Xây dựng 25 bài tập tổng hợp hóa học phân tích: cân bằng ion trong dung dịch

“Hóa học phân tích” là một bộ môn cần thiết cho sinh viên học chuyên ngành hóa cũng như giúp giáo viên THPT có thêm nguồn tài liệu cho công tác dạy học sau này. Phản ứng giữa các ion trong dung dịch nước thường phức tạp nên ngoài việc nắm vững quy luật về tương tác ion trong dung dịch để hiểu bản chất phản ứng xảy ra trong dung dịch nước thì việc rèn luyện giải bài tập hóa học phân tích cũng góp phần không nhỏ cho người học nắm được quy luật lý thuyết và phát triển tư duy hóa học. Xuất phát từ điều đó cùng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn là thầy Ngô Văn Tứ tôi đã tìm hiểu và xây dựng đề tài “Xây dựng 25 bài tập tổng hợp hóa học phân tích: cân bằng ion trong dung dịch ”. Hi vọng đề tài sẽ là một tài liệu tham khảo có ích cho bản thân cũng như các bạn sinh viên trong việc thực hiện nhiệm vụ học tập cũng như giảng dạy sau này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA HÓA HỌC - - Đề tài: XÂY DỰNG 25 BÀI TẬP TỔNG HỢP HĨA HỌC PHÂN TÍCH: CÂN BẰNG ION TRONG DUNG DỊCH Thực : : LÊ THỊ THU HIỀN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN A.Mở đầu .2 I Lý chọn đề tài I.1 Lý khách quan: .2 I.2 Lý thực tiễn: II.Mục đích nghiên cứu III Đối tượng khách thể nghiên cứu III.1 Đối tượng nghiên cứu: III.2 Khách thể nghiên cứu: IV Phạm vi nghiên cứu V Phương pháp nghiên cứu .3 B.Nội dung: BÀI 1: BÀI 2: BÀI 3: BÀI 4: BÀI 5: BÀI 6: 10 BÀI 7: 11 BÀI 8: 12 BÀI 9: 13 BÀI 10: 14 BÀI 11: 15 BÀI 12: 16 BÀI 13: 17 BÀI 14: 18 BÀI 15: 19 BÀI 16: 20 BÀI 17: 22 BÀI 18: 23 BÀI 20: 24 BÀI 21: 27 BÀI 22: 29 BÀI 23 30 BÀI 24: 32 BÀI 25: 33 Tài liệu tham khảo 35 Tiểu luận hóa phân tích GVHD: Ngơ Văn Tứ LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Hóa trường Đại học sư phạm Huế thầy cô giáo tạo điều kiện cho sinh viên suốt trình học tập nghiên cứu Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy Ngơ Văn Tứ tận tình giảng dạy giúp đỡ em trình học tập, nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi để em thực đề tài Tuy có nhiều cố gắng, nhiều nguyên nhân khách quan chủ quan nên tiểu luận em khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý thầy để tiểu luận em hoàn chỉnh đạt kết mong muốn Em xin chân thành cảm ơn! Tiểu luận hóa phân tích GVHD: Ngơ Văn Tứ A.Mở đầu I Lý chọn đề tài I.1 Lý khách quan: - “Hóa học phân tích” nội dung quan trọng ngành hóa học nói riêng ngành khoa học nói chung phát triển mạnh mẽ với nhiều ứng dụng to lớn thiếu nghiên cứu sản xuất - “Cân ion dung dịch” nội dung quan trọng có ích “hóa học phân tích” Tuy