Tiểu luận hóa học phân tích nâng cao một số vấn đề khi tính toán trong dung dịch axit bazơ đa chức, muối axit, muối của axit yếu và bazơ yếu

NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN Học viên thực hiện NGUYỄN CAO CHUNGPP HÀ THÙY TRANGPT MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI TÍNH TOÁN TRONG DUNG DỊCH AXIT-BAZƠ ĐA CHỨC, MUỐI AXIT, MUỐI CỦA AXIT YẾU VÀ BAZƠ YẾU ĐẠI HỌC

Trang 1

TIỂU LUẬN HÓA HỌC PHÂN TÍCH NÂNG CAO

Khóa học: 2015 - 2017

Giảng viên hướng dẫn

PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN

Học viên thực hiện NGUYỄN CAO CHUNG(PP)

HÀ THÙY TRANG(PT)

MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI TÍNH TOÁN TRONG DUNG DỊCH AXIT-BAZƠ ĐA CHỨC, MUỐI AXIT,

MUỐI CỦA AXIT YẾU VÀ BAZƠ YẾU

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC

1

Trang 2

KẾT LUẬN

MỞ ĐẦU NỘI DUNG

Trang 3

MỞ ĐẦU

* Phần lớn các phản ứng hóa học đều nước diễn ra trong dung dịch nước, đối với dung dịch nước do trong thành phần dung dịch luôn có sự hiện diện của ion H+ và

OH- Sự có mặt thường xuyên của hai ion này trong thành phần dung dịch đã gây ra những ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các cân bằng khác trong dung dịch

* Việc tính toán cân bằng trong dung dịch axit – bazơ

đa chức là khá phức tạp, vì trong dung dịch có nhiều cân bằng xảy ra Để chọn cân bằng nào chủ yếu và quyết định

là rất khó khăn

Trên những cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài “Một số

vấn đề khi tính toán trong dung dịch axit - bazơ đa chức, muối axit, muối của axit yếu và bazơ yếu’’

3

Trang 7

Từ (c) ta có phương trình bậc cao => Giải phương trình

bậc cao theo phương pháp Newton

7

Trang 9

I- AXIT ĐA CHỨC

Ví dụ 1: [2] Tính pH của dung dịch H4P2O7 (H4A) 4.10-2 M Biết pK1 = 1,52; pK2 = 2,36; pK3 = 6,6; pK4 = 9,25

Các cân bằng xảy ra:

Trang 11

11

Trang 13

+ Bước 1: Thay [H4A]0 và [H+]0 vào (c) ta được:

h1 = 0,0388 Sau đó thế h1 vào (b) được: [H4A]1 = 0,0216 M

+ Bước 2: Thay [H4A]1 và [H+]1 vào (c), tính được h2 = 0,0283 Thế h2 vào (b) được: [H4A]2 = 0,018 M

Trang 14

• Cách 1: Giải phương trình bậc cao (theo phương pháp Newton)

• Cách 2: Giải theo phương pháp gần đúng liên tục

14

Trang 17

0 0

Trang 18

+ Bước 1: Thay [H2A]0 và h0 vào (c) ta được: h1 = 10-2,28

Sau đó thế h1 vào (b) được: [H4A]1 = 2,57.10-2 M

18

Trang 19

W

Trang 22

( ) 9,914.10 ; '( ) 1,14.10

( )

1,77'( )

9,914.10.10 1,778.10

1,14.10( ) 2,54.10 ; '( ) 5,65.10

( ) 2,54.10

9.10 1,77.10'( ) 5,65.10

Trang 23

+ Bước 1: Thay [H3A]0 và h0 vào (c) ta được: h1 = 1,79.10-6

Sau đó thế h1 vào (b) được: [H4A]1 = 9,83.10-5 M

23

Trang 24

 Bỏ qua cân bằng (3) so với (1) và (2), dựa vào (1),(2) để tính.

Các quá trình xảy ra trong hệ

Trang 26

1 0

8 0

4 0

4 2

Trang 27

• Dạng 2: Hỗn hợp axit đa chức và axit mạnh.

