Hoa vo co b3 (bai 2 can bang hoa hoc)

9/4/2017 BÀI (BUỔI 3) CÂN BẰNG HÓA HỌC DUNG DỊCH ĐIỆN LY KHÁI NIỆM ACID - BASE Bài giảng dành cho dược sĩ quy năm ThS Trần Thị Vân Anh tranthivananh06@gmail.com CHUẨN NĂNG LỰC Thiết lập biểu thức tính số cân hóa học Trình bày nguyên lý Le Chatelier vận dụng việc dự đoán chuyển dịch cân Giải thích khái niệm: Độ điện ly () Tính toán số điện ly K chất điện ly yếu ứng dụng cân điện ly Phân biệt acid base theo thuyết Arrhenius, Bronsted-Lowry Lewis Tính toán pH dung dịch acid, base dung dịch đệm 9/4/2017 NỘI DUNG Phản ứng hóa học Cân hóa học Sự chuyển dịch cân – Nguyên lý Le Chatelier Dung dịch điện ly Thuyết acid – base Sự điện ly nước – Thang pH Cân acid – base Cách tính pH số dung dịch 1.PHẢN ỨNG HÓA HỌC  loại : • Phản ứng chiều • Phản ứng thuận nghịch 9/4/2017 1.PHẢN ỨNG HÓA HỌC • Phản ứng chiều (phản ứng hoàn toàn, phản ứng không thuận nghịch): tất chất ban đầu tác dụng hết để tạo thành sản phẩm KMnO4 (r )  K2MnO4 + MnO2 + O2 H2O2 (l)  H2O + O2 1.PHẢN ỨNG HÓA HỌC • Phản ứng thuận nghịch: phản ứng điều kiện xác định tiến hành đồng thời theo hai chiều ngược N2O4 (k) ⇆ NO2 (k) H2 (k) + I2 (k) ⇆ HI (k) 9/4/2017 CÂN BẰNG HÓA HỌC A⇆B  Phản ứng đạt tới trạng thái cân khi:  Lượng chất đầu theo phản ứng thuận lượng chất chúng tạo thành từ phản ứng nghịch CÂN BẰNG HÓA HỌC • Vd: N2O4 (k) ⇄ NO2 (k) không màu màu nâu Hình Chuyển dịch cân N2O4 (k) ⇄ NO2 9/4/2017 CÂN BẰNG HÓA HỌC • Vd: N2O4 (k) ⇄ NO2 (k) không màu màu nâu CÂN BẰNG HÓA HỌC  Hằng số cân K • Hằng số cân hệ NO2 / N2O4 N2O4 (k) ⇄ NO2 • Xét phản ứng thuận nghịch mA + nB ⇄ pC + qD (1) (1): biểu thức định luật tác dụng khối lượng 9/4/2017 CÂN BẰNG HÓA HỌC  Ý nghĩa biểu thức tác dụng khối lượng • K phụ thuộc vào nhiệt độ chất chất tham gia phản ứng • K không phụ thuộc vào lượng chất ban đầu • K cho biết mức độ hoàn thành phản ứng 3.SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER • Khi thay đổi số thông số xác định trạng thái cân hệ cân chuyển dịch theo chiều hướng chống lại thay đổi • thay đổi: – Nồng độ chất ban đầu hay sản phẩm – Áp suất hay thể tích hệ – Nhiệt độ 9/4/2017 SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER 3.1 Ảnh hưởng thay đổi nồng độ đến cân hóa học • Xét cân 523 oK PCl3 (k) + Cl2 (k) ⇆ PCl5 (k) • Nếu tăng nồng độ PCl3 Cl2 (các chất đầu) cân chuyển dịch sang phải tạo thêm PCl5 để giữ KC số • Nếu giảm nồng độ PCl3 Cl2 (các chất đầu) HOẶC tăng nồng độ PCl5 cân chuyển dịch sang trái (tạo thêm chất đầu) thêm PCl5 để giữ KC số => Hệ cân dịch chuyển theo chiều chống lại thay đổi nồng độ SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER 3.2 Ảnh hưởng thay đổi áp suất đến cân hóa học • Áp suất ảnh hưởng đến cân hệ trạng thái khí • Áp suất thay đổi khi: – Thay đổi nồng độ thành phần khí – Thêm khí trơ – Thay đổi thể tích bình phản ứng 9/4/2017 SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER 3.2 Ảnh hưởng thay đổi áp suất đến cân hóa học • Thêm khí trơ: không ảnh hưởng đến vị trí cân Thay đổi áp suất thay đổi thể tích: ảnh hưởng nhiều tới vị trí cân bằng: thay đổi thể tích dẫn đến thay đổi nồng độ • Hệ cân chuyển dịch