Chương 7 DUNG DỊCH

Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P Chương 7: DUNG DỊCH 7.1 Các hệ phân tán – Dung dịch * Định nghĩa Một hệ gồm hai (hay nhiều ) chất, (hay nhiều) chất dạng hạt kích thước nhỏ phân bố vào chất hệ gọi hệ phân tán Chất phân bố pha phân tán Chất có pha phân tán phân bố môi trường phân tán VD: Lấy đất sét nghiền mịn trộn vào nước, ta hệ phân tán nước – đất sét, hạt đất sét pha phân tán, nước môi trường phân tán * Phân loại: - Căn vào trạng thái pha thành phần ta có hệ phân tán: Loại hệ phân tán Khí - khí Khí – lỏng Khí – rắn Lỏng – lỏng Lỏng - khí Lỏng – rắn Rắn – lỏng Rắn – rắn Rắn – khí Ví dụ Không khí Không khí nước Hiđro Pt (hoặc Pd…) Xăng Nước không khí Thủy ngân vàng Nước đường Kẽm đồng Naptalen không khí Tính chất hệ phân tán (đặc biệt tính bền) phụ thuộc vào kích thước pha phân tán Khi hạt pha phân tán lớn pha phân tán dễ lắng xuống hệ không bền - Dựa vào kích thước ta chia hệ phân tán thành loại: + Hệ phân tán thô (hay hệ lơ lửng) - Là hệ phân tán bền, gồm hạt phân tán có kích thước tương đối lớn cỡ 10 -5 – 10-2 cm, thấy kính hiển vi mắt thường - Được chia làm hai loại:  Huyền phù: Pha phân tán chất rắn, môi trường phân tán chất lỏng VD: Phù sa sông  Nhũ tương: pha phân tán môi trường phân tán chất lỏng VD: Các hạt mỡ lơ lửng sữa ⇒ Hệ phân tán thường không bền theo thời gian tách lớp + Hệ keo (hay dung dịch keo) - Là hệ phân tán trung gian gồm hạt phân tán có kích thước 10 -7 – 10-5 cm, thấy kính siêu hiển vi VD: sương mù (hệ phân tán lỏng – khí), khói (hệ phân tán rắn – khí) + Dung dịch thực: - Đây hệ bền, gồm hạt có kích thước phân tử ion (cỡ 10 -8 cm) - Giữa pha phân tán môi trường phân tán bề mặt phân chia, toàn dung dịch pha, dung dịch thực hệ đồng thể Chất phân tán gọi chất tan, môi trường gọi dung môi N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P 7.2 Quá trình hòa tan chất rắn – hiệu ứng nhiệt trình hòa tan - Quá trình hòa tan chất rắn vào chất lỏng xảy theo hai giai đoạn: + Các phân tử ( phân tử, nguyên tử ion) bề mặt chất rắn – dao động không ngừng tác dụng lôi kéo phân tử dung môi có cực – bị tách khỏi mạng lưới tinh thể Quá trình lý học cần tiêu tốn lượng để phá vỡ mạng lưới tinh thể Quá trình lí học trình biến đổi trạng thái tập hợp chất nhiệt trình lý học nhiệt chuyển pha ( ∆ Hcp) + Các phân tử chất tan kết hợp với phân tử dung môi có cực tạo nên hợp chất có tên sonvat (nếu dung môi H2O gọi hyđrat) Quá trình hóa học tỏa nhiệt lượng gọi nhiệt sonvat hóa ( ∆ Hs) - Hiệu ứng nhiệt Q trình hòa tan tổng hiệu ứng nhiệt hai trình: Q = ∆ Hcp + ∆ Hs ( > 0, < 0)  Nếu nhiệt sonvat hóa ∆ Hs lớn nhiệt phát vỡ mạng lưới tinh thể Q > 0; trình hòa tan phát nhiệt  Trường hợp ngược lại trình hòa tan thu nhiệt VD: Hòa tan mol NH4NO3 vào nước thu nhiệt lượng 6,32kcal * Nhiệt lượng thoát hay thu vào hòa tan mol chất gọi nhiệt hòa tan chất VD: Nhiệt hòa tan của: CaCl2 : +17,4kcal NH4NO3 : - 6,32kcal 7.3 Cách biểu diễn thành phần dung dịch 7.3.1 Nồng độ % khối lượng : cho biết số gam chất tan có 100 gam dung dịch C% = Số gam chất tan (m)× 100% Số gam dung dịch (m’) 7.3.2 Nồng độ mol: cho biết số mol chất tan có lít dung dịch CM = Số mol chất tan (n) Số lít dung dịch (V) 7.3.3 Nồng độ đương lượng gam: cho biết số đương lượng gam chất tan có lít dung dịch CN = Số đương lượng chất tan (n’) Số lít dung dịch (V) 7.3.4 Nồng độ molan : cho biết số mol chất tan có kilogam dung môi N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P Cm = Số mol chất tan (n) Số kilogam dung môi (m) 7.3.5 Nồng độ phần mol: chất tỷ số số mol cấu tử chia cho tổng sô mol chất có dung dịch NA= Số mol chất A (nA) Tổng số mol chất (n) 7.4 Độ tan a/ Dung dịch bão hòa * Định nghĩa - Hòa tan trình thuận nghịch Thoạt tiên chất tan chuyển vào dung dịch chiều ưu thế, thêm dần chất tan, chiều ngược lại mạnh dần: chất tan dung dịch kết tinh lại chuyển thành pha rắn Tới lúc trình hòa tan kết tinh đạt trạng thái cân