Đại cương về dung dịch, dung dịch chất điện li và ph của dung dịch

MỤC LỤC 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH 1.1.1 Định nghĩa, phân loại dung dịch nồng độ dung dịch .1 a Định nghĩa b Phân loại dung dịch 1.1.2 Áp suất thẩm thấu dung dịch giải thích định luật Van’t Hoff 1.2 DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI 1.2.1 Thuyết điện li Arrhenius(1884) 1.2.2 Hằng số điện li 1.2.3 Độ điện li 1.2.4 Mối quan hệ số điện li độ điện li 10 1.3 pH CỦA DUNG DỊCH 10 1.3.1 Tính pH dung dịch axít mạnh 11 1.3.2 pH dung dịch đệm 13 1.4 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 15 ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH, DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI VÀ pH CỦA DUNG DỊCH Mục tiêu:  Định nghĩa tính tốn loại nồng độ khác sử dụng hóa học  Mơ tả tượng thẩm thấu giải thích biểu thức định luật Van hoff áp suất thẩm thấu 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH 1.1.1 Định nghĩa, phân loại dung dịch nồng độ dung dịch a Định nghĩa Dung dịch hệ đồng hai hay nhiều chất có tỉ lệ khác Ví dụ: dung dịch Nacl, dung dịch NH3, O2 nước Trong dung dịch nước mơi trường hòa tan, gọi dung mơi, chất khác gọi chất tan b Phân loại dung dịch Theo chất chất tan nguời ta phân chia thành: dung dịch không điện li dung dịch điện li - Dung dịch không điện li : chất tan tồn dung dịch dạng phân tử Ví dụ: C2H5OH, O2 nước - Dung dịch điện li: dung dịch có mặt phân tử ion Ví dụ: NaOH, KCl, H2S, BaCl2, nước c Nồng độ dung dịch Để biểu thị thành phần dung dịch, người ta dùng nồng độ dung dịch Vậy nồng độ lại đại lượng biểu thị mức độ đặc loãng dung dịch cho biết mật độ phân tán chất tan * Nồng độ phần trăm khối lượng (%) Nồng độ phần trăm biểu thị số gam chất tan 100gam dung dịch: C%=mCT/mdd x 100% Ví dụ: dung dịch NaOH 20% nghĩa 100g dung dịch có 20g NaOH tan Nồng độ % theo thể tích Biểu thị số ml chất tan 100ml dung dịch Ví dụ: ancol ctylic 70o nghĩa 100ml dung dịch rượu cần có 70ml C2H5OH nguyên chất 30ml H2O *Nồng độ mol hay mol/lit Kí hiệu M Nồng độ mol biểu thị số mol chất tan lít dung dịch CM=nCT/ Vdd Ví dụ: Dung dịch NaOH 0,1M dung dịch có 0,4167gam NaOH ( mol NaOH) lít dung dịch * Nồng độ molan (Cm) Số mol chất tan có 1000g dung môi: Cm  1000 (g) dm n  m (g) dm  Cm= 1000 (m) Ví dụ: dung dịch NaCl 0,2 molan: dung dịch chứa 0,2 mol NaCl 1000g nước * Nồng độ phân mol Là tỉ lệ số mol chất với tổng số mol chất dung dịch Đối với dung dịch tạo thành từ hai chất A, B với số mol tương ứng nA, nB, ta có biểu thức phân mol sau: XA = nA/ (nA + nB) ; XB = nB/ (nA + nB)  Chú ý: tổng nồng độ phần mol chất có dung dịch * Nồng độ đương lượng Một loại nồng độ khác thường sử dụng để tính tốn phương pháp phân tích thể tích nồng độ đương lượng định nghĩa số đương lượng gam chất tan