nhiên để nắm vững nguyên lý, chất ứng dụng nội dung cần có sở lý thuyết tập vững vàng I.2 Lý thực tiễn: - “Hóa học phân tích” mơn cần thiết cho sinh viên học chuyên ngành hóa giúp giáo viên THPT có thêm nguồn tài liệu cho công tác dạy học sau - Phản ứng ion dung dịch nước thường phức tạp nên việc nắm vững quy luật tương tác ion dung dịch để hiểu chất phản ứng xảy dung dịch nước việc rèn luyện giải tập hóa học phân tích góp phần không nhỏ cho người học nắm quy luật lý thuyết phát triển tư hóa học Xuất phát từ điều với giúp đỡ giáo viên hướng dẫn thầy Ngô Văn Tứ tìm hiểu xây dựng đề tài “Xây dựng 25 tập tổng hợp hóa học phân tích: cân ion dung dịch ” Hi vọng đề tài tài liệu tham khảo có ích cho thân bạn sinh viên việc thực nhiệm vụ học tập giảng dạy sau II.Mục đích nghiên cứu - Việc nghiên cứu đề tài nhằm giúp thân bạn sinh viên nắm vững kiến thức cân ion học đồng thời việc rèn luyện tập giúp cho bạn không bị lung túng gặp dạng cân ion dung dịch III Đối tượng khách thể nghiên cứu III.1 Đối tượng nghiên cứu: - Bài tập tổng hợp hóa học phân tích cân ion dung dịch: phản ứng axitbazơ, phản ứng tạo phức, phản ứng tạo hợp chất tan, phản ứng oxi hóa – khử III.2 Khách thể nghiên cứu: -Quá trình học tập thân bạn sinh viên học tập nghiên cứu nội dung hóa học phân tích IV Phạm vi nghiên cứu Việc nghiên cứu tập trung tìm hiểu tập “hóa học phân tích” gồm nội dung sau: Phản ứng axit – bazơ Phản ứng tạo phức Tiểu luận hóa phân tích - GVHD: Ngơ Văn Tứ Phản ứng tạo hợp chất tan Phản ứng oxi hóa – khử V Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu, đọc , xử lý tài liệu Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn Tổng hợp Tiểu luận hóa phân tích GVHD: Ngơ Văn Tứ B.Nội dung: BÀI 1: Nếu trộn hỗn hợp 5.00 ml H2C2O4 0.04 M với 5.00 ml SrCl 0.08 M Hãy cho biết tượng xảy ? Hãy đánh giá khả phản ứng oxi hóa H 2C2O4 KMnO4 môi trường axit Cho biết : Hằng số phân li axit H2C2O4 : Ka1 =10-1.25; Ka2= 10-4.27; Ks(SnC2O4)=106,4 EMnO  / Mn 2 = 1.51 V, - E20CO / C O 2 = -0.653 V 2 4 ( Bài tập hóa học phân tích Nguyễn Tinh Dung) Bài giải: Nồng độ sau trộn dung dịch: 0, 04.5 = 0.02 (M) 10 0, 08.5 =0,04 (M) 10 CH 2C2O4 = CSr 2 = Các cân xảy dung dịch : � H+ + HC2O4- (1) H2C2O4 � H+ + C2O42- (2) HC2O4� H+ H2 O + OHVì K a1 =10-1.25 >> K a = 10-4.27 >> K H O = 10-14 Nên coi cân (1) chủ yếu K a1 =10-1.25 K a = 10-4.27 K H 2O = 10-14 C [] Từ (1) ta có H2C2O4 0,02 0,02-x � H+ + HC2O4- x K a1 =10-1.25 x x2  K a1  101,25 0, 02  x � x=0,0156 (M) Từ (2) ta có � � C2O4 2 � H� HC2 O4  � � �� � � K � � 2 � �.K -4,27 C2O4 �  a2 a = K a =10  � �  � � � � HC2O4 � H � � � Ta