đây là hệ thống bài tập mà tôi tự tổng hợp được nhằm cung cấp cho các bạn làm tiểu luận, khóa luận hay ôn thi. phản ứng aaxit bazo là dạng toán dễ tìm nhưng không phải đâu cũng hay. Mong tài liệu này sẽ cung cấp cho các bạn chuyên ngành Hóa học vững bước trên các dạng bài tập
GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích MỤC LỤC MỤC LỤC A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: 4 Phương pháp nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: B NỘI DUNG CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ AXIT – BAZƠ VÀ PHÂN LOẠI BÀI TẬP VỀ AXIT - BAZƠ TRONG DUNG DỊCH 1.1 Định nghĩa axit – bazo: 1.2 Một số thuyết axit – bazo trước Arrhenius: 1.3 Thuyết axit – bazo Arrhenius (thuyết axit – bazo cổ điển) 1.4 Thuyết proton axit – bazo Bronsted – Lowry 1.5 Các thuyết axit bazo khác: 1.6 Cường độ axit – bazo Hằng số điện ly: 1.6.1 Cường độ axit Hằng số axit Ka 1.6.2 Cường độ bazo Hằng số bazo Kb 1.6.3 Sự điện li nước Tích số ion nước: 1.6.4 hợp Quan hệ số axit Ka số bazo Kb cặp axit bazo liên …………………………………………………………………………… 1.7 Định luật bảo toàn proton áp dụng cho hệ axit – bazo 1.8 Tính nồng độ cân dung dịch đơn axit đơn bazo: 1.8.1 Tính nồng độ cân dung dịch axit mạnh: 1.8.2 Tính nồng độ cân dung dịch bazo mạnh 1.8.3 Tính nồng độ cân dung dịch axit yếu đơn chức 10 1.8.4 Tính nồng độ cân dung dịch bazo yếu đơn chức 10 SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy Tiểu luận Hóa học phân tích GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ 1.9 Tính nồng độ cân dung dịch hỗn hợp axit đơn chức bazo đơn chức 11 1.9.1 Hỗn hợp gồm axit mạnh axit yếu đơn chức 11 1.9.2 Hỗn hợp gồm bazo mạnh bazo yếu đơn chức 11 1.9.3 Hỗn hợp axit yếu đơn chức 12 1.9.4 Hỗn hợp bazo yếu đơn chức 12 1.9.5 Tính pH dung dịch muối axit 13 1.9.6 Tính pH dung dịch hỗn hợp axit yếu bazo liên hợp: 13 1.9.7 Tính ph dung dịch axit yếu đa chức, bazo yếu đa chức: 14 1.9.8 Dung dịch đệm 15 CHƯƠNG II: VẬN DỤNG LÝ THUYẾT ĐỂ TỔNG HỢP CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ GIẢI BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG 16 C KẾT LUẬN 60 D TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ở chương trình giáo dục trung học phổ thơng, khái niệm axit – bazơ đề cập sớm từ phần mở đầu hóa học lớp củng cố lớp cấp học Khái niệm axit – bazo chương trình phổ thơng hình thành phát triển qua nhiều giai đoạn, đề tài có tầm quan trọng đặc biệt Axit – bazo hợp chất quan trọng phổ biến, có nhiều ứng dụng đời sống, sản xuất nghiên cứu Khái niệm axit – bazo phản ứng axit – bazo cho phép hệ thống hóa hợp chất hóa học, phân loại phản ứng chất, giải thích tượng hóa học, chọn tác nhân phản ứng, chất xúc tác… Phản ứng axit – bazo có vai trị lớn, chiếm vị trí quan trọng chương trình hóa học trung học phổ thơng đặc biệt hóa học phân tích trường đại học, cao đẳng Lý thuyết tập phản ứng axit – bazo kiến thức không khó sâu rộng sinh viên đại học cao đẳng Một số tập nhiều giáo trình, tài liệu khơng có lời giải chi tiết lời giải khơng rõ ràng tính đến trình phụ nên sinh viên học gặp nhiều khó khăn Phản ứng axit – bazo nội dung quan trọng học phần “Hóa học phân tích định tính”, ln tạo hứng thú, niềm đam mê hóa học cho sinh viên nói chung sinh viên chuyên ngành nói riêng Hiện nay, có số tác giả nghiên cứu tổng hợp