Phần 1 cuốn sách Hóa phân tích - Câu hỏi và bài tập cân bằng ion trong dung dịch cung cấp cho người đọc các kiến thức: Các định luật cơ bản của hoá học áp dụng cho các hệ trong dung dịch chất điện li, cân bằng axit - bazơ. Mời các bạn cùng tham khảo.
Bộ GIAO DỤC VÁ ĐAO TAO Dự ÁN ĐẦO TAO GIAO VIÊN THCS LOAN No 171 - VIE (SFỊ NGUYỂN TINH DUNG - ĐÀO THỊ PHƯƠNG DIỆP •• ir ■ _ _ * ^ w * & * - < TIGH _ C  U HÒI V À BÀI TẬP Cân ỉon dung dịch j T;:.:vL ^ '^ ^ O V v ẵ ĩ í ; ý, ■3 i NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC sư PHẠM GS TS NGUYỄN TINH DUNG PGS TS ĐÀO THỊ PHƯƠNG D IỆP HỐ HỌC PHÂN TÍCH CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CÂN BẰNG lON TRONG DUNG DỊCH (Tài lần thứ ba, có sửa chữa) NHẢ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC sư PHẠM MỞ ĐẨƯ (ìiáo trình Hố học p h ả n tích: Câu hỏi b i tá p C án b ằ n g ion tr o n g d u n g d ic h phục vụ cho việc học tập học phần 1: Lí thuyết cân ion dung dịch Sách xây dựng phù hỢp vối yêu cầu chương trình mổi tuân theo nguvên tắc sau: Các tập xếp theo thứ tự chvíơng: • Chương I: Các định luật hoá học áp dụng cho hệ dung dịch chất điện li • Chương II: Cân axit - bazơ • Chương III: Cân tạo phức dung dịch • Chương IV: Cân oxi hố - khử • Chương V: Cân dung dịch chứa hỢp châ”t tan • Chương VI: Cân phân bô châ't tan hai dung môi không trộn lẳn Trong chương có phần tóm tắt lí thuyết, tập có lời giải tập vận dụng Chân tóm tát lí thuyết nêu lí thuyết trọng tâm chương, nhằm giúp cho người học nắm nội dung chủ yếu phục vụ cho việc làm tập chương Phán tập có Icỉi giải trình bày tập mẫu có lịi giải tỉ mỉ đê minh họa tồn lí thuvết chương, đưỢc xếp từ đơn giản đến phức tạp Phán tập vận dụng bao gồm tập minh họa kiên thức bán chiíơng nhầm giúp người học biết vận dụng lí thuyết học đê làm tỘ Ị) ( ’ác tập thuộc phần phân loại sắỊ) xếp từ dễ đơn khó đưỢc cho câu trả lịi để người học kiểm tra kết Những khó có cho thêm phần hưổng dẫn tập nâng cao đánh dâu ★ Để làm tôt tập, người học cần nắm Ccác nội dung lí thuyết học học phần 1, kiến thức cốt lõi phần tóm tắt lí thuyết; xem kĩ làm lại ví dụ cho giáo trình lí thuyết, tập mẫu phần tập có lời giải Khi làm tập, cần thiết tra cứu hàng sô" cân cho bảng sô" phần Phụ chương Trong sơ trường hợp đặc biệt có cho sẵn sơ’ liệu sơ" tốn cụ thể C"n sách có thê làm tài liệu học tập cho sinh viên trường Dại học Sư phạm Mặt khác, sách làm tài liệu tham khảo tốt cho sinh viên trường Đại học khác có học Hoá học, củng cho giáo viên, học