có tích số ion CC2O42 CSr 2 = 0,04.10-4,27= 2,15.10-6 > Ks =10-6,4 Vậy có kết tủa SrC2O4 xuất Các q trình xảy : Tiểu luận hóa phân tích GVHD: Ngơ Văn Tứ E MnO4- + 8H+ +5e Mn2+ + 4H2O K1  10 MnO4 / Mn2 0,0592 H+ + HC2O4- K a1  10 K a =10-4,27 + C2O4� H2C2O4 HC2O45 C2O � � � H+ 1,25 2 E 2CO2 + 2e 2MnO4 +5 H2C2O4 + 6H+ � K 1  10 CO2 / C2O4 0,059 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O K  K12 ( K a1 K a K 1 )5 Thay giá trị số cân vào ta K =10388 vô lớn Vậy phản ứng xảy hồn tồn BÀI 2: Tính pH cân hệ gồm HCl 0,01 M H2S 0,1M Độ tan H2S dung dịch HClO4 0,003 M 0,1 mol/l Nếu thêm vào dung dịch ion Mn2+ Cu2+ cho nồng độ chúng 2.10-4 ion kết tủa dạng sunfua Biết Tt MnS =10-9,6 TtCuS =8.10-37 K H S  1,3.1021 Bài giải: Các cân hệ: � HCl H+ + Cl2 � H2 S H+ + HS- Ka1 =10-7,02 � HSH+ + S2Ka2 =10-12 Vì Ka1 >> Ka2 nên cân (1) xảy chủ yếu � H2S H+ + HSC 0,1 0,01 [] 0.1-x 0,01+x x Ta có (1) Ka1 =10-7,02 (0, 01  x) x  107,02 0,1  x Giả sử x C Ag , coi phức tạo thành chủ yếu Ag(NH3)2+   107,24 Ag+ + 2NH3 � Ag(NH3)2+ C 5.10-3 0,1 [] 0,09 5.10-3 Đánh giá trình proton hóa NH3 NH3 + H2O � NH4+ + OHKb = 10-4,76 C0 0,09 C 0,09-x x x  x2  104,76 � x  1, 25.103 Ta có 0, 09  x C NH3 =0,089 � [NH3]  21 nhỏ Ag(NH3)2+ � Ag+ + 2NH3 C [] 0,005 0,005-x x K= 10-7,24 0,089 x.0,089  107,24 � x  3, 63.108 =[Ag+] Ta có 0, 005  x + [AgNH3 ] = 1 [Ag+].[NH3]= 103,32.3,63.10-8.0,089= 6,75.10-6 K2 >>K3 >>K4 nên tính theo cân (1) S2+ H2 O � HS- + OH- K=10-1,1 C C1 [] C1-10-1,5 10-1,5 10-1,5 � CS 2  C1  0, 0442( M ) Và độ điện li  S 2 1,5 � HS  � � � 10  1   0, 7153 CS 2 0, 0442 Khi thêm Na3PO4 vào dung dịch A, cân sau: PO43 + H2O � HPO42- + OHHPO42- + H2O � H2PO4- + OHH2PO4- +H2O � H3PO4 + OHKhi  S 2 cân trên, hệ cịn có thêm K=10-1,68 K=10-6,79 K=10-11,85 (5) (6) (7) � HS  � � �    0, 7153.0,8  0,57224  CS 2 �� HS  � � � 0, 0442.0,57224  0,0253 S 2 � HS  � S 2 � HS  � Vì mơi trường bazơ nên CS  � � � � � �  H S   � � � � � � 2 �� S 2 � � � 0, 0442  0, 0253  0, 0189 M OH  � Từ (1) � � � � 101,1.0, 0189  0, 0593M 0, 0253 So sánh cân (1) đến (7) ta thấy (1) (5) định pH hệ � OH  � HS  � HPO42 � HPO42 � OH  � HS  � � � � � � � � �� � � � � � � � � � 0, 0593  0, 0253  0, 0340M � HPO42 � � OH  � 3 � � � � 0, 0340.0, 0593  0, 0965M từ (5) � � � PO  1,68 � � 10 101,68 � CPO3  � PO43 � HPO42  � H PO4  � PO43 � HPO42 � � � � � � � � �  H PO4   � � � � � �  0, 0965  0, 0340  0,1305M Khi chuẩn độ dung dịch A HCl xảy trình sau S2- + H+ � HS1012,9 HS- + H+ � H2S 107,02 CH3COO- + H+ � CH3COOH 104,76 4 � HS  � � � 10 ? � � HS  � ? � S 2 � Tại pH =4 12,9 � � � � 2 � S � � � 10  H2S  104  ? �  H2S  ? � HS  � 7,02  � � � HS � � � 10  CH 3COOH  104  100,76 �1 4,76 � CH 3COO  � � �10 25 Tiểu luận hóa phân tích � GVHD: Ngơ Văn Tứ  CH 3COOH  100,76  0,76 CH 3COO  �  CH 3COOH   � � �  10  0,8519 Như chuẩn độ đến pH =4 ion S 2- bị trung hịa hồn tồn thành H2S 85,19% CH3COO- tham gia phản ứng � 0,1.19,4=20.