bằng: đơn vị thời gian lượng chất chuyển vào dung dịch cân lượng chất từ dung dịch chuyển vào pha rắn Dung dịch ứng với trạng thái gọi dung dịch bão hòa - Dung dịch có lượng chất tan thấp lượng chất tan chứa dung dịch bão hòa số chất Na2S2O3, Na2B4O7…lượng chất tan có dư không kết tinh ngay, dung dịch gọi bão hòa * Tính chất Dung dịch bão hòa hệ bền: dung dịch tồn tùy ý mà nồng độ không đổi ( miễn nhiệt độ áp suất hệ trì không đổi) Dung dịch bão hòa hệ không bền, cần khuấy trộn dung dịch thêm vài tinh thể nhỏ chất tan vào lượng chất có dư bắt đầu kết tinh lại (pha rắn xuất hiện), trình tiếp tục nồng độ dung dịch đạt nồng độ bão hòa nhiệt độ b/ Độ tan * Định nghĩa Nồng độ chất tan dung dịch bão hòa điều kiện xác định gọi độ tan chất * Ký hiệu Độ tan ( kí hiệu S) số gam chất tan có 100 gam dung môi (của dung dịch bão hòa ) Độ tan đại lượng đặc trưng cho khả hòa tan chất dung môi Thông thường chất có: S > 10 gọi dễ tan S < 1: khó tan S < 0,01: không tan * Tính chất - Độ tan chất phụ thuộc vào :  Bản chất chất tan dung môi  Nhiệt độ áp suất ( chủ yếu cho chất khí) VD : Thực nghiệm cho thấy phân tử lưu huỳnh cực nên lưu huỳnh tan tốt benzen ( dung môi cực) không tan nước (dung môi phân cực) Trái lại phân tử muối ăn phân cực mạnh nên muối ăn tan nước không tan benzen N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P - Độ tan hầu hết chất rắn tăng nhiệt độ tăng Áp suất ảnh hưởng đến độ tan chất rắn Trong đa số trường hớp, nhiệt độ tăng độ tan chất lỏng tăng - Độ tan chất khí chất lỏng tăng lên tăng áp suất Vì trình hòa tan chất khí chất lỏng dẫn đến giảm áp suất khí theo nguyên lý Lơ Satơliê, độ tan khí tăng lên áp suất tăng Điều thể định luật Henri : « Độ tan khí nhiệt độ không đổi tỉ lệ với áp suất » * Cần ý định luật Henri với dung dịch tương đối loãng, áp suất không cao tương tác hóa học xảy chất tan dung môi 7.5 Áp suất thẩm thấu dung dịch 7.5.1 Sự khếch tán Khi cho dung dich tiếp xúc nước nguyên chất ta quan sát thấy chất tan khếch tán từ dung dịch qua nước, kết dẫn đến phân bố đồng chất tan toàn thể tích hệ Sự khếch tán xảy cho tiếp xúc hai dung dịch chất tan có nồng độ khác mà kết có san nồng độ toàn hệ 7.5.2 Sự thẩm thấu Nếu cho dung dịch nước tiếp xúc với qua màng đặc biệt, màng cho phép phân tử nước (dung môi) qua khếch tán xảy chiều : dung dịch bị pha loãng thể tích tăng lên, thể tích dung môi giảm Màng đặc biệt tạo khuếch tán chiều gọi màng bán thấm (làm bong bóng động vật, colodion ) tượng khếch tán chiều dung môi qua màng bán thấm gọi thẩm thấu 7.5.3 Áp suất thẩm thấu a/ Thí nghiệm Lấy xilanh, có pitông di động Đáy pitông màng bán thẩm Giả thiết lực ma sát pitông xilanh không đáng kể Phần xilanh phía pitông đựng dung dịch, phần xilanh phía pitông đựng dung môi tinh khiết Vì nồng độ dung môi dung môi tinh khiết lớn so với dung dịch đơn vị thời gian, số Dung môi phân tử dung môi từ phía pitông xuống Do thể tích dung dịch tăng lên pitông nâng lên Muốn giữ cho pitông đứng nguyên chỗ cũ, cần đặt lên pitông tải trọng P Dung dịch b/ Định nghĩa Lực cần phải tác dụng lên 1cm màng bán thẩm để ngăn không cho dung môi qua nó, nghĩa làm cho tượng thẩm thấu ngừng lại, gọi áp suất thẩm thấu c/ Biểu thức Nghiên cứu áp suất thẩm thấu dung dịch loãng, người ta nhận thấy áp suất thẩm thấu không phụ thuộc vào chất chất tan mà tỉ lệ với nồng độ dung dịch nhiệt độ tuyệt đối: π = CRT  π : áp suất thẩm thấu, C nồng độ mol/l dung dịch  R số khí N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P  T nhiệt độ tuyệt đối Nếu thay C = n , n số mol chất tan có thể tích V lit dung dịch, ta có: V π V = nRT Phương trình giống với phương trình khí lí tưởng xét trước cho phép VanHôp phát biểu ( năm 1887) “ Áp suất thẩm thấu chất tan dung dịch loãng áp suất gây nên chất trạng thái khí nhiệt độ chiếm thể tích dung dịch” 7.6 Áp suất dung dịch 7.6.1 Áp suất bão hòa chất lỏng nguyên chất - Các chất lỏng nhiều bay Nếu bình chất lỏng để ngỏ chất