theo chiều chống lại thay đổi áp suất SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER 3.3 Ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ đến cân hóa học • Phản ứng thu nhiệt: nhiệt độ tăng, cân dịch chuyển sang phải tạo nhiều sản phẩm • Phản ứng tỏa nhiệt: nhiệt độ tăng, cân dịch chuyển sang trái • Chiều chuyển dịch cân chiều chống lại thay đổi nhiệt độ 9/4/2017 SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER 3.4 Ảnh hưởng chất xúc tác • Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng thuận phản ứng nghịch mức độ => không làm thay đổi vị trí cân • Vai trò chất xúc tác tối ưu hóa lượng thời gian cho hệ phản ứng SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG NGUYÊN LÝ LE CHATELIER 3.5 Ứng dụng nguyên tắc chuyển dịch cân • Tổng hợp NH3 N2 (k) + H2 (k) ⇆ NH3 (k) ∆H0 = - 91,8 Kj Tối đa sản lượng NH3 cách: • Nồng độ: Giảm [NH3]: liên tục rút NH3 khỏi hệ • Áp suất :Tăng áp suất khí chất đầu: N2 , H2 • Nhiệt độ: giảm nhiệt độ chiều thuận chiều tỏa nhiệt 9/4/2017 DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY Định nghĩa, phân loại chất điện ly Độ điện ly  Hoạt độ hệ số hoạt độ DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY 4.1 Định nghĩa chất điện ly • Chất điện ly: chất hòa tan dung môi mà phân tử chúng phân ly thành ion • Vd: NaCl • Nguyên nhân điện ly tương tác phân tử chất điện ly dung môi tạo thành ion solvat hóa ion hydrat hóa 10 9/4/2017 SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC THANG pH 6.2 Thang pH • pH dùng để biểu thị tiềm ion hydro Hình Thang pH SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC THANG pH 6.2 Thang pH Bảng Quan hệ [H3O+] , [OH- ] với pH 24 9/4/2017 CÂN BẰNG ACID-BASE 7.1 Sự điện ly acid base yếu 7.2 Mối quan hệ Ka Kb cặp acid – base liên hợp 7.3 Sự điện ly acid, base đa chức Chất lưỡng tính CÂN BẰNG ACID-BASE 7.1 Sự điện ly acid base yếu  Acid yếu: HA + H2O ⇆ H3O+ + A- • Với dung dịch đủ loãng, mục đích thực hành, dùng đại lượng Ka • Ka : số (điện ly) acid • pKa : số sức acid • Ka …… => acid mạnh • pKa …… => acid mạnh 25 9/4/2017 CÂN BẰNG ACID-BASE 7.1 Sự điện ly acid base yếu  Base yếu: B + H2O ⇆ BH+ + OH- • Xem [H2O] = const thì: • Kb : số (điện ly) base • pKb : số sức base • Kb …… => base mạnh • pKb …… => base mạnh CÂN BẰNG ACID-BASE 7.2 Mối quan hệ Ka Kb cặp acid – base liên hợp HA + H2O ⇆ H3O+ + AB + H2O ⇆ BH+ + OH- Ở 25 oC: 26 9/4/2017 CÂN BẰNG ACID-BASE 7.3 Sự điện ly acid, base đa chức Chất lưỡng tính Vd: acid đa chức H3PO4 H3PO4 + H2O ⇆ H3O+ + H2PO4- H2PO4- + H2O ⇆ H3O+ + HPO42- HPO42- + H2O ⇆ H3O+ + PO43- CÂN BẰNG ACID-BASE 7.3 Sự điện ly acid, base đa chức Chất lưỡng tính • Phản ứng điện ly tổng cộng H3PO4 + H2O ⇆ H3O+ + PO43- 27 9/4/2017 CÂN BẰNG ACID-BASE 7.3 Sự điện ly acid, base đa chức Chất lưỡng tính • Một ion đóng vai trò acid hay base gọi chất lưỡng tính • Vd: H2PO4- , HPO42- 8.CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.1 Dung dịch acid mạnh, base mạnh 8.2 Dung dịch chứa cặp acid – base liên hợp 8.3 Dung dịch acid – base đa chức 8.4 Dung dịch muối 28 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.1 8.1 Tính pH