(2.0,0442+0,8519.C2) � CCH COO =C2=0,01M Khi chuẩn độ hết 17,68 ml HCl, ta thấy NHCl =0,1.17,68=1,768(mmol); nS =20.0,0442=0,884(mmol)=0,5.nHCl Vậy phản ứng xảy S2+ 2H+ � H2S  2 C0 0,884 37,38 C 1, 768 37, 68 0,884 37,38 0,884 0, 01.20 =0,02346M CH3COO=5,308.10-3 37,38 3, 68 Hệ thu gồm H2S : Các trình H2S � H+ + HSHS- � H+ + S2� H2 O H+ � CH3COO + H2O pH hệ tính theo (8) (11) + 10-7,02 (8) 10-12,9 (9) + OH- K=10-14 CH3COOH + OH- 10-9,24 (11) - [H ]= [HS ]-[CH3COOH] = �� H� � � 107,02. H S  � H� � � 107,02. H S  -10-4,76.[CH3COO-].[H+] (12)  104,76 � CH 3COO  � � � Chấp nhận [H2S]1= CH S =0,02346(M) [CH3COO-]1= CCH COO =5,308.10-3(M) thay vào (12) tính [H+] =2,704.10-6=10-5,57(M)  105,57  0, 02266M 105,57  107,02 104,76  3 � � CH 3COO �  5,308.10 5,57  4,596.103 M 4,76 � 10  10 CH 3COO  � Thay giá trị  H S  � vào (12) ta [H+]2=2,855.10-6=10� � Kiểm tra  H S   0, 02346 5,44 =[H+]1 Kết lặp lại , pH= 5,54 Oxi hóa S2- oxi khơng khí 2x S 2- � S + 2e O2 + 2H2O +4e � 4OH2S2- + O2 + H2O � 1 K  10 K  10 2 E10 0,0592 E20 0,0592 2S +4OH- K  10 4( E20  E10 ) 0,0592 26 Tiểu luận hóa phân tích GVHD: Ngơ Văn Tứ 0 0 Trong E1  ES / S E2  EO / OH tính sau 2  S +2H+ +2e � H2 S 19,92 2H+ + S2- K a1.K a  10 H2 S � S + 2e � S2- � E10  E30  K  10 K1  10 E10 0,0592 19,92.0,592 19,92.0, 0592  ES0/ H S   0, 45V 2 O2 + 4H+ +4e � 2H2O � + H2 O O2 E30 0,0592 H + OH K  10 - + 2H2O +4e � 4OH- E40 0,0592 K=10-14 K  10 E20 0,0592 � E20  E40  14.0, 0592  EO02 / H 2O  14.0, 0592  0, 4012V Vậy K  10 4( E20  E10 ) 0,0592  10 4(0,4012  0,45) 0,0592  1057,51 BÀI 21: Tính khối lượng muối amoniclorua thể tích dung dịch natri hiđroxit 3M cần thêm vào 200 ml nước pha loãng đến 500 ml để điều chế dung dịch đêm có pH=9,5 với nồng độ muối 0,1M Biết pKb (NH3) =4,76 Cho cốc thủy tinh thứ chứa dung dịch hỗn hợp KMnO 0,02M, MnSO4 0,005M H2SO4 0,5M; cốc thứ chứa dung dịch hỗn hợp FeSO 0,15M Fe2(SO4)3 0,0015M Đặt điện cực platin vào cốc nối hai cốc với cầu muối Nối điện cực với qua vôn kế Giả thuyết H2SO4 điện li hồn tồn thể tích dung dịch cốc Cho EFe / Fe  0, 771V 3 E 2 MnO4 , H  / Mn 2  1,51 V a Tính điện cực trước phản ứng xảy Viết sơ đồ pin tính hiệu pin b Tính số cân điện cực cân Cho l dung dịch HClO4 0,003M chứa 2.10-4 mol ion Mn2+ Cu2+ Bão hòa dung dịch H2S, giả thiết