sinh trường Trung học phổ thơng chuvên Hố trường Trung học phơ thơng khác Đơi vói nhóm ngành chuyên môn trường Cao đẳng Sư phạm, sinh viên có thê sử dụng tập phù hỢp với vêu cầu chương trình Các tác giả xin chân thành cảm ơn GS TSKH Lâm Ngọc Thụ VỴ1 PGS TS Hồng Thọ Tín, khoa Hố học, trường ĐHKHTN-DHQG Hà Nội đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình thẩm định sách Chúng tơi xin chân thành cảm ơn đồng chí Dự án Đào tạo giáo viên Trung học sở, đồng chí biên tập NXB DHSP giúp d(ì hồn thành thảo c’n sách Chắc rang sách khơng tránh khõi thiếu sót, râ"t mong bạn đọc góp ý kiến để sách phục vụ tơt CÁC TÁC GIẢ Chương I CÁC ĐỊNH LUẬT BẢN CỦA HOÁ HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ■ TRONG DUNG DỊCH ■ ■ CHẤT ĐIỆN LI §1.1 TRẠNG THÁI CÁC CHAT ĐIỆN • • LI TRONG DUNG DỊCH • 1.1 BIÊU DIỄN TRẠNG THÁI CÁC CHAT ĐIỆN LI TRONG DƯNG DỊCH TĨM TẮT Lí THUYỂT • Trong dung dịch nưốc, chất điện li mạnh phân li hoàn toàn thành ion (biểu diễn: ->); chất điện li yếu phân li phần (biểu diễn: ) • Các chất điện li mạnh: axit mạnh, bazơ mạnh hầu hết mi • Trạng thái ban đầu: trạng thái chất trước xảy phản ứng hố học, trước có cân • Trạng thái cân trạng thái tồn châb hệ thiết lập cân BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI 1.1.1 Hãy kể axit thuộc loại chất khác coi chất điện li mạnh mô tả trạng thái ban đầu dung dịch nưóc chúng Lời giải: HCl; HBrOs; HNO3; HMnO^; H2SO, - H*, c r , H2O - H ^ BrO^, H2O - H^ NO3', H2O - u \ M nO ; , HjO - H \ HSO ,, H2O 1.1.2 Hãy ke hidroxit coi chat điện li mạnh mô tả trạng thái ban dầu dung dịch nước chúng Lời giải: NaOU-, KO H ; Ca(OH)2; Ba(OH)2 - N a \ OH , H ,0 - K ^ O H -, H2O - C a-^ O H -, H ,0 - O H -, 1.1.3 Trong số chất sau đây, chất chất điện li mạnh? Chất châ't điện li yếu? Mô tả phân li châ"t dung dịch nước: N H ,C 1; C H 3CO O H ; Mg(NƠ3)2; NH3; HBrO Lời giải: * Chất điện h mạnh: N H ,C 1; Mg(N()3)2 * Chất diện li yếu; CH3CO OH; NH3; HBrO nh; - NH,C H2O - Mg(N()3)2 IỈ20 - CH3COOH H20 - NĨI3 + H20 H20 - HBrO H2O + Cl- H" + OHMg'" + N()¡ H' + OH- CH 3C 0-+ i r H^ + OHn h ; + OH- ir + OH- ir + BrO+ OH- 1.1.4, Mô tả trạng thái ban dầu chất sau đâv dung dịch nước: (dl:,(X)ONa; NH.HSO,; PeCU; [Ag(NH3;,]Cl ỈMi giải: - C H 3COO , Na*, H ,0 - N H ;, HSO,, H2O - IV*, C1 , H.,0 - Ag(NH.3);, C1-, H ,0 1.1.5 Mô tả trạng thái ban đầu trạng thái cân dung dịch nưốc BaCl2 Na.2S04 nồng độ Lời giải: Trạng thái ban đầu: Ba^*, C1 , Na*, Ba'^* + s ị Trạng thái càn bằng: BaS04Ì H2O , H2O BaSO^ị Ba^* + SO4" — H* + OH- 1.1.6, Mô tả trạng thái ban đầu trạng thái cân CH3COOH 0,20 M v [OH"]dd Vậy dung dịch có phản ứng axit II.7.2 Mơ tả cân v giải thích tính axit - bazơ dung dịch nước A1(CH3C0 )3 Lời giải: A1(CH3C00)3 ^ AP" + 3CH3COOAF* + H2O ^ lg*/? = -4 ,3 (1) A P + 2H2O — Al2(OH)ỉ"+ 2H* h*^22 = -14,56 (2) AF" + 4H2O ^ Al(OH)¡ + 4H^ \g*ậ, = -24,25 (3) H2O O H -+ H" \gK^ = -1 (4) ìgK, = -9,24 (5) ^ CH3COO- + H2O A10H"*+ CH3COOH + OH- 157 So sánh cân (1), (2), (3), (4) ta thấy *ß » *ßo2 * K ^ » */?4, clo coi dung dịch chủ yếu gồm cân (1) (AP* thể tính axit) (5) (CH3 COO' thể tính bazo) Do *ß = 10“''^ » dung dịch nưóc Al(CH3COO)3 có phản ứng axit Kị, = 10“®’^' > II.7.3 Tính cân dung dịch Hg(N03)2 0,010 M pH = 2,0 Lời giải: Hg'^ + H2O ^ HgOH" + \g*ß, = -3,65 (1) Hg^^ +2H2O ^ Hg(OH)2 + 2H^ lg*/?2 = -7,72 (2) \g*ß; = -22.57 (3) Hg'* + 3H2O ^ Hg(OH)¡ + 3H" Vì *ßi » *ß2 » * ß s nên coi dung dịch cân (1) chính: Hg'" + H2O HgOH" + H" 0,01-x [ ] 10"^x X _ ^q-3,65 0,01 - X 10-®®" 10-2 X = 2,2 10- Vậy [HgOH"] = 2,2.10-'M ; [Ug~*] = 9,8.10-® M Hoặc áp dụng định luật BTNĐ ban đầu đôi với Hg2*, vối chấp nhận dạng tồn Hg2* HgOH^ : c = 0,01 = [Hg2^] + [HgOH1 = [Hg^Kl [Hg^l = 0,01 jq -3 ,6 + (vối h = [H‘]) •= 0,0098 M [HgOHI = *ßdHg^*].h-' = 2,2.10-'M IHg(OH)2] = *A[Hg21./i-2 = 1,87.10-®M [Hg(OH)¡] = */?3[Hg2^]./i-® = 2,64.10-'®M Kết tính cho thây việc tính cân theo (1) hồn tồn thoả mãn II.7.4 Tính pH hệ gồm CríNOsla 0,2 M HNO3 0,0010 M Lời giải: 158 HNO H* + n o ; 0,001 Cr(N03)3 -)> + NO; 0,20 Cr'* + H2O - CrOH'* + H* *A = 10-'® (1) Cr'* + 2H2O Cr(OH)¡ + 2H* *A = 10-'®'® (2) Cr'* +4H2O ^ Cr(OH)¡ + 4H* */?, = 10-'®" (3) Vi mơi trường axit chính: » *yỠ2 » *Ä nên coi cân (1) V i = 10'"® Cr'" + H2O ^ CrOH'* + c 0,20 [] 0,2 -X ^ 0,001 0,001 + x X = lO -'-® X = ,0 -' ^ 0,20- X [H I = ,0 -'M Việc kiểm tra cho thá"y cách giải hỢp lí Vậy pH = 2,22 II.7.5 Tính pH cân dung dịch Ni(N03)2 5,00.10-' M Lời giải: Ni'* + H2O NiOH* + H* * ò = 10-đđ ( 1) H2O H + OH- K ^ = 10-*“ (2 ) So sánh (1) (2) ta thấy *ß.c » nên coi cân (1) chiếm ưu thê tính pH theo ĐLTDKL cho cân này: N i'^ + H ^ o ^ c NiOH*+ H* */1=10-®®“ 5, 10-' [ ] - '- x 5,10"' = 10 -8.94 X = 7,58.10- -X Vậy [H*] = [NiOH*] = 7,58.10-®M; [Ni'*] « 5,0.10-'M ; pH = 5,12 159 IL7.6 Tính pH dung dịch Co(N03)2 0,010 M Lời giải: Co'" + H2O ^ H2O = 10 -U.20 CoOH" + H" 10-'^ ;=^ H" + OH- So sánh (1) (2) ta thấy *p.c a (1) (2 ) nên bỏ qua cân phân li nước Áp dụng ĐKP vói MK Co'" HgO, ta có