tập hóa học nội dung để phục vụ công tác giảng dạy trường trung học phổ thông trường đại học, cao đẳng Tuy nhiên, tài liệu chưa tổng kết dạng chuyên đề để thuận tiện cho việc tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức học sinh, sinh viên Bên cạnh đó, với xu phát triển giới, phương pháp đào tạo theo hệ thống tín áp dụng trường Đại học sư phạm Huế đòi hỏi sinh viên phải có lực tự học, lực tự tổng hợp kiến thức Đặc biệt, mơn hóa học nói SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy Tiểu luận Hóa học phân tích GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ chung hóa phân tích nói riêng thời gian để giảng viên trình bày kiến thức cách đầy đủ vịng 60 tiết học khơng đủ Vì vậy, việc đề xuất hệ thống tập liên quan đến nội dung phản ứng axit – bazo với dạng mức độ khác công việc cần thiết nhằm giúp sinh viên nắm vứng kiến thức phản ứng axit – bazo trang bị chương trình hóa học phân tích, đồng thời tài kiệu để sinh viên nâng cao tầm nhìn mối quan lý thuyết thực nghiệm Xuất phát từ lý em lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu tốn tổng hợp phản ứng axit – bazo” để nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Phát huy khả tự học, tìm tịi, sáng tạo thân, từ tập hợp hệ thống kiến thức liên quan đến phản ứng axit – bazo hóa học phân tích Tìm hiểu, tổng hợp xây dựng số tập phản ứng axit – bazo Đối tượng nghiên cứu Hệ thống lý thuyết tập Hóa học phân tích liên quan đến nội dung phản ứng axit - bazo dùng học tập mơn Hóa học phân tích định tính cho kì thi Olympic Hóa học sinh viên tồn quốc Olympic Hóa học quốc tế dành cho học tập Hóa học trường THPT chuyên trường đại học, cao đẳng chuyên ngành Hóa học Phương pháp nghiên cứu Trên sở kiến thức học, tiến hành nghiên cứu, phân tích, so sánh, tổng hợp nguồn tài liệu tham giảo ý kiến giảng viên hướng dẫn để xây dựng đề tài Phạm vi nghiên cứu Nội dung: Lý thuyết tập phản ứng axit – bazo Hóa học phân tích Đối tượng: Học sinh chuyên Hóa, học sinh dự thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế; sinh viên theo học ngành Hóa học SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích B NỘI DUNG CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT VỀ AXIT – BAZƠ VÀ PHÂN LOẠI BÀI TẬP VỀ AXIT - BAZƠ TRONG DUNG DỊCH 1.1 Định nghĩa axit – bazo: Ban đầu, định nghĩa axit – bazo dựa tính chất xác định thực nghiệm khơng dựa vào thành phần chúng Đến kỉ XVIII, người ta đá cố gắng hệ thống hóa khái niệm axit – bazo dựa vào thành phần phân tử để định nghĩa axit – bazo 1.2 Một số thuyết axit – bazo trước Arrhenius: Thuyết oxi axit Lovoaidie: Trước số lớn chất tạo thành cháy oxi chúng có tính chất axit dung dịch, Lovoaidie cho oxi nguyên tố mang tính chất axit Theo ơng thì: axit = oxi + gốc axit Thuyết hidro axit Livic: Dựa kiện hóa học hữu cơ, nhà Bác học người Đức Livic cho rằng: Không phải nguyên tử hidro phân tử mang tính axit mà ngun tử hidro thay kím loại mang tính axit 1.3 Thuyết axit – bazo Arrhenius (thuyết axit – bazo cổ điển) Theo thuyết axit chất có khả phân li nước thành cation H+, cịn bazo chất có khả phân li thành anion OH- Như phân tử axit phải chứa hidroxi có khả ion hóa Ví dụ: Axit Bazo HCL → H+ + CL- NaOH → Na+ + OH- Đây thuyết đơn giản axit bazo Nó đề cập đến dung mơi H2O Nhiều trường hợp khơng giải thích tính axit – bazo số dung dịch Để giải thích trường hợp người ta đưa khái niệm thủy phân 1.4 Thuyết proton axit – bazo Bronsted – Lowry SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích Theo thuyết axit chất có khả cho proton Bazo chất có khả nhận proton Sử dụng thuyết ta giải thích đầy đủ tính axit – bazo dung dịch dung môi: H2O, khác nước dung mơi hữu cơ…và giải thích cho số phản ứng axit – bazo khơng có dung mơi Cặp axit – bazo liên hợp: Theo Bronsted axit cho proton tạo bazo liên hợp với Khi bazo nhận proton tạo axit liên hợp với Ví dụ: CH3COOH a NH3 + CH3COO- + H2 O b H2 O b b NH4+ a + a + H O+ a OHb Ở ví dụ có cặp axit – bazo liên hợp CH3COOH/ CH3COO- NH4+/ NH3 1.5 Các thuyết axit bazo khác: Ngồi thuyết cịn có thuyết khác: - Thuyết hệ dung môi E.S Frangcolanh - Thuyết hóa học axit - bazo Powphaphe Vecni người Thụy Sỹ Đức - Thuyết không proton Uxanovich - Thuyết axit – bazo Maliken - Thuyết axit bazo Idomailop Những thuyết tính chất định lượng khơng có nhiều ý nghĩa thực tiễn Trong lý thuyết axit – bazo thuyết Bronsted – Lowry đạt thành tựu lớn lao dễ hiểu học sinh trường trung học, sinh viên trường đại học cao đẳng nên sử dụng nhiều chương trình 1.6 Cường độ axit – bazo Hằng số điện ly: 1.6.1 Cường độ axit Hằng số axit Ka SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy GVHD: T.S Ngô Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích Khi hịa tan axit vào nước: H3 O- + A + H2 O B Kcb Áp dụng định luật tác dụng khối lượng, ta có: H 3O + B K cb = xem [H2O] = 1000/18 (mol/L) = 55,55 (mol/L) = const A H 2O H 3O + B Kcb.[H2O] = = Ka A Ka gọi số axit H + B Ka = A Để đơn giản: Hằng số điện li Ka axit dùng để đánh giá cường độ axit Giá trị Ka lớn cường độ axit mạnh, ngược lại Ka nhỏ cường độ axit yếu Những axit mà phân tử chứa hai hai proton tách nước, axit gọi da axit Trong dung dịch nước đa axit phân li theo nấc nấc cho proton Ứng với nấc, có số axit (Ka) tương ứng Ví dụ: Axit photphoric (H3PO4 ) H3PO4 + H2O H3PO4- + H3O+ pKa1 = 2,12 H3PO4- + H2O HPO42- + H3O+ pKa2 = 7,21 HPO42- + H2O PO43- pKa3 = 12,36 + H O+ 1.6.2 Cường độ bazo Hằng số bazo Kb Khi hòa tan bazo vào nước: B + H2 O OH- + A Kcb Theo định luật tác dụng khối lượng: A OH − K cb = B H 2O → xem [H2O] = const = 55,55 mol/L A OH − K cb H 2O = = Kb B SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích Hằng số cân Kb gọi số bazo, đặc trưng cho độ mạnh bazo Kb lớn, bazo mạnh, ngược lại Kb nhỏ, bazo yếu Có bazo mà phân tử cho vào nước nhận một, hai, ba proton, đa bazo Ví dụ: PO43- đa bazo PO43- + H2O HPO42- + OH- Kb1 = 10-1.64 HPO42- + H2O H2PO4- + OH- Kb2 = 10-6,79 H2PO4- + H2O H3PO4 + OH- Kb3 = 10-11,88 1.6.3 Sự điện li nước Tích số ion nước: H2 O + H O K cb = H3 O+ OH- + [H 3O].[OH − ] [H 2O]2 KH2O = [H3O]+ [OH − ]= 10−14 Để đơn giản hoá, viết: H2O H+ + OH- K H2O = [H + ].[OH − ] = 10−14 Nước nguyên chất: [H+] = [OH-] = 10-7 1.6.4 Quan hệ số axit Ka số bazo Kb cặp axit bazo liên hợp Ta có: Kb = K [H O].[B] [OH − ].[A] H+2O K a = [A] [H ] [B] → KaKb = [H3O+].