0,1443 4,929.10-3 β = 1018 Hg2+ dư phản ứng tiếp với HCN Hg2+ + HCN  HgCN+ C0 0,1443 4,975 10-5 4,929.10-3 C 0,14425 4,975.10-3 + H+ K = 108,65 4,975.10-5 Sự phân ly HgCN+ khơng đáng kể (K = 10-18) lại cịn dư Hg2+ , nồng độ CN- phân ly vô bé khơng ảnh hưởng đến pH dung dịch [H+] = 4,975.10-5 → pH = 4,3 < 6,0 Do sau thêm Hg(ClO4)2 dung dịch chuyển sang màu vàng Câu (2,5 điểm) Dung dịch điện ly (có cân tạo phức) Trộn 15,00 ml dung dịch CH3COONa 0,030 M với 30,00 ml dung dịch HCOONa 0,15 M Tính pH dung dịch thu Biết pKa (CH3COOH) = 4,76 pK a (HCOOH) = 3,75 Tính nồng độ ion H+ đủ để làm giảm nồng độ Ag(NH 3)2+ 0,10 M xuống 1,0.10-8 M Biết pKb (NH3) = 4,76 số bền β [Ag(NH3)2+] = 7,24 Hướng dẫn C CH COO - = 0,03 × 15 0,15 × 30 = 0,010M C HCOO - = = 0,100M 45 45 ; Các cân bằng: H2O ⇌ H+ + OH- Kw = 10-14 (1) CH3COO- + H2O ⇌ CH3COOH + OH- Kb = 10-9,24 (2) HCOO- + H2O ⇌ HCOOH + OH- Kb’ = 10-10,25 (3) K b × C CH COO- = 10 −11, 24 ≈ K 'b × C HCO O− = 10 −11, 25 Do cân tính gần theo Điều kiện proton: h = [H+] = [OH-] - [CH3COOH] - [HCOOH] h= 1+ Kw −1 K a [CH COO - ] + (K 'a ) −1[HCOO - ] (4) Chấp nhận [CH3COO-]o = 0,010; [HCOO-]o = 0,10 thay vào (4) để tính h1: h1 = 10 −14 + 10 4, 76 10 −2 + 10 3, 75 10 −1 = 2,96.10 −9 Từ giá trị h1 tính lại [CH3COO-]1 [HCOO-]1 theo biểu thức: [CH COO - ]1 = 0,010 [HCOO - ]1 = 0,10 10 −4,76 ≈ 0,010 = [CH COO - ]o 10 − 4,76 + 2,96.10 −9 10 −3,75 ≈ 0,10 = [HCOO - ]o −3, 75 −9 10 + 2,96.10 Kết lập lại Vậy h = 2,96.10-9 = 10-8,53 ⇒ pH = 8,5 Do [Ag(NH3)2+] = 1,0.10-8 M (4) cho thấy TPGH dung dịch gồm: Zn(NH3)42+ 0,20M; Mg2+ 0,02M; NH3 0,20M; NH4+ 0,80M; Có cân bằng: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- Kb = 10-4,76 (6) Zn(NH3)42+⇌ Zn2+ + 2NH3β-1 = 10-8,89 (7) Do phức bền, nên NH3 phân li từ phức không đáng kể Vậy pH dung dịch Y hệ đệm NH4+/NH3 định Theo cơng thức tính: pH = pKa + lgC NH /C + NH = 9,24 + lg0,2/0,8 = 8,64 (thỏa mãn điều kiện hệ đệm) Vậy pH dung dịch Y 8,64 + Với [H+] = 10-8,64 => [OH-] = 10-14/10-8,64 = 10-5,36 => C 2+ Mg (C - OH ) = 0,02.10-5,36.2 = 10-12,42< 10-10,9, khơng có kết tủa Mg(OH)2 Vậy kết tủa có Fe(OH)3 Al(OH)3 có khối lượng là: a = 107.0,01 + 78.0,01 = 1,85 (gam) Câu I Nêu tượng xảy viết phương trình phản ứng minh họa trường hợp sau: (a) Hòa tan từ từ dư dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl 3, sau thêm HCl vào dung dịch thu đến dư (b) Thêm dung dịch K2CO3 vào dung dịch Fe(NO3)3 A dung dịch Na2CO3 0,1M; B dung dịch hỗn hợp Na2CO3 0,1M KHCO3 0,1M C dung dịch KHCO3 0,1M (a) Tính tích khí CO2 (đktc) cho từ từ giọt đến hết 50 mL dung dịch HCl 0,1M vào 100 mL dung dịch A cho hết 100 mL dung dịch B