Bài 2: [1] Tính pH và cân bằng trong hệ gồm HCl 0,010M và

x x x





Trang 30

, 1 15

99 , 1 3

15 ,

Trang 33

II- BAZƠ ĐA CHỨC

• Thành phần dung dịch: An–,C, HA(n-1)–,…, Hn-1A-, Kb1,…,Kbn;H2O

1 Một số vấn đề tính toán [4]

HnA H+ + Hn-1A– Ka1

Hn-1A H+ + Hn-2A2– Ka2

HA(n-1)- H+ + An– Kan

H2O H+ + OH– W

• Ta có quá trình phân li của đa axit

Quá trình proton hóa của bazơ

Trang 34

Trang 35

Trang 36

 Trường hợp 3: Kb1C K b2C K  bkC K bnC >> W

Trang 37

Ví dụ 1: [4] Tính pH của dung dịch Natri sucxinat (Na2X) 0,02M

Thay các giá trị Kb1, Kb2, CX2- vào ta được

Biến đổi từ công thức 2.3, ta có:

Trang 38

Giải phương trình, ta được x=9,299.10-6 Vậy pH=8,97

Thay vào phương trình (1), ta tính được:

Trang 39

6 2 2-

Trang 40

• Cách 1: Giải pt bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyếnNewton)

Trang 41

Trang 42

Trang 43

Trang 44

• Cách 2: Giải theo phương pháp gần đúng liên tục

3 3-

Thay x1 = 3,329 10-7 vào (2), ta được [X3-]1 = 3,719.10-6 M

Thay vào (1), ta được x2 = 3,221 10-7 Ta có:

2 1

7 1

Trang 45

2 Bài tập vận dụng

• Dạng 1: Dung dịch chứa một đa bazơ

Bài 1: [3] Tớnh pH trong dung dịch gồm Na2CO310-3 M

Bỏ qua cân bằng 2 vàà 3 so với 1 và dựa vào 1 nh.

CO H O HCO OH K 10

C 1 0 M

để tí

Trang 46

4 3

Để tính nồng độ của H CO ta dựa vào cân bằng 2

Trang 47

N a C O2 3

7 ,6 5

7

4 4

O H 3, 6 7 7 1 0 a 3,

6 7 7 1 0 a)3

4 2,7196.10

1 0

3, 677.10O

Trang 48

ml dung dịch H2S 1,00.10-3 M Tớnh pH của dung dịch thu được Biết H2S cú Ka1= 10-7; Ka2=10-12,92

2

3

3 NaOH

3

3 H

S

2 3

2NaOH

Giải : Tính nồng độ ban đầu (sau

H S Na S

khi trộn) 8.10 10

H O

10 M 40

Trang 49

Sau pư gồm: Na2S 0,75.10-3 M; NaOH dư 0,5.10-3 M

Vậy dung dịch là hỗn hợp đa bazơ ( S2-) và bazơ mạnh, nên

ta có các cân bằng xảy ra:

Trang 50

4

3 1,08

0,75.10 x

10

H 8, 06.10 pH 11, 0

NH

2 3

0,15.60

0,090 100

CO

• Dạng 3: Hỗn hợp đa bazơ và bazơ yếu

50

Trang 51

Kb1>>Kb2, nhưng → chỉ có thể bỏ qua (3).2

3 3

51

Trang 52

Trang 53

III- DUNG DỊCH MUỐI AXIT

1 Muối axit [1]

Muối axit là những muối mà ở gốc axit còn nguyên tử H

có khả năng phân li cho ion H +

Trang 54

+ Nếu thì ta có môi trường axit

+ Nếu thì ta có môi trường bazơ.Ka2 Kbn 1

H2A(n-1)– H+ + HAn– Kan (n)

HAn– H+ + A(n+1)– Ka(n+1) (n+1)

HnA– + H2O Hn+1A + OH– Kb(n+1) = W Ka1-1 (n+2)

H2O H+ + OH– W (n+3)

54

Trang 55

a

K h

Trang 56

Trang 57

Trang 58

• Cách2: Giải theo phương pháp gần đúng liên tục

Trang 59

Trang 60

Trang 61

• Cách 2:Giải theo phương pháp gần đúng liên tục

C K

C1

,96 -2



61

Trang 62

Thay giá trị [H2A–] = 0,77.10-2 M vào (b):

2 -3,13 -3,96

-3,96 2

Trang 63

j 1

i +1 k-1

i+1 n

• Cách 1: Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton)

Trang 64

Trang 65

Trang 66

Trang 67

- n

-1 a2 a2 a3

m a1

C 1

Trang 68

Trang 69

3 Một số tính toán nhanh pH hệ dung dịch muối axit (HA–) [2]

Các quá trình xảy ra:

Trang 70

Trang 71

Vậy trong dạng 1 này, nếu chấp nhận[HA ]-  Cm

71

Trang 72

12,6 2 14,6 14 a2 m

72

Trang 73

Bước 2: Thay vào (3.2’) tính được:

h2 =3,543.10-10 = 10-9,45M  kết quả lặp lại Vậy pH=9,45

Trang 74

Trang 75

pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36 75

Trang 76

Giải:

Gọi a là khối lượng Na2HPO4.12H2O phải đem hòa tan

H3PO4 có pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36

Nhận xét: pH = ( pKa1 + pKa2) /2 = (2,15 + 7,21)/2 = 4,68

Nên thành phần chính của hệ là: H3PO4 + HPO42– 2H2PO4–

0,05.0,1 a/358

Ta có: 0,005 = a/358 → a = 1,79g

76

Trang 77

Bài 2: [5] a, Tính thể tích NaOH 0,025M cần để trung hòa

hoàn toàn 25,mL dung dịch H3AsO4 0,02M Tính pH tại thời điểm đó

b, Tính thể tích NaOH 0,025M để trung hòa 25mL dung dịch H3AsO4 trên đến pH1 = 6,94 và đến pH2 = 9,22

Giải:

a, Phản ứng: H3AsO4 + 3NaOH → Na3AsO4 + 3H2O

Để trung hòa hoàn toàn 25mL H3AsO4 0,02M cần thể tích NaOH là: V = 0,02.25.3/0,025 = 60mL

Tại thời điểm trung hòa hoàn toàn, thành phần của hệ:

Trang 78

Do Kb1 >> Kb2 >> Kb3 nên tính theo cân bằng:

Trang 79

Lượng NaOH cho vào trung hòa hết nấc 1 và ½ nấc 2 nên

n 1 , 5.n 

Phản ứng trung hòa:

2H3AsO4 + 3NaOH → Na2HAsO4 + NaH2AsO4 + 3H2O

Nên thành phần của hệ là muối axit HAsO4

2-Vậy phản ứng trung hòa đến hết nấc 2:

H3AsO4 + 2 NaOH → Na2HAsO4 + 2H2O

Thể tích NaOH cần dùng là: V2 = 0,02.25.2/0,025 = 40(mL) 79

Trang 80

Bài 3: [2] Trộn 100ml dung dịch NaOH 0,102M với 100ml dung dịch NaHCO3 0,100M Tính pH và cân bằng trong

dung dịch thu được

Trang 81

Do Kb1 >> Kb2 nên tính theo cân bằng:

Trang 82

Bài 4: [5] Tính số ml dung dịch HCl 0,010M phải thêm vào

50,00ml dung dịch Na2HPO4 0,020 M để pH của dung dịch thu được bằng 7,00

82

Trang 83

III- DUNG DỊCH MUỐI CỦA AXIT YẾU VÀ BAZƠ YẾU

HA 2

Trang 84

Trang 85

MH 2

Theo định luật tác dụng khối

Trang 86

1 HA MH

HA MH

Trang 87

Trang 88

4 4

Theo Þnh luËt t¸c dông khèi l îng

b.Trường hợp 2: Nếu KMH+C ≈ W Tính toán cả 3 cân bằng

Áp dụng điều kiện proton với mức không: MH+; A- ; H2O

Trang 89

W

H OH M HA Hay : h HA M

h W

Û h A hK

MH

K h

Trang 90

90

Lưu ý: Để tính chính xác hơn ,người ta dùng phương pháp

tính gần đúng liên tục Sử dụng các biểu thức sau:

MH 1 HA

- HA

HA MH

vào (a) tính h1 Sau đó tính lặp cho đến hội tụ

Trang 91

Trang 92

5 5

3.10 M

10 3.10 10

1 3.10 1

, CN C 3.10 M thay vµo (4) ta ® îc

Trang 93

HCN HCN

10 9,35

10 0

534.10 M

Trang 94

.1 H

Trang 95

KẾT LUẬN

Thông qua bài tiểu luận chúng tôi đã tìm hiểu, lựa chọn

và trình bày một số vấn đề tính toán quan trọng và thường gặp trong dung dịch axit, bazơ đa chức và muối như tính

pH, nồng độ các cấu tử, khối lượng, thể tích, cụ thể là:

• Xây dựng công thức tổng quát để tính toán trong dung dịch axit, bazơ đa chức, muối axit và muối của axit yếu và

• Xây dựng công thức tính nhanh cho từng trường hợp

Trang 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Tinh Dung, (1981), Hóa học phân tích, phần

I Lý thuyết cơ sở (Cân bằng ion), NXBGD, Hà Nội.

[2]. Nguyễn Tinh Dung – Đào Thị Phương Diệp, (2007),

Hóa học phân tích, Câu hỏi và bài tập (Cân bằng ion trong dung dịch), NXB ĐHSP.

[3]. Nguyễn Đình Dốc, Cơ sở lí thuyết hóa phân tích, Đại

học Quy Nhơn.

[4]. Từ Vọng Nghi, (2001), Hóa học phân tích, phần I, Cơ

sở lý thuyết các phương pháp hóa học phân tích, NXB Đại

học Quốc gia Hà nội.

[5]. Nguyễn Đình Luyện, Ngô Văn Tứ, (2011), Hóa học

phân tích, NXB ĐH Huế.

96

Trang 97

XIN CHÂN THÀNH CÁM ƠN

Thầy và các bạn đã lắng nghe

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	1,37 MB