[OH-] = K H O = 10-14 Với: pKa = -logKa ; pKb = -log Kb ; p K H O = -log K H O 2 pKa + pKb = p K H O = 14 Từ hệ thức ta thấy cường độ axit mạnh (pKa bé) bazo liên hợp với yếu SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích 1.7 Định luật bảo toàn proton áp dụng cho hệ axit – bazo Nội dung: Nếu ta chọn trạng thái dung dịch làm chuẩn (thường trạng thái quy chiếu mức khơng) tổng nồng độ proton mà cấu tử mức không giải phóng tổng nồng độ proton mà cấu tủ thu vào để đạt trạng thái cân Trong mức khơng trạng thái đầu trạng thái tùy chọn Ví dụ: Viết biểu thức điều kiện proton dung dịch HCl Chọn mức khơng: HCl, H2O Các q trình xảy ra: HCl → H2 O H+ + Cl- H+ + OH- Biểu thức: [H+] = [OH-] + [Cl-] 1.8 Tính nồng độ cân dung dịch đơn axit đơn bazo: 1.8.1 Tính nồng độ cân dung dịch axit mạnh: HA → H+ H+ H2 O A- + OH- + K H 2O [H+] - [OH-] - [Cl-] = → [H+] - K H 2O [H + ] - Ca = → [H+]2 - Ca[H+] - K H O = Nếu Ca >> 10-7M, bỏ qua cân điện li H2O: [H+] = Ca 1.8.2 Tính nồng độ cân dung dịch bazo mạnh → M+ + H+ + MOH H2 O OHOH- K H 2O [H+] - [OH-] + [M+] = → [H+] - K H 2O [H + ] + Cb = → [H+]2 + Cb[H+] - K H O = Nếu Cb >> 10 M, bỏ qua cân điện li nước: -7 [OH-] = Cb → [H+] = K H 2O [OH − ] Nếu Cb 10-7M giải phương trình: [H+]2 + Cb[H+] - K H O = → [H+] SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích 1.8.3 Tính nồng độ cân dung dịch axit yếu đơn chức HA H+ + A- Ka H2 O H+ + OH- K H 2O Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: [H+] – [OH-] – [A-] = K H 2O → [H+] - + [H ] Nếu KaCa >> K H O bỏ qua điện li nước: K a Ca = → [H+]2 + Ka[H+] - KaCa = K a + [H + ] → [H+] - K a Ca =0 K a + [H + ] - Giả sử: [H+] > K H O bỏ qua điện li nước: - [OH-] + - K bCb =0 K b + [OH − ] K bCb = → [OH-]2 + Kb[OH-] - KbCb = K b + [OH − ] Giả sử: [OH-] > Ka2,Ka3,Kw chủ yếu xảy cân (1) H + + H PO4− ; K a1 = 10−2,23 (1) H PO4 C0 0,01 x x x [ ] 0,01-x x x C Ta có: x2 = 10−2,23 0, 01 − x x + 10−2,23 x − 10−4,23 = [H + ] = [H PO4− ] = x = 5, 275.10−3 M pH = − log(5, 275.10−3 ) = 2, 28 Gần ta có: Ka2 [H + ].[HPO4− ] = [H PO4− ] [H PO4− ] = SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy K a [H PO4− ] = 10−7,26 M [H + ] 47 GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích Ka3 = [H + ].[PO43− ] [HPO42− ] [PO43− ] = K a [HPO42− ] = 4,986.10−18 M + [H ] b Số mol NaOH = 0,96 : 40 = 0,24 (mol) Số mol H3PO4 = 0,01 (mol) < Số mo NaOH : Số mol H3PO4 = 2,4 < → tạo muối Na2PO4 Na3PO4 2NaOH + H3PO4 → Na2PO4 + 2H2O 2a a a 3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O 3b b b Ta có: a + b = 0,01 2a + 3b = 0,24 → a= 0,06 mol b = 0,04 mol Có thể coi dung dịch Y dung dịch đệm với Na2HPO4 (0,06M) Na3PO4 (0,04M) ứng với Ka3 pH = pK a + log 0, 04 = 12,14 0, 06 c Khoảng giá trị pH tham chiếu để chọn dung dịch đệm : H3PO4 0,01M NaH2PO4 0,01M Na2HPO4 0,01M Na3PO4 0,01M H3PO4 + NaH2PO4 pH NaH2PO4 + Na2HPO4 Na2HPO4 + Na3PO4 │ │ │ │ 2,28 4,745 9,79 12,16 (1) (2) (3) (4) (1) : tính SVTH: Nguyễn Thị Khánh Vy 48 GVHD: T.S Ngơ Văn Tứ Tiểu luận Hóa học phân tích (2) : pH = = (3) : pH = = pK a1 + pK a − log(10−2,23 ) − log(10−7,24 ) = 2 2, 23 + 7, 26 = 4, 745 pK a + pK a − log(10−7,26 ) − log(10−12,32 ) = 2 7, 26 + 12,32 = 9, 79 (4) : pH = 14 + log 10−14 10−14 CNa3 PO4 = 14 + log 0, 01 = 12,16 Ka3 10−12,32 pH = 6,0 nằm (2) (3), ta chọn đệm gồm NaH2PO4 (p mol/l) Na2HPO4 (q mol/l) q p ta có : p + q = 0,01 = − log( K a ) + log( ) hay q= 0,05495p → p = 9,479.10-3M q = 5,209.10-4 M Khối lượng NaOH cần dùng = (p + 2q).40 = 0,421 (gam) HA [] Ca – x HA ' [ ] Ca’ – y H + + A− Ka x+y x H + + A '− Ka’ x+y y Ka = x( x + y ) Ca − x Khi K nhỏ → x