vào 200 mL dung dịch HCl 0,1M (b) Xác định số mol chất có dung dịch thu thêm 100 mL dung dịch Ba(OH) 0,1M vào 150 mL dung dịch C (c) Tính pH dung dịch A C, biết axit cacbonic có pK1 = 6,35 pK2 = 10,33 (d) Đề nghị phương pháp nhận biết anion có dung dịch B ĐÁP ÁN (a) Thêm dung dịch NaOH vào dung dịch AlCl3 thấy xuất kết tủa trắng keo, sau tan lại: Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 Al(OH)3 + OH- → Al(OH)4Thêm HCl vào dung dịch thu lại thấy xuất kết tủa trắng keo, sau tan lại: Al(OH)4- + H+ → Al(OH)3 + H2O Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O (b) Thêm dung dịch K2CO3 vào dung dịch Fe(NO3)3 thấy xuất kết tủa đỏ nâu sủi bọt khí khơng màu: 2Fe 3+ + 3CO32- + 3H2O → 2Fe(OH)3 + 3CO2 (a) Cho từ từ giọt đến hết 50 mL dung dịch HCl 0,1M vào 100 mL dung dịch Na 2CO3 0,1M CO32- + H+ → HCO30,01 0,005 0,005 0,005 0,005 VCO = Do CO32- dư nên khơng có giai đoạn tạo CO2, Cho hết 100 mL dung dịch Na2CO3 0,1M KHCO3 0,1M vào 200 mL dung dịch HCl 0,1M: CO32- + 2H+ → H2O + CO2 (1) HCO3- + H+ → H2O + CO2 (2) Vì 2n CO2− + n HCO− > n H + 3 nên H+ phản ứng hết Giả sử (1) xảy trước ta có n CO2 = n + = 0,01mol H n CO2 = 0,015mol Giả sử (2) xảy trước từ (1) (2) ta có Thực tế (1) (2) đồng thời xảy nên: 0,224L = 0,01 × 22,4 < VCO2 < 0,015 × 22,4 = 0,336L (b) (c) Thêm 100 mL dung dịch Ba(OH)2 0,1M vào 150 mL dung dịch KHCO3 0,1M HCO3- + OH- → CO32- + H2O 0,015 0,02 0,015 0,015 0,005 0,015 Ba2+ + CO32- → BaCO3 0,01 0,015 0,01 0,01 0,005 Dung dịch 0,005 mol KOH 0,005 mol K2CO3 Dung dịch A có cân bằng: CO32- + H2O ⇌ HCO3- + OHKb1 = 10-3,67 HCO3- + H2O ⇌ H2O + CO2 + OH- Kb2 = 10-7,65 H2O ⇌ H+ + OHVì Kb1 >> Kb2 >> KN nên cân (1) chủ yếu: KN = 10-14 1 pH = 14 - (pKb1 + pC) = 14 - (3,67 + 1) = 11,67 Dung dịch C dung dịch lưỡng tính nên: 1 pH = (pK1 + pK2) = (6,35 + 10,33) = 8,34 (d) Trích mẫu thử, thêm BaCl2 dư vào mẫu thử thấy xuất kết tủa trắng (tan axit), mẫu thử có CO 32- Ba2+ + CO32- → BaCO3 Lọc tách kết tủa, thêm HCl vào dung dịch nước lọc thấy sủi bọt khí không màu (làm đục nước vôi trong), dung dịch có HCO3HCO3- + H+ → H2O + CO2 Câu (2,0 điểm) Cho biết : Ka(CH3COOH)=1,8.10-5; Ka(C2H5COOH)=1,3.10-5; Ka(HCOOH)=10-3,75 Một dung dịch chứa CH3COOH 0,002M C2H5COOH xM Hãy xác định giá trị x để dung dịch có độ điện ly axit axetic 8%? Trộn 10ml dung dịch CH3COOH có pH=3 với 10ml dung dịch HCOOH có pH=3, dung dịch D Tính pH dung dịch D Tính thể tích dung dịch NaOH 0,01M cần cho vào 100ml dung dịch H 3PO4 0,01M cho pH dung dịch thu 7,21 Biết axit H3PO4 có pK1=2,15; pK2=7,21; pK3=12,32 Hướng dẫn C CH3COOH phân li = 2.10-3.8.10-2 = 16.10-5M CH3COOH ƒ CH3COO- + H+ 16.10-5M → 16.10-5M → 16.10-5M C2H5COOH ƒ αxM → C2H5COO- + H+ ( α độ điện ly C2H5COOH) αxM→ αxM (16.10−5 + α x ).16.10−5 = 1,8.10−5 −3 −5 (2.10 − 16.10 ) Ta có: (1) (α x + 16.10−5 )α x = 1,3.10−5 ( x − α x ) (2) (1) → α x =4,7.10-5 vào (2) →x = 7,95.10-4M Ka1(CH3COOH)=1,8.10-5=10-4,74  →  CH3COOH ¬  CH3COO- + H+ bđ C0 0 pư x x x [] CA – x x x Với pH = 3,0 ⇒ x = 10-3M 10−6 C0 = −4,74 + 10−3 10 ≈ 0,056M Tương tự ta có: Dung dịch HCOOH có pH = 3,0 ứng với nồng độ axit fomic (10− pH ) (10−3 ) C0' = + 10 − pH = −3,75 + 10−3 = 6, 62.10 −3 K a 2( HCOOH ) 10 Sau trộn lẫn: 0, 056.10 CCH3COOH = = 0, 028 20 (M) 6, 62.10−3.10 = 3,31.10−3 20 (M) Bảo toàn proton cho dung dịch: (bỏ qua trình phân li H2O) CHCOOH = [H+] = [CH3COO-] + [HCOO-]; Đặt [H+] = h Bảo toàn khối lượng với CH3COOH; HCOOH: CCH3COOH = [CH3COOH] + [CH3COO-] CHCOOH = [HCOOH] + [HCOO-] CCH3COOH K a1 Ta có: h = K a1 + h CHCOOH K a + Ka2 + h ⇒ h3+h2(Ka1+Ka2)+h(Ka1Ka2- CCH3COOH Ka1- CHCOOH Ka2)-( CCH3COOH Ka1Ka2 + CHCOOH Ka1Ka2)=0 ⇒ h=10-3 ⇒ pH=3 H3PO4 ƒ H2PO4- + H+ pK1 = 2,15 H2PO4- ƒ HPO42- + H+ pK2 = 7,21 HPO42- ƒ PO43- + H+ pK3 = 12,32 K1 K2 = 105,06 = 105,11 Do K K >105 nên trung hịa nấc +) Nếu trung hịa nấc thì: NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H2O 0, 001 = 0,1 0, 01 VNaOH = lít = 100 ml Trong dung dịch có NaH2PO4 lúc đó: 1 pH = (pK1 + pK2)= (2,15+7,21)=4,68 +) Nếu trung hòa nấc thì: 2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O 0, 002 = 0, 0, 01 VNaOH = lít = 200 ml Trong dung dịch có Na2HPO4 lúc đó: 1 pH = (pK2 + pK3)= (7,21+12,32)=9,765 Mà pH dung dịch 7,21 ⇒ dung dịch có NaH2PO4 Na2HPO4 ⇒ Dung dịch thu dung dịch đệm [HPO 24− ] [HPO 24− ] 2− − − − pH = pK + lg [H PO4 ] ⇒ lg [H PO4 ] =0 ⇒ [HPO ] = [H PO4 ] Vậy có 50% H2PO4- phản ứng ⇒ thể tích dung dịch NaOH : 100 + 100 =150ml Câu (2,0 điểm) Dung dịch A gồm Fe(NO3)3 0,05 M; Pb(NO3)2 0,10 M; Zn(NO3)2 0,01 M Sục khí H2S vào dung dịch A đến bão hồ ([H2S] = 0,10 M), thu hỗn hợp B Những kết tủa tách từ hỗn hợp B? Cho: pKS(PbS) = 26,6; pKS(ZnS) = 21,6; pKS(FeS) = 17,2 (pKS = -lgKS, với KS tích số tan) pKa1 (H2S) = 7,02; pKa2 (H2S) = 12,90 Do E 0Fe3+ /Fe2+ = 0,771 V 1/ 2Fe3+ 0,05 - > ES/H 2S = 0,141 V E 0Fe3+ /Fe2+ = 0,771 V ES/H = 0,141 V E 0Pb2+ /Pb = -0,126V 2S ; nên:  →  + H2S ¬  2Fe2+ + S↓ + 2H+ 0,05 ; K1 = 1021,28= 10 2.0,63 0,0592 0,05  →  2/ Pb2+ + H2S ¬  PbS↓ + 2H+ K2 = 106,68=10-7,02-12,90+26,6 0,10 0,05 0,25  →  ZnS↓ + 2H+ 3/ Zn2+ + H2S ¬  K3 = 101,68  →  4/ Fe2+ + H2S ¬  FeS↓ + 2H+ K4 = 10-2,72 K3 K4 nhỏ, cần phải kiểm tra điều kiện kết tủa ZnS FeS: C'Zn 2+ = C Zn 2+ C'Fe2+ = C Fe2+ = CFe3+ → Vì mơi trường axit = 0,010 M; = 0,050 M Đối với H2S, Ka2