dung dịch acid mạnh đơn chức • Acid mạnh HA, có nồng độ Ca (mol/l) điện ly hoàn toàn nước • Từ (b) (c) • Giải phương trình (1): [H3O+]2 – Ca [H3O+] – Kn =0 tìm [H3O+] => pH • Nếu Ca  1,12.10-7 M (pH = 6,95) bỏ qua [H3O+] nước (1) pH = -lg Ca • Nếu dd chứa nhiều acid mạnh Ca (*) tổng nồng độ acid CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.1 Tính pH dung dịch acid mạnh đơn chức • Vd: tính [H3O+] pH dd: a) HNO3 0,015 M ; b) HCl 10-7 M ; c) HNO3 0,01 M HCl 0,0015 M Giải: a) [HNO3 ] >>1,12.10-7 => [H3O+] = Ca = 0,015 M pH = - lg Ca = - lg (0,015) = 1,82 b) [HCl] < 1,12.10-7 nên áp dụng công thức (1) (1)  [H3O+] = 1,6 x 10-7  pH = - lg (1,6 x 10-7 ) = 6,8 c) Ca = 0,01 + 0,0015 = 0,0115 M >>1,12.10-7 => [H3O+] = Ca = 0,0115 pH = - lg Ca = - lg (0,0115) = 1,94 29 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.2 Tính pH dung dịch base mạnh đơn chức • Base mạnh BOH, nồng độ Cb (mol/l) điện ly hoàn toàn nước hay • Giải phương trình (2) tìm [OH-] [H3O+] => pH • Nếu Cb  1,12.10-7 M bỏ qua [OH-] nước (2) pH = 14 + lg Cb • Nếu dd chứa nhiều acid mạnh Cb (2) tổng nồng độ base CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.2 Tính pH dung dịch base mạnh đơn chức • Vd: tính pH dd a) NaOH 0,5 M; b) CsOH 10-7 M ; c) NaOH 0,5 M CsOH 0,3 M Giải: a) Vì Cb >> 1,12.10-7 M => bỏ qua [OH-] nước pH = 14 + lg (0,5) = 13,70 b) Vì Cb < 1,12.10-7 nên áp dụng công thức (2) c) Cb = 0,5 + 0,3 = 0,8 >> 1,12.10-7 M pH = 14 + lg (0,8) = 13,90 30 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3 Dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp • Acid yếu đơn chức • Base yếu đơn chức • Dung dịch gồm: Một acid yếu muối Một base yếu muối CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3 Dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp • Trong dd tồn ion có nồng độ chưa biết [H3O+], [OH-], [A- ] [HA] • Ta có: Ca + Cb = [HA] + [A- ] [H3O+] = [A- ] + [OH-] => (3) 31 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3.1 Tính pH dung dịch acid yếu đơn chức • Dung dịch chứa acid yếu nên Cb = 0, • Phương trình (3) trở thành (4)  Tính gần đúng: Giả thiết 5%: giá trị < 5% so với giá trị khác bỏ qua • Nếu Kn /[H3O+]2 < 5% tức [H3O+] > 4,47.10-7 M => bỏ qua [H3O+] nước điện ly • (5) Nếu [H3O+] /Ca < 5% Ca/Ka > 400 (6) • Nếu Ca  8,49.10-6 M, (7) CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3 Dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp 8.3.1 Tính pH dung dịch acid yếu đơn chức • Vd: tính pH dung dịch: CH3 COOH 0,05 M có Ka = 1,8 x 10-5 Giải: • Áp dụng công thức (6) • Nhận xét [H3O+] > 4,47.10-7 M => bỏ qua [H3O+] nước điện ly • Kiểm tra giả thiết 5%: Ca/Ka = 2777 >> 400 • Vậy 32 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3 Dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp 8.3.1 Tính pH dung dịch acid yếu đơn chức • Vd: tính pH dung dịch: HCN 10-4 M có Ka = 6,2 x 10-10 Giải: • Áp dụng công thức (6) => [H3 O+ ] = 2,49 10-7 < 4,47.10-7 M => bỏ qua [H3O+] nước điện ly => dùng công thức (4) • Thấy Ca = 10-4 > 8,49 10-6 => Có thể tính gần theo công thức (7) => CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3 Dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp 8.3.2 Tính pH dung dịch base yếu đơn chức • Dung dịch chứa base yếu nên Ca = 0, • Phương trình (3) trở thành • Nếu [OH-] > 4,47.10-7 M => bỏ qua [OH-] nước điện ly (4’ ) (5’) • Nếu [H3O+] /Cb < 5% hay Cb/Kb > 400 (6’) • Nếu Cb  8,49.10-6 M, (7’) 33 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3 Dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp 8.3.2 Tính pH dung dịch base yếu đơn chức • Vd: tính pH dd cocain base 0,0025 M, có Kb = 2,6 10-6 Giải: • Cb = 0,0025 > 8,49.10-6 => áp dụng công thức (7’) => [OH- ] = 8,06.10-5 pH = 14 + lg(8,06.10-5 ) = 9,91 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.3 Dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp 8.3.3 Tính pH dung dịch chứa cặp acid-base liên hợp Dung dịch gồm: • Acid yếu muối nó: vd CH3COOH CH3COONa • Hoặc base yếu muối nó: vd: NH4Cl NH3 • Ca, Cb lớn nhiều [H3O+] [OH-] nước (8) 34 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.4 Dung dịch chứa acid, base đa chức 8.4.1 Acid đa chức • Hn A có nấc phân ly trước lớn nhiều nấc phân ly • Khi Ka1 / Ka2  103 – 104 , Xem [H3O+] tạo thành chủ yếu từ nấc phân ly thứ • Tính pH tương tự dung dịch acid yếu đơn chức 8.4.2 Base đa chức • Khi Kb1 / Kb2  103 – 104 , tính pH tương tự dung dịch base yếu đơn chức CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.5 Tính pH dung dịch muối 8.5.1 Muối acid mạnh base mạnh 8.5.2 Muối acid mạnh base yếu 8.5.3 Muối acid yếu base mạnh 8.5.4 Muối acid yếu base yếu 35 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.5 Tính pH dung dịch muối 8.5.1 Muối acid mạnh base mạnh • Muối tạo ion kim loại IA, IIA (trừ Be2+ ) anion acid mạnh NO3- , Cl- , Br- , I- , ClO4- , HSO4• Tạo dung dịch có pH  CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.5 Tính pH dung dịch muối 8.5.2 Muối acid mạnh base yếu • Tạo dung dịch có pH < • pH tính với acid yếu 36 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.5 Tính pH dung dịch muối 8.5.3 Muối acid yếu base mạnh • Tạo dung dịch có pH > • pH tính với base yếu CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.5 Tính pH dung dịch muối 8.5.4 Muối acid yếu base yếu • Tạo môi trường acid, base hay trung tính phụ thuộc vào độ mạnh acid base tương đối ion • pH không phụ thuộc vào nồng độ muối, phụ thuộc vào giá trị hai số cân 37 9/4/2017 CÁCH TÍNH pH CỦA MỘT SỐ DUNG DỊCH 8.5 Tính pH dung dịch muối 8.5.4 Muối acid yếu base yếu • Vd: Tính pH dung dịch NH4CN 0,1 M Ka(1) = 5,7 10-10 Ka(2) = 6,2 10-10 38 ... H3PO4 + H2O ⇆ H3O+ + H2PO4- H2PO4- + H2O ⇆ H3O+ + HPO 42- HPO 42- + H2O ⇆ H3O+ + PO43- CÂN BẰNG ACID-BASE 7.3 Sự điện ly acid, base đa chức Chất lưỡng tính • Phản ứng điện ly tổng cộng H3PO4 + H2O ⇆... phản ứng nghịch CÂN BẰNG HÓA HỌC • Vd: N2O4 (k) ⇄ NO2 (k) không màu màu nâu Hình Chuyển dịch cân N2O4 (k) ⇄ NO2 9/4 /20 17 CÂN BẰNG HÓA HỌC • Vd: N2O4 (k) ⇄ NO2 (k) không màu màu nâu CÂN BẰNG HÓA... Acid H+ H2O ⇆ H2O + H+ ⇆ + H2O ⇆ H3O+ base OH- + H3O+ acid + OHbase 22 9/4 /20 17 SỰ ĐIỆN LY CỦA NƯỚC THANG pH 6.1 Sự điện ly nước Ở 25 oC • Nồng độ nước nguyên chất = 1000/18, 02 => Tích số ion