lít dung dịch CN  lít dd N  V(L) dd  CN = (N) Trong đó: N: số đương lượng gam chất tan có dung dịch V: thể tích(l) CM = ; CN = N n n=  N= E= Số proton H+ /OH- : phản ứng acid –base /1 mol  + / - : phản ứng trao đổi ion e :trao đổi phản ứng oxi hóa khử Ví dụ: dung dịch HCl 2N dung dịch có chứa đương lượng gam 2x36,5g HCl nguyên chất ▪ Áp dụng định luật đương lượng cho phản ứng dung dịch Giả sử phản ứng: A+ BC Gọi : NA, NB: Nồng độ đương lượng gam dung dịch A B VAVB: thể tích dung dịch A B phản ứng vừa đủ với Theo định luật đương lượng NA VA = NB.VB Đây biểu thức toán học áp dụng định luật đương lượng cho dung dịch * Nồng độ P P  (l) dd m  V (l) dd P= * Nồng độ %P : số gam chất tan ml dung môi %P  100 ml dm m  Vml dm  %P = VD: nước muối sinh lí 0.9% 1.1.2 Áp suất thẩm thấu dung dịch giải thích định luật Van’t Hoff - Áp suất thẩm thấu áp suất cần phải tác dụng lên dung dịch để nhiệt động lấy lại giá trị mà có dung mơi tinh khiết Ví dụ 1: thả vào nước tinh khiết, nước thâm nhập nhanh chóng vào dung dịch đường qua màng người thấy nước dâng lên ống Đồng thời, với tốc độ nhỏ nhiều, đường khuếch tán vào nước tinh khiết Cuối nồng độ hai bên màng cân nhau, mực vậy, tượng khuếch tán nhiều có tính chọn lọc qua màng gọi thẩm thấu Cách phân tích hỗn hợp nhờ sử dụng tượng thẩm thấu gọi phép thẩm tách Ví dụ 2: ống thủy tinh ngăn cách màng bám thấm (màng bám thấm có tính chất đặc biệt cho phân tử dung môi thấm qua không cho phân tử chất tan thấm qua) Cho vào hai bên ống thể tích dung mơi ngun chất dung dịch chứa chất tan Sau thời gian thể tích dung dịch tăng thể tích dung mơi ngun chất giảm Q trình di chuyển dung mơi sang nguyên chất sang dung dịch thông qua màng bán thấm gọi thẩm thấu Đến lúc mực chất lỏng bên phần ống đựng dung dịch khơng dâng cao lên nữa, q trình thẩm thấu đạt đến cân Kết mực chất lỏng ống đựng dung dịch cao phần ống đựng dung mơi ngun chất, điều có ý nghĩa áp suất tĩnh dung dịch lớn lơn dung mơi tính chất Phần áp suất chênh lệch gọi áp suất thẩm thấu Áp suất thẩm thấu dử dụng để xác định phân tử lượng chất tan dùng nhiều phương pháp khác cần nồng độ nhỏ chất tan tạo nên áp suất thẩm thấu có giá trị đáng kể Lực cần tác dụng lên đơn vị diện tích màng bán thấm để làm triệt tiêu tượng thẩm thấu gọi áp suất thẩm thấu( kí hiệu ▪Định luật Van’t Hoff áp suất thẩm thấu Năm 1887 Van’t Hoff xác định áp suất thẩm thấu dung dich lỏng chứa chất tan không điện li thỏa mãn phương trình: = CRT Trong đó: C: nồng độ mol dung dịch R: số khí T: nhiệt độ tuyệt đối Áp suất thẩm thấu dung dịch(atm) Thay C = n/V= m/MV Ta được: nV= m/Mx RT V: thể tích dung dịch(lít) chứa m gam chất tan M: khối lượng phân tử chất tan “ áp suất thẩm thấu dung dịch áp suất gây chất tan, nhiệt độ chất tan nằm trạng thái khí chiếm thể tích thể tích dung dịch” Định