nồng độ H2S ln 0,1M khơng phụ thuộc có mặt chất khác a Hãy cho biết tách riêng hai ion Mn2+ Cu2+ không? Biết pK1 =7 pK2 =14 Ks MnS=2,5.10-10 vàKs CuS =8,5.10-36 b Kết luận có thay đổi khơng thay HClO4 dung dịch đệm + [H ]=10-9 M ( Trích đề thi học sinh giỏi hóa học lớp 12, thành phố Đà Nẵng, năm 2004-2005) 27 Tiểu luận hóa phân tích � pH  pK a  lg Từ  NH  GVHD: Ngô Văn Tứ Bài giải:  NH   NH  � 9,5  (14  4, 76)  lg � � NH � NH 4 � � � � �   1,8 � NH 4 � � � NH 4 � Trong dung dịch cuối � � � 0,1 nên  NH   1,8.0,1  0,18M � nNH   0,1.0,5  0, 05 mol n NH3  0,18.0,5  0, 09mol Từ phản ứng NH4+ + OH - � NH3 + H2O ta thấy số mol NaOH cần dùng số mol NH3 tổng lượng muối amoni cần ban đầu 0,05+0,09=0,14 � VNaOH  0, 09  0, 03l , mNH 4Cl  0,14.53,5  7, 49 g � Fe3 � � � 0, 771  0, 059 lg 0, 003  0, 671 (a) EFe  EFe3 / Fe2  0, 059 lg 2 0,15 � Fe � � � EMn  E MnO4 / Mn2 � MnO4 � H� 0, 059 � � � � �  1,51  0, 059 lg 0, 02.1  1,52  lg 5 0, 005 � Mn 2 � � � Sơ đồ pin Pt│Fe2+(0,15M),Fe3+(0,003M)││MnO4-(0,02M),Mn2+(0,005M),H+(1M)│Pt Hiệu pin: Epin=EMn-EFe=1,52-0,671=0,85V (b) số cân nE K  10 0,059  10 5.(1,51 0,771) 0,059  1062,63 Vì số cân lớn nên phản ứng sau coi hoàn toàn: 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ � 5Fe3+ +Mn2+ +4H2O 0,15 0,02 0,003 0,1 0,02 0,1 Tại cân : EMn  EFe  E Từ Fe3 / Fe 2 � Fe3 � � � 0, 771  0, 059.lg 0,103  0, 79  0, 059 lg 0, 05 � Fe 2 � � � (a)Coi đóng góp H+ H2S khơng đáng kể ta có [H+]=0,003M � H� S 2 � � �� � � K K  1021  H 2S  0,1 2 21 � �� S  10  1,1.1017 M � � 0, 003 [Cu2+][S2-]=2.10-4.1,1.10-17=2,2.10-21>Ks CuS=8,5.10-36 � Cu2+ kết tủa dạng CuS [Mn2+][S2-]=2.10-4.1,1.10-17=2,2.10-212,5.10-10 � Mn2+ kết tủa, tách riêng hai ion BÀI 22: Thêm ml dung dịch NH4SCN 0,10 M vào 1ml dung dịch Fe 0,01 M F- 1M Có màu đỏ phức FeSCN 2+ hay không? Biết màu xuất CFeSCN2+ > 7.10 M dung dịch axit hóa đủ để tạo 1 13,1 phức hidroxo Fe (III) xảy không đáng kể Cho 3 FeF  10 ; 1FeSCN  103,03 (  số bền) Đánh giá số cân hỗn hợp gồm Ag+ 1.10-3 M; NH3 1M Cu 7,24 12,03 0 bột cho  Ag ( NH )  10 ;  4Cu ( NH )  10 ; E Ag / Ag  0, 799 ; ECu / Cu  0,337 (ở 250C) Bài giải: 3+ 2  2  2 Ta có CFe = CF (=1)  FeF lớn 3  Vì dung dịch, Fe3+ tác dụng hết với F- tạo phức FeF3 Fe3+ + F- � FeF3 C 0,01 [] 0,97 0,01 3 2 C Sau trộn với NH4SCN FeF  0, 485M ; CF  5.10 M ; CSCN  5.10 M FeF3 � Fe3+ + 3F10-13,1 Fe3+ + SCN- � FeSCN2+ 103,03  C []  FeF3 +SCN- � FeSCN2+ + 3FK=10-10,07 FeF3 + SCN- � FeSCN2+ + 3F- K=10-10,07 5.10-3 5.10-2 0,485 -3 -2 5.10 -x 5.10 -x x 0,485+3x � x.(0, 485  x)3  1010,07 3 2 (5.10  x).(5.10  x) 25.105.1010,07  1,86.1013  7.106 Với x