lỏng bay dần hết Nếu chất lỏng giữ bình kín bay ngưng tụ hai chiều trình thuận nghịch: tốc độ bay tốc độ ngưng tụ, cân động thiết lập Bay ∆H > Chất Chất lỏng Ngưng tụ ∆H < - Hơi cân động với chất lỏng gọi bão hòa Áp suất bão hòa gây bề mặt chất lỏng gọi áp suất bão hòa Vì trình bay thu nhiệt, nên tăng nhiệt độ bay tăng cường, áp suất bão hòa tăng VD: phụ thuộc áp suất nước bão hòa vào nhiệt độ sau: Nhiệt độ (00C) Áp suất bão hòa (mm Hg) 4,6 20 17,4 40 55,3 60 149,2 80 355,5 100 760  Vậy áp suất bão hòa đại lượng đặc trưng cho bay chất lỏng - Ở nhiệt độ, chất dễ bay có áp suất bão hòa lớn 7.6.2 Áp suất bão hòa dung dịch chứa chất tan không bay - Khi hòa tan chất tan không bay vào dung môi, áp suất bão hòa dung môi dung dich, hay gọi tắt áp suất dung dịch, giảm xuống Nhìn vào hình bên hiểu lý giảm áp suất bão hòa Mặt thoáng dung môi tinh khiết gồm phân tử dung môi mặt thoáng dung dịch gồm hạt chất tan xen kẽ với phân tử dung môi Vì đơn vị thời gian, nhiệt độ định, số phân tử bay từ dung dịch bé số phân tử bay từ dung môi tinh khiết Do trường hợp dung dịch, trạng thái cân thiết lập áp suất thấp so với trường hộp dung môi Đó nguyên nhân gây nên giảm áp suất bão hòa dung môi dung dịch N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P - Ở nhiệt độ, áp suất bão hòa dung dịch (P 1) luôn thấp áp suất bão hòa dung môi nguyên chất Rõ ràng nồng độ dung dịch lớn, áp suất bão hòa dung dịch nhỏ, nghĩa áp suất dung dịch phải tỷ lệ thuận với nồng độ phần mol dung môi: P1 = K.N1 Khi dung dịch loãng: N1 → P1 → P0 K = Do đó: P1 = Po N1 P1 = P0.N1 Nếu phần mol chất tan dung dịch N2 N1 = – N2 Do đó: P1 = P0(1-N2) ⇒ N2 = Po − P1 ∆P = Po Po P1: áp suất bão hòa dung dịch P0: áp suất bão hòa dung môi nguyên chất N2: Phần mol chất tan dung dịch Định luât Raoult I “ Độ giảm tương đối áp suất bão hòa dung dịch phần mol chất tan dung dịch” Lưu ý: Định luật Raoult nghiệm với dung dịch loãng chất tan không điện ly  Với dung dịch loãng ta có: n2 n ∆P n2 ≈ Do ≈ Po n1 n1 + n n1 ⇒ ∆P = Po × n2 n1 n2: số mol chất tan n1: số mol dung môi 7.7 Nhiệt độ sôi nhiệt độ đông đặc 7.7.1 Nhiệt độ sôi chất lỏng nguyên chất - Nhiệt độ sôi chất lỏng nhiệt độ áp suất bão hòa áp suất VD: Nhiệt độ sôi nước: P (mmHg) Đs nước (O0C) 730 98,9 760 100 760,2 120 760,4 143 - Chính áp suất thấp hay chân không chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp ngược lại áp suất cao chất lỏng có nhiệt độ sôi cao - Khi sôi bọt sinh khắp chất lỏng, nghĩa bay xảy toàn thể tích chất lỏng bề mặt N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P 7.7.2.Nhiệt độ sôi dung dịch có chất tan không bay - Dung dịch có áp suất bão hòa nhỏ dung môi nguyên chất Muốn dung dịch sôi cần tăng nhiệt độ dung dịch lên để làm cho áp suất bão hòa áp suất ngoài, tức dung dịch có nhiệt độ sôi cao dung môi nguyên chất Nồng độ dung dịch lớn, nhiệt độ sôi cao Định luật Raoult II “ Độ tăng nhiệt độ sôi dung dịch loãng chất tan không điện ly tỷ lệ thuận với nồng độ molan chất tan dung dịch” ∆Ts = K s ⋅ C m  ∆Ts : độ tăng nhiệt độ sôi  Cm: nồng độ molan chất tan dung dịch  Ks: số nghiệm sôi dung môi - Nhiệt độ sôi dung dịch nhiệt độ ứng với trạng thái cân dung dịch với bọt thứ nhất, nghĩa nhiệt độ bắt đầu sôi - Khi dung dịch sôi, dung môi thoát khỏi dung dịch, nồng độ dung dịch tăng lên nhiệt độ dung dịch tiếp tục tăng Vậy khác với dung môi nguyên chất, trình sôi, nhiệt độ dung dịch tiếp tục tăng Tuy nhiên nhiệt độ dung dịch không tiếp tục tăng mà tới giới hạn dừng lại Tại nhiệt độ giới hạn bắt đầu xuất tinh thể chất tan làm cho nồng độ dung dịch không đổi dung dịch tiếp tục sôi nhiệt độ 7.7.3 Nhiệt độ đông đặc chất lỏng Nhiệt độ đông đặc chất lỏng nhiệt độ áp suất mặt pha lỏng áp suất mặt pha rắn VD: Ở 00 áp suất bão hòa H2O lỏng 4,6mmHg áp suất bão nước đá, nước bắt đầu đông đặc 7.7.4 Nhiệt độ đông đặc dung dịch - Vì áp suất bão hòa dung dịch nhỏ áp suất bão hòa dung môi nên 0C áp suất bão hòa