luật áp dụng cho dung dịch lỗng chứa chất tan khơng bay Vì khong có tương tác chất Áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào nhiệt độ nồng độ chất tan Việc đo áp suất thẩm thấu sử dụng để xác định khối lượng phân tử chất tan 1.2 DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI 1.2.1 Thuyết điện li Arrhenius(1884) - Những chất trạng thái hòa tan hay nóng chảy có khả phân li thành ion dương (cation) âm (ation)được gọi chất điện li - Dung dịch chất điện li dung dịch tạo hòa tàn chất điện li mơi trường dung mơi thích hợp - Chất điện giải chất sinh ion điện giải đống vai trog quan trọng sinh lí người VD chất điện giải: Ca2+, Cl-, Na+, Mg2+, K+ VD: dung dịch KCL 0,2N có i=1,81 pha lỗng vơ i =2 Hình 1: phân li HCl Tùy thuộc vào khả phân li chất điện li dung dịch người ta phân chia chúng thành chất điện li yếu điện li mạnh - Chất điện li mạnh chất có khả phân li hoàn toàn thành ion dung dịch, thường trường hợp có liên kết ion hay liên kết cộng phân cực mạnh Ví dụ - Tất muối vô hầu hết muối hữu như: KNO3→ K+ + NO3 NaCH3COO → Na+ + CH3COO6 RNH3Cl → RNH3+ + Cl- Một số acid,base vô mạnh như: H2SO4 → 2H+ + SO42NaOH → Na+ + OH- - Chất điện li yếu chất phân li khơng hồn tồn dung dịch, thường chất có liên kết cộng phân cực yếu hay liên kết cho nhận Ví dụ: CH3COOH + H2O NH3 + H2O CH3COO- + H3O+ NH4+ + OH- Những chất điện li yếu thường gập là: Các acid yếu: CO2(H2CO3), HNO2, H3PO4, H3PO3, H2S, SO2(H2SO3), HF, HClO,HClO2 Các base yếu Hạn chế Arrhenius: khơng tính đến tương tác ti ểu phân dung dịch 1.2.2 Hằng số điện li Đối với chất điện li yếu, trình điện li chúng dung dịch th ực chất trình thuận nghịch, nghĩa dung dịch có cân đ ộng phân tử ion phân li ra: AB A+ + B Hằng số cân trình phân li chất điện li yếu: K= gọi số điện li,kí hiệu K K đại lượng đăc trưng cho chất điện li yếu, phụ vào chất chất điện li K lớn khả phân li nhi ều Hằng số điện li phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ a) Hằng số điện li acid - Hằng số điện li acid yếu H+ + CH3COOkCB = ka= Với Ka gọi số điện li acid yếu CH3COOH - Hằng số điện li acid yếu phân li nhiếu nấc Xét trình phân li acid H2CO3 H2CO3 H+ +HCO3K1 = 4,3.10-7 HCO3H+ + CO32K2 = 5,6.10-11 Ta thấy K1 >> K2 → Acid yếu phân li nhiều nấc chủ yếu phân li nấc b) Hằng số điện li base - Hằng số điện li base yếu NH4+ + OH- NH3 + H2O kCB = kb = Với Kb gọi số điện li base yếu - Hằng số điện li base yếu phân li nhiếu nấc: chủ yếu phân li n ấc Trong tính tốn người ta thường sử dụng đại lượng pK với quy ước pK = - lgK Như tương ứng ta sẻ có pKa, pKb Một chất điện li có Pk nhỏ khả điện li mạnh 1.2.3 Độ điện li Để đặc trưng cho khả phân li chất điện li dung dịch ta sử dụng đại lượng độ điện li α Độ điện li tỉ số số phân tử phân li thành ion Np.li tổng số phân tử hòa tan Nh.tan