dung dịch nước nhỏ 4,6mmHg, nước dung dịch chưa thể đông đặc Muốn cho dung dịch đông đặc phải hạ nhiệt độ Vậy dung dịch đông đặc nhiệt độ thấp so với dung môi nguyên chất Nồng độ dung dịch lớn nhiệt độ đông đặc thấp Định luật Raoult II “ Độ hạ nhiệt độ đông đặc dung dịch loãng chất tan không điện ly tỷ lệ thuận với nồng độ molan chất tan dung dịch” ∆Tđ = K đ ⋅ C m Kđ: số nghiệm đông dung môi  Các số nghiệm sôi số nghiệm lạnh không phụ thuộc vào chất chất tan mà phụ thuộc vào chất dung môi N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P - Khi dung dịch đông đặc, dung môi thoát khỏi dung dịch nồng độ tăng lên trình đông đặc, nhiệt độ dung dịch tiếp tục giảm Tuy nhiên, nhiệt độ đông đặc dung dịch không giảm mà tới giới hạn dừng lại Tại nhiệt độ giới hạn này, đồng thời với tinh thể dung môi xuất tinh thể chất tan Lúc thành phần dung dịch không đổi nữa, nhiệt độ dung dịch giữ nguyên toàn dung dịch đông đặc thành hỗn hợp rắn Hỗn hợp gồm có tinh thể chất ta tinh thể dung môi gọi hỗn hợp ơtecti 7.8 Lý thuyết điện ly – Dung dịch điện ly 7.8.1.Tính bất thường dung dịch axit, bazơ, muối Khi nghiên cứu tính chất axit, baz, muối, người ta thấy chúng có đặc điểm khác với dung dịch chất tan tồn dạng phân tử ( đường, rượu….) * Ở điều kiện nồng độ nhiệt độ, dung dịch axit, baz muối có áp suất bão hòa nhỏ có độ hạ điểm đông đặc độ tăng điểm sôi, độ tăng áp suất thẩm thấu lớn  Để áp dụng định luật Raoult định luật áp suất thẩm thấu, Van’tHoff phải đưa thêm hệ số điều chỉnh i ( gọi hệ số đẳng trương) với i > - Hệ số i sau gọi hệ số Van’tHoff  Đối với dung dịch loãng chất không điện li: i =  Đối với dung dịch loãng axit, bazơ hay muối, i > - Hệ số i xác định thực nghiệm dựa vào hệ thức sau: i= ∆P' ∆T ' π' = = ∆P ∆T π ∆P' , ∆T ' , π' :là độ giảm tương đối áp suất hơi, độ tăng nhiệt độ sôi hay độ giảm nhiệt độ hóa rắn áp suất thẩm thấu dung dịch đo thực nghiệm ∆ P, ∆ T π : độ giảm tương đối áp suất hơi, độ tăng nhiệt độ sôi hay độ giảm nhiệt độ hóa rắn áp suất thẩm thấu dung dịch tính lý thuyết theo định luật Raoult Van’tHoff * Dung dịch axit, baz, muối có tính dẫn điện 7.8.2 Lý thuyết điện ly Để giải thích tính chất đặc biệt trên, năm 1887 Arrêniuyt đề thuyết điện ly mà nội dung chủ yếu sau: hòa tan vào nước, axit, baz muối phân li thành phần tử nhỏ gọi ion mang điện trái dấu; ion dương (cation) ion âm (anion) Quá trình phân tử phân li thành ion gọi điện ly, chất phân li thành ion dung dịch (hoặc đun nóng chảy) gọi chất điện ly Theo Arrenuyt:  Axit điện ly cho cation H+ (proton) anion gốc axit: HCl → H+ + Cl Baz điện ly cho cation kim loại anion OH- (hyđroxyl): NaOH → Na+ + OH Muối điện ly cho cation kim loại anion gốc axit: NaCl → Na+ + Cl Do điện ly mà số tiểu phân có dung dịch tăng lên với số phân tử hòa tan, làm giảm áp suất bão hòa nhiều hơn, làm tăng điểm sôi làm hạ điểm đông đặc nhiều N.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P VD: Các dung dịch 0,2N KCl Ca(NO 3)2 nước có i tương ứng 1,81 2,48 Khi pha loãng dung dịch nói giá trị i xấp xỉ tương ứng Như vậy: Số tiểu phân thực tế có mặt dung dịch i= Số phân tử hòa tan  Cũng có mặt ion trái dấu mà đặt dung dịch vào điện trường ion chuyển dời có hướng điện cực, dung dịch điện ly có khả dẫn điện 7.8.3 Sự phát triển thuyết điện ly - Nhà hóa học Kablukov rõ nguyên nhân điện ly trình sonvat hóa (nếu dung môi nước: hyđrat hóa) Khi bỏ hợp chất ion vào nước, ion bề mặt tinh thể làm cho phân tử nước xoay hướng để đầu lưỡng gần ion ngược dấu Kết có phân tử nước bao quanh ion Do lực tương tác ion bị suy yếu đến mức lượng chuyển động phân tử dung dịch đủ làm cho ion tách rời vào dung dịch VD: Dưới tác động phân tử H 2O có cực, ion Na + Cl- bứt khỏi mạng lưới tinh thể NaCl vào dung dịch dạng ion hyđrat hóa: NaCl(r) + (m + n)H2O = Na+.mH2O + Cl-.nH2O + Quá trình hyđrat hóa phát lượng nhiệt đủ để bù lại lượng cần tiêu tốn để phá vỡ mạng lưới tinh thể NaCl + Với phân tử có cực H-Cl, tác động phân tử H 2O có cực, liên kết cộng hóa trị chuyển dần thành liên kết ion cuối phân tử HCl phân li thành ion: H-Cl + (m+n)H2O ⇌ H+.mH2O + Cl-.nH2O - Tóm lại điện ly gắn liền với tương tác ion dung môi Kết điện ly tạo thành ion tự mà ion hyđrat hóa - Người ta phân biệt chất điện ly mạnh với chất điện ly yếu + Chất điện ly mạnh: hòa tan vào nước tất phân tử chúng phân ly hoàn toàn thành ion Các axit mạnh, bazơ mạnh đại đa số muối trung tính chất điện ly mạnh VD: HNO3 = H+ + NO3KOH = K+ + OHNH4Cl = NH4+ + Cl+ Chất điện ly yếu: hòa tan vào nước có số phân tử phân li thành ion Sự điện ly chất điện ly yếu thuận nghịch: Ion hóa AmBn mAn+ + nBmPhân tử hóa Các axit hữu cơ, axit vô yếu (HCN, H 2CO3…) bazơ vô yếu (NH 4OH), bazơ hữu (amin ), số muối axit muối bazơ (NaHCO3, Cu(OH)Cl…) chất điện ly yếu: CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+ NH4OH ⇌ NH4+ + OHN.D.Familys Trang: - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P  Độ điện ly α * Định nghĩa Là đại lượng đặc trưng cho mức độ điện ly chất Độ điện ly α tỷ số số mol chất điện ly (n) với tổng số mol chất hòa tan (no): α= n n0 VD: Axit axetic (CH3COOH) nhiệt độ phòng có α = 0,014 = 1,4% * Phân loại  Chất điện ly mạnh: α ≃  Chất điện ly yếu: α 10-7, [OH-]< 10-7 * Trong dung dịch kiềm: [H3O+] < [OH-] suy [H3O+] < 10-7, [OH-] > 10-7 Như ta dựa vào nồng độ ion H 3O+ hay ion OH- để biết tính chất môi trường dung dịch Tuy nhiên để biểu thị môi trường cách tiện lợi hơn, người ta sử dụng đại lượng số hiđro pH (hoặc số hiđroxyl pOH) với qui ước:  Chỉ số Hiđro: pH = -lg[H3O+]  Chỉ số Hiđroxyl: pOH = -lg[OH-] ⇒ pH + pOH = 14 (250C) N.D.Familys Trang: 18 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book    Ma$ter.P Dung dịch trung tính: pH = (pOH = 7) Dung dịch axit: pH < (pOH > 7) Dung dịch bazơ: pH >7 (pOH < 7) 7.9.4 Liên hệ KA KB cặp axit – bazơ liên hợp [ B][ H 3O + ] Ta có: K A = [ A] KB = [ A][OH − ] [ B] ⇒ KA × KB = [H3O+][OH-] = KW Vậy pKA + pKB = pKW = 14 ⇒ Từ cho ta thấy: Axit mạnh bazơ liên hợp yếu 7.10 Sự thủy phân muối a/ Định nghĩa - Thủy phân muối phản ứng trao đổi ion muối với ion nước Theo Bronsted – Loury phản ứng thủy phân thực chất phản ứng chuyển proton phản ứng axit – bazơ - Sự thủy phân xảy với gốc axit yếu cation gốc bazơ yếu VD1: Muối axit yếu – bazơ mạnh CH3COONa ⇌ CH3COO- + Na+ CH3COO- + HOH ⇌ CH3COOH + OH⇒ dung dịch natri axetat có tính kiềm VD2: Muối axit mạnh – bazơ yếu NH4Cl ⇌ NH4+ + ClNH4+ + HOH ⇌ NH4OH + H+ ⇒ dd NH4Cl có tính axit VD3: Muối axit yếu – bazơ yếu NH4CN ⇌ NH4+ + CNNH4+ + HOH ⇌ NH4OH + H+ CN- + HOH ⇌ HCN + OH⇒ Vì KA(NH4+) = 5,6.10-10 < KB(CN-) = 2,04.10-5) ⇒Môi trường kiềm NH4NO2 ⇌ NH4+ + NO2- NH4+ + HOH ⇌ NH3 + H3O+ NO2- + HOH ⇌ HNO2- + OHVì KA(NH4+) = 5,6.10-10 > KB(NO2-) = 0,22.10-10 ⇒ Môi trường axit N.D.Familys Trang: 19 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P 7.11 Dung dịch đệm a/ Định nghĩa Dung dịch đệm dung dịch chứa hỗn hợp axit yếu với bazơ liên hợp HA + H2O ⇌ B + H3O+ Axit Bazơ liên hợp b/ Tính chất Dung dịch đệm có đặc điểm pH thay đổi thêm lượng axit bazơ  Khi thêm lượng axit mạnh:  Khi thêm lượng bazơ mạnh: c/ pH dung dịch đệm HA + ⇒ KA = H2O ⇌ B + [ B][H 3O + ] [ A] ⇒ ] [ H O ] = K [ HA [ B] ⇒ pHđệm = pKA – lg H3O+ + A [Axit] [Bazơ liên hợp] 7.12 Tích số tan a/ Định nghĩa Tích số tan tích nồng độ ion dung dịch bão hòa chất điện ly tan với số mũ thích hợp AmBn(r) ⇌ AmBn( dd) ⇌mAn+ + nBmKs hay TtAmBn = [An+]m[Bm-]n b/ Mối liên hệ độ tan (S) tích số tan Ks(AmBn) = mmnnSm+n c/ Điều kiện kết tủa chất điện li tan Chất điện li tan xuất dạng kết tủa khi: Tích số nồng độ ion với số mũ thích hợp vượt giá trị tích số tan nhiệt độ cho AmBn(r) ⇌ AmBn( dd) ⇌mAn+ + nBmQ = [An+]m[Bm-]n ≥ Ks N.D.Familys Trang: 20 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P Chất điện li tan tan vào dung dịch khi: Tích nồng độ ion nhỏ giá trị tích số tan nhiệt độ Q = [An+]m[Bm-]n ≤ Ks 7.13 Tính toán chi tiết pH dung dịch 7.13.1 Định luật bảo toàn nồng độ đầu - Nồng độ gốc (Co): nồng độ chất trước trộn hỗn hợp phản ứng - Nồng độ đầu (C): nồng độ chất trước tham gia phản ứng Nồng độ đầu khác với nồng độ gốc chỗ có thay đổi thể tích trộn lẫn dung dịch - Nồng độ cân ([ ]): nồng độ cấu tử sau phản ứng hệ trạng thái cân VD: Trộn 20ml dung dịch NaOH 0,15M với 10ml dd NaCl 0,06M 30ml hỗn hợp Ta có:  Nồng độ gốc C0 chất: C0(NaOH) = 0,15M, Vo(NaOH) = 20ml C0(NaCl) = 0,06M, Vo(NaCl) = 10ml Vhh = 20 + 10 = 30ml  Nồng độ đầu Nồng độ đầu chất: 20 = 0,10M 30 10 CNaCl = 0,06 × = 0,02M 30 CNaOH = 0,15 ×  Nồng độ cân Ta có cân sau (bỏ qua điện ly nước): NaOH = Na+ + OHNaCl = Na+ + Cl[Na+] = C Na + NaOH + C Na + NaCl = 0,12M ( ( [Cl-] = C Na + ( ) ) NaCl = ) ( ) 0,02M [OH-] = C OH − NaOH = 0,10M - Theo định luật bảo toàn khối lượng: nồng độ đầu cấu tử tổng nồng độ cân tất dạng tồn cấu tử dung dịch trạng thái cân VD: Trong dung dịch H3PO4 0,1M có cân sau: H3PO4 → H+ + H2PO4H2PO4- → H+ + HPO42HPO42- → H+ + PO43Nồng độ đầu axit H3PO4 0,1M, áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (tức bảo toàn nồng độ đầu): C H3PO4 = [H3PO4] + [H2PO4-] + [HPO42-] + [PO43-] = 0,1 7.13.2 Định luật trung hòa điện tích N.D.Familys Trang: 21 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P Do trung hòa điện dung dịch chất điện ly, tổng điện tích âm anion phải tổng điện tích dương cation VD: Trong dung dịch H3PO4: [H+] = [H2PO4-] + × [HPO42-] + × [PO43-] + [OH-] Trong dung dịch Na3PO4: [Na] + [H+] = [H2PO4-] + × [HPO42-] + × [PO43-] + [OH-] 7.13.3 pH dung dịch axit mạnh Giả sử có dung dịch đơn axit mạnh HA nồng độ đầu CA: HA + H2O = H3O+ + AH2O + H2O = H3O+ + OHCó thể viết đơn giản: HA = H+ + AH2O = H+ + OHĐịnh luật bảo toàn nồng độ đầu: [A-] = CA Định luật trung hòa điện: [H+] = [A-] + [OH-] = CA + Kw H+ [ ] ⇒ [H+]2 - CA[H+] - KW = (1) a/ CA10-7: Có thể bỏ qua H+ nước điện ly, thế: [H+] = CA ⇒ pH = pCA 7.13.4 pH dung dịch bazơ mạnh Giả sử có dung dịch đơn bazơ mạnh B nồng độ CB B + H2O = HB+ + OHH2O + H2O = H3O+ + OHĐịnh luật bảo toàn nồng độ đầu: [HB+] = CB Định luật trung hòa điện: [OH-] = [HB+] + [H+] N.D.Familys Trang: 22 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book ⇒ Ma$ter.P Kw = CB + [H+] + H [ ] ⇒ [H+]2 - CB[H+] - KW = (2) a/ CB10-7: Có thể bỏ qua điện ly nước ⇒[OH-] = CB ⇒ [H+] = Kw CB ⇒ pH = pKW + lgCB ⇒ pH = 14 + lgCB 7.13.5 pH dung dịch đơn axit yếu Giả sử có dung dịch đơn axit yếu HA nồng độ C0 C0>>10-7 ⇒ Bỏ qua trình ion hóa nước HA + H2O = H3O+ + ABan đầu C0 Phản ứng x x x Còn lại (C0 – x) x x ⇒ KA = x2 C0 − x Nếu C0 >> x ⇒ KAC0= x2 ⇒ K A C =[H3O+] ⇒ pH = (pKA + pC0) 7.13.6 pH dung dịch đơn bazơ yếu Giả sử có dung dịch đơn bazơ mạnh B nồng độ C0 C0>>10-7 ⇒ Bỏ qua trình ion hóa nước B + H2O = HB+ + OHBan đầu C0 Phản ứng x x x Còn lại (C0 – x) x x x2 ⇒ Kb = C0 − x N.D.Familys Trang: 23 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P Nếu C0 >> x ⇒ KAC0= x2 ⇒ K B C =[OH-] (pKB + pC0) ⇒ pH = 14 - (pKB + pC0) ⇒ pOH = BÀI TẬP CHƯƠNG Dạng 1: Xác định nồng độ chất 1/ Hòa tan 100 gam CuSO4.5H2O vào 400 gam dung dịch CuSO4 4% Tìm nồng độ phần trăm dung dịch thu 2/ Cần lấy dung dịch H 2SO4 74% (D = 1,664 g/ml) để pha chế 250 gam dung dịch H 2SO4 20% 3/ Xác định nồng độ phần trăm dung dịch HNO 12,2M ( D = 1,35 g/ml) dung dịch HCl 8M ( D = 1,23 g/ml) 4/ Hòa tan 25 gam CaCl2.6H2O 300ml nước Dung dịch thu có khối lượng riêng 1,08 g/ml Tính nồng độ phần trăm nồng độ mol/l dung dịch 5/ Dung dịch axit CH3COOH 2,03M có D = 1,017 g/ml Tìm nồng độ molan dung dịch 6/ Dung dịch axit sunfuric 27% có D = 1,198 g/ml Tìm nồng độ mol/l nồng độ molan dung dịch 7/ Một dung dịch chứa 116 gam axeton CH3COCH3, 138 gam rượu etylic C2H5OH 126 gam nước Xác định nồng độ phần mol chất dung dịch 8/ Khối lượng riêng dung dịch KCl 10% 1,06 g/ml Tính nồng độ mol/l, nồng độ molan nồng độ phần mol KCl dung dịch 9/Cần trộn gam KOH nguyên chất vào 1200 gam dung dịch KOH 12% để dung dịch KOH 20% 10/ Tính thể tích dung dịch axit HCl 38% ( D = 1,194) thể tích dung dịch HCl 8% ( D2 = 1,039) cần để pha chế thành 4000 ml dung dịch 20% ( d = 1,1) 11/ Cần trộn ml dung dịch HCl 1M với ml dung dịch HCl 0,25M để thu 1000ml dung dịch HCl 0,5M? Giả thiết pha trộn thể tích bảo toàn 12/ Tìm khối lượng dung dịch KOH 7,93% cần thiết để hòa tan vào 47 gam K 2O thu dung dịch KOH 21% N.D.Familys Trang: 24 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P 13/ Tìm khối lượng SO3 khối lượng dung dịch H 2SO4 49% cần để pha chế 450 gam dung dịch H2SO4 83,3% 14/ Định đương lượng axit sunfuric phản ứng sau: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O Pha 49 gam H2SO4 nguyên chất thành 200 ml dung dịch Định nồng độ đương lượng gam dung dịch axit 15/ Natri cacbonat tham gia phản ứng: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑ Cần lấy gam Na2CO3.10H2O để pha chế lit dung dịch Na2CO3 0,1N 16/ Cần lấy ml dung dịch H 2SO4 96% ( D = 1,84 g/ml) để pha chế thành lit dung dịch H2SO4 0,5N ( cho biết đương lượng axit sunfuric 49đvC)? 17/ Định nồng độ đương lượng dung dịch axit H 3PO4, biết 40ml dung dịch axit trung hòa 120 ml dung dịch NaOH 0,531 N 18/ Tìm thể tích dung dịch KMnO4 0,25N vừa đủ để oxi hóa 50 ml dung dịch NaNO2 0,2 M theo phương trình phản ứng ( chưa cân bằng): NaNO2 + KMnO4 + H2SO4 → NaNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O 19/ Tính khối lượng Na2S2O3.5H2O cần thiết để pha chế 500 ml dung dịch Na 2S2O3 0,2N cho phản ứng: 2− 2− S O3 + I2 → S O6 + 2IDạng : Độ tan 20/ Tìm độ tan NaCl H2O 200C, biết nhiệt độ 13,6 gam dung dịch BaCl2 bão hòa có chứa 3,6 gam NaCl 21/ Ở 800C dung dịch muối có khối lượng 310 gam Khối lượng nước dung dịch nhiều khối lượng muối 90 gam Có gam muối bị kết tinh lại làm lạnh dung dịch đến 0C? Biết độ tan muối 00C 14,3 gam 22/ Định số gam tinh thể MgSO4.6H2O tách khỏi dung dịch hạ nhiệt độ 1642 gam dung dịch bão hòa MgSO4 800C xuống 200C, biết độ tan MgSO4 800C 64,2 gam 200C 44,5 gam 23/ Dùng lượng vừa đủ dung dịch axit sunfuric 20% đun nóng để hòa tan 0,2 mol đồng oxit CuO Sau phản ứng làm nguội dung dịch thu tới 10 0C Tính khối lượng muối kết tinh ngậm nước CuSO4.5H2O thoát khỏi dung dịch Biết độ tan dung dịch CuSO 100C 17,4 gam Dạng : Áp suất thẩm thấu π = CRT 24/ Cần phải có gam glucozơ (C 6H12O6) lit dung dịch để áp suất thẩm thấu áp suất thẩm thấu dung dịch chứa gam andehit formic (HCHO) 1lit dung dịch ? N.D.Familys Trang: 25 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P 25/ Áp suất thẩm thấu máu 37 0C 7,65 atm Cần hòa tan gam glucozơ vào nước thành lit dung dịch để tiêm vào thể glucozơ có áp suất thẩm thấu máu Dạng : Áp suất bão hòa dung dịch 26/ Ở 200C, áp suất nước bão hòa 17,5 mmHg Tìm áp suất bão hòa 20 0C dung dịch chứa 0,2mol đường hòa tan 450 gam H2O 27/ Áp suất nước bão hòa 700C 233,8 mmHg 270 gam H2O hòa tan 12 gam chất tan có áp suất bão hòa 230,68 mmHg Định khối lượng mol phân tử chất tan Dạng : Nhiệt độ sôi dung dịch 28/ A chất không bay hơi, không điện li 10,6 gam A hòa tan 740 gam dietyl ete cho dung dịch có độ tăng nhiệt độ sôi 0,284 0C Biết số nghiệm sôi dietyl ete 2,11 0C.kg/mol Tìm khối lượng mol phân tử chất A 29/ Khi hòa tan 13 gam campho vào 400 gam dietyl ete nhiệt độ sôi tăng thêm 0,453 0C Biết số nghiệm sôi dietyl ete 2,110C.kg/mol Tìm khối lượng mol phân tử campho Dạng : Nhiệt độ đông đặc dung dịch 30/ Nhiệt độ đông đặc naphtalen 80,6 0C Khi hòa tan 0,512 gam hợp chất B 7,03 gam naphtalen dùng dịch đông đặc 75,2 0C Biết số nghiệm đông naphtalen 6,80C.kg/mol Tính khối lượng mol phân tử B 31/ 3,5 gam chất X không điện li hòa tan 50 gam nước cho dung dịch tích 52,5 ml đông đặc -0,860C Biết Kđ = 1,870C.Kg/mol a/ Tính nồng độ molan, nồng độ phần mol nồng độ mol/l chất X b/ Tìm khối lượng mol phân tử X Dạng 7: Độ điện li – Hệ số đẳng trương 36/ Tìm độ điện li axit HCN 0,05M, biết có K = 7.10-10 37/ Cần thêm nước vào 300 ml dung dịch axit axetic CH 3COOH 0,2M ( K = 1,8.10-5) để độ điện li tăng gấp đôi? 38/ Dung dịch chứa 2,1 gam KOH 250 gam H 2O đông đặc -0,5190C Tìm hệ số đẳng trương i dung dịch Biết Kđ = 1,860C.Kg/mol 39/ Dung dịch gam Al 2(SO4)3 25 gam nước đông đặc -4,46 0C Định độ điện li biểu kiến nhôm sunfat dung dịch Biết Kđ = 1,860C.Kg/mol 40/ Độ điện li biểu kiến dung dịch ZnSO 0,1N 40% Tìm áp suất thẩm thấu dung dịch 00C N.D.Familys Trang: 26 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P Dạng 8: Cặp axit – bazơ liên hợp 41/ a/ Biết Ka (HCN) = 7,2.10-10, tính pKb(CN-) b/ Biết Kb(NH3) = 1,8.10-5, tính pKa (N H 4+ ) Dạng 9: Tích số ion nước – Tính pH dung dịch 42/ Hòa tan gam NaOH với 0,56 gam KOH thành lit dung dịch Tính pH dung dịch 43/ Thêm 25 ml nước vào ml dung dịch HCl pH = Tìm pH dung dịch 44/ Một dung dịch NaOH có pH = 12 Cần pha loãng dung dịch nước gấp thể tích để thu dung dịch NaOH có pH = 11? 45/ Axit benzoic (C6H5COOH) có số axit Ka = 6,5.10-5 Tìm nồng độ mol tiểu phân (C6H5COOH, C6H5COO-, H+) dung dịch axit 0,1M 46/ Tính pH dung dịch CH3COOH 0,1 M biết Ka = 1,86.10-5 47/ lit dung dịch có hòa tan 0,15mol CH3COOH 0,1 mol HCl Tính pH dung dịch Biết Ka = 1,86.10-5 48/ Tìm pH dung dịch a/ Amoniac NH3 (Kb = 1,8.10-5) 0,1M b/ Pyridin C6H5N (Kb = 1,7.10-9) 0,05M 49/ Dung dịch 0,3M đơn bazơ yếu có pH = 10,66 Vậy giá trị K b bazơ bao nhiêu? 50/ (A) dung dịch HCl có pH = (B) dung dịch Ba(OH)2 có pH = 13 a/ Tính nồng độ mol/l chất tan, nồng độ mol/l ion dung dịch (A) (B) b/ Trộn 2,25 lit dung dịch (A) với 2,75lit dung dịch (B) lit dung dịch (C) Tìm pH dung dịch (C) 51/ Có lit dung dịch HNO3 2M a/ Cần thêm vào lit dung dịch axit lit dung dịch NaOH 1,8M để thu dung dịch có pH = ? b/ Cần thêm vào lít dung dịch axit lít dung dịch NaOH 1,8M để thu dung dịch có pH = 13 ? Dạng 10 : Dung dịch đệm 52/ Tính pH dung dịch đệm sau: a/ KCN 0,1M + HCN 5.10-3M Biết Ka(HCN) = 10-9,14 b/ NH3 0,05M + NH4Cl 0,02M Biết Kb(NH3) = 10-4,75 N.D.Familys Trang: 27 - $.N Smith Nguyen Studio E-Book Ma$ter.P 53/ Trộn 100ml dung dịch HCOOH 0,1M với 100ml dung dịch NaOH 0,05M 200ml dung dịch Tìm pH dung dịch pH dung dịch thay đổi thêm tiếp 0,001mol HCl 0,001mol NaOH? Biết Ka(HCOOH) = 10-3,75 54/ Có 50ml dung dịch chứa hỗn hợp axit axetic CH 3COOH 0,15M natri axetat CH3COONa 0,2M Thêm vào 50 ml dung dịch axit clohidric HCl 0,1M 100ml dung dịch Tìm pH dung dịch Cho biết Ka(CH3COOH) = 1,8.10-5 55/ Có ba axit yếu sau: HA ( K a = 2,7.10-3), HB(Ka = 4,4.10-6) HC (Ka = 2,6.10-9) Để pha chế dung dịch đệm có pH = 8,6 ta nên chọn axit ba axit trên? Vì sao? Dạng 11: Tích số tan 56/ Độ tan PbSO4 nước nhiệt độ thường 0,038 gam 1000ml dung dịch Tìm tích số tan chì sunfat nhiệt độ thường 57/ Tích số tan Pb3(PO4)2 nhiệt độ phòng 7,9.10-43 Tính độ tan (tính theo nồng độ mol/l) nhiệt độ phòng? 58/ Ở 250C, tích số tan SrSO4 3,8.10-7 Khi trộn thể tích dung dịch SrCl 0,002N với thể tích dung dịch K2SO4 0,002N kết tủa SrSO4 có xuất không? 59/ Thêm NaOH vào dung dịch Mg(NO 3)2 0,1M Tính pH Mg(OH)2 bắt đầu kết tủa Tích số tan Mg(OH)2 1,2.10-11 60/ Nồng độ Cr O42− cần cho thêm phải nằm khoảng để làm kết tủa Ba 2+ dạng BaCrO4 mà không làm kết tủa SrCrO4 từ hỗn hợp BaCl2 0,01M, SrCl2 0,1M Biết Ks(BaCrO4) = 10-9,93 Ks(SrCrO4) = 10-4,65 N.D.Familys Trang: 28 - $.N ... ion dung dịch (A) (B) b/ Trộn 2,25 lit dung dịch (A) với 2 ,75 lit dung dịch (B) lit dung dịch (C) Tìm pH dung dịch (C) 51/ Có lit dung dịch HNO3 2M a/ Cần thêm vào lit dung dịch axit lit dung dịch. .. mol/l dung dịch 5/ Dung dịch axit CH3COOH 2,03M có D = 1,0 17 g/ml Tìm nồng độ molan dung dịch 6/ Dung dịch axit sunfuric 27% có D = 1,198 g/ml Tìm nồng độ mol/l nồng độ molan dung dịch 7/ Một dung. .. đặc 7. 7.4 Nhiệt độ đông đặc dung dịch - Vì áp suất bão hòa dung dịch nhỏ áp suất bão hòa dung môi nên 0C áp suất bão hòa dung dịch nước nhỏ 4,6mmHg, nước dung dịch chưa thể đông đặc Muốn cho dung