α = hay α = C : Nồng độ chất bị phân li C0 : Nồng độ chất điện li hòa tan ban đầu C  C0 0 1 Độ điện li biểu diễn phần trăm (%) Ví dụ: lít dung dịch CH3COOH 0,1M có 0,00158 mol CH3COOH điện li Khi đó: Độ điện li α ==0.0158 hay α = 1.58 % Đối với dung dịch chất khơng điện li ví dụ : đường α =0, Đối với dung dịch chất điện li mạnh ,phân li hoàn toàn thành ion dung dịch nên có α =1 (các acid base vô mạnh đại đa số muối trung tính) Các chất điện li yếu dung dịch khơng phân li hồn tồn nên có α < (các acid base vô yếu, acid base hửu , có th ể có c ả m ột s ố mu ối acid hoạc muối base) Như độ điện li có giá trị < α < Độ điện li phụ thuộc vào chất điện li, nồng độ chất điện li nhiệt độ  Các yếu tố ảnh hưởng đến α  Ảnh hưởng dung môi: phân li chất tan thành ion thường xảy yếu dung mơi có cực yếu ngược lại  Ảnh hưởng nồng độ: độ điện li tăng nồng độ dung dịch giảm ngược lại  Ảnh hưởng nhiệt độ: độ điện li tăng tăng nhiệt độ(khơng hồn tồn 100%)vì đa số trường hợp trình điện li thườn kèm theo thu nhiệt Đối với chất điện li yếu dung dịch loãng độ điện li lớn 1.2.4 Mối quan hệ số điện li độ điện li Xét phương trình điện li chất điện li AB: A+ AB Ban đầu Điện li + B- CO 0 α CO α CO α CO α CO C= α CO Cân C0 – α CO Hằng số điện li k = = Như biết k Co ta xác định độ điện li ngược lại Nếu AB acid yếu α [OH-] => [H+] [A-] (1) Trường hợp 2: Dung dịch Axít lỗng [A-] nhỏ [H+] = [H+].[A-] + 10-14 [H+] - [H+].[A-] - 10-14 = [H+] - [H+] C0- 10-14 = (2) Giải phương trình bậc ta giá trị [H+] - Khi dung dịch axít xem loãng ? Phép gần : Nếu ta có: a + b a + b a b pH = -lgCa  Nếu Ca < 4,47.10-7 dung dịch axít lỗng tính đến phân li (3) H2O.Giải phương trình bậc với [H+] (2) tìm giá trị pH Ví dụ : Tính pH dung dịch (dd) a dd HCl 0,01M b dd HCl 2.10-7M Hướng dẫn : a Ca = 0,01 > 4,47.10-7 nên xem phân li H2O không đáng kể [H+] = Ca = 0,01 => pH = - lg[H+] = b Ca = 2.10-7 < 4,47.10-7 ( bỏ qua phân li H2O ) áp dụng phương trình (II.2) ta có : [H+] - [H+].[A-] - 10-14 = => [H+] = 2,414.10-7 [H+] = -4,142.10-8 ( loại ) => pH = -lg[H+] = -lg(2.414.10-7 ) = 6,617 CÁCH NHẶN BIẾT AXIT MẠNH HAY YẾU Muốn biết axit mạnh hay yếu cần dựa vào khả phân li ion nước Muốn biết phân li nhiều hay lại dựa vào tính tan Muốn biết tan nhiều hay lại phải dựa vào liên kết phân tử (liên kết phân tử bền tính tan giảm) Muốn biết liên kết có bền hay khơng dựa vào cấu tạo rõ .tuy để làm nhớ tốt hết Cứ H kết hợp với nhóm halogen số axit khác 12 axit mạnh Tuy nhiên có axit HClO4 axit cực mạnh lại khó tham gia phản ứng liên kết phân cực H O khơng bền song lại có liên kết Cl O chặt chẽ bứt đc Bazo:  Có cảm giác nhờn, có mùi có cảm giác xà phòng cầm tay, xà phòng hóa lipid da người  Bazơ nồng độ cao bazơ mạnh có tính ăn mòn chất hữu tác dụng mạnh với hợp chất axit  Đổi màu chất thị : dung dịch bazơ đổi màu quỳ tím thành màu xanh, dung dịch Phenolphthalein không màu thành màu hồng, giữ nguyên màu xanh bromothymol,và đổi màu methyl cam thành màu vàng  Độ pH dung dịch bazơ ln lớn  Bazơ có vị đắng  Có Bazơ tan nước: Na, Cs, K, Rb, Li, Fr: kiềm hóa trị Ca, Sr, Ba, Ra: kiềm thổ hóa trị (trừ Mg, Be), Amoniac (NH3) Ankyl Amin CH3NH2, hay amin hợp chất (CnH2n-1)- ,(CnH2n-3)như:C2H3NH2,C3H3NH2, Tạo thành dung dịch BaZơ NaOH, Ca(OH)2, KOH, Ba(OH)2, LiOH,  Bazơ không tan: Fe(OH)2, Fe(OH)3, Cu(OH)2, Zn(OH)2, Al(OH)3 , Mg(OH)2, Be(OH)2 Amin vòng thơm C6H5NH2,  Amoniac, Ankyl amin amin hợp chất (CnH2n-1) - , (CnH2n-3)- dễ bay BTVD:Trộn 100 ml dung dịch gồm Ba(OH)2 0,1M NaOH 0,1M với 400 ml dung dịch gồm H2SO4 0,0375 M HCl 0,0125 M thu dung dịch X Tính pH dung dịch X Lời giải H+ + OH- " H2O Tổng số mol OH-: (0,1.2 + 0,1).0,1 = 0,03 mol Tổng số mol H+ : (0,0375.2 + 0,0125).0,4 = 0,035 mol Số mol H+ dư: 0,035 – 0,03 = 0,005 mol 13 " [H+]= 0,01M " pH = 1.3.2 pH dung dịch đệm - Dung dịch đệm dung dịch có pH thay đổi khơng đáng kể lượng - proton H+ thay đổi Xác định pH dung dịch đệm HA, C0(A)M, Ka B, C0(B)M, Kb Trong dung dịch đệm: A- HA H+ + , Ka C0(A) [H+] [H+] A- + H2O HA [H+] + OH- ,Kb C0(B)  [A-] = C0(B) + [H+] - Xác định pH Ta có: pH= - lg[H+] (*) Ta có: Ka =  Ka = (**)  Giải gần đúng: [H+] < < C0(B) ; [H+] < < C0(A)  C0(B) + [H+] C0(B) ; C0(A) + [H+] C0(A) Thay vào (**) ta Ka =  [H+] = (1) Thay (1) vào (*) ta được: pH=-lg 14 Hay pH = pKa – lg 1.4 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 1:Ba dung dịch axit sau có nồng độ mol: HCl, H 2SO4, CH3COOH Giá trị pH chúng tăng theo thứ tự A HCl, H2SO4, CH3COOH B CH3COOH, HCl, H2SO4 C H2SO4, HCl, CH3COOH D HCl, CH3COOH, H2SO4 Câu 2:Dung dịch CH3COOH 0,1M có pH = a dung dịch HCl 0,1M có pH = b Phát biểu A a < b =1 B a > b = C a = b = D a = b > Câu 3: Dung dịch axit yếu HNO2 0,1M bỏ qua điện li nước đánh giá đúng? A.pH > B.pH = C [H+] > [NO2-] D.[H+] < [NO2-] Câu 4: Tính pH dd CH3COOH 0,2M, biết Ka CH3COOH = 1,75.10-5 bỏ qua phân li nước A 5,46 B 4,76 C 2,73 D 0,7 Câu 5: Tính pH dd HCOOH 0,1M biết Ka HCOOH 1,6.10 -5 bỏ qua phân li nước A 11,1 15 B 3,6 C 2,9 D 10,4 16 17 ... VD: dung dịch KCL 0,2N có i=1,81 pha lỗng vơ i =2 Hình 1: ph n li HCl Tùy thuộc vào khả ph n li chất điện li dung dịch người ta ph n chia chúng thành chất điện li yếu điện li mạnh - Chất điện li. .. Trong dung dịch nước mơi trường hòa tan, gọi dung môi, chất khác gọi chất tan b Ph n loại dung dịch Theo chất chất tan nguời ta ph n chia thành: dung dịch không điện li dung dịch điện li - Dung dịch. .. điện li yếu: K= gọi số điện li, kí hiệu K K đại lượng đăc trưng cho chất điện li yếu, ph vào chất chất điện li K lớn khả ph n li nhi ều Hằng số điện li ph thuộc vào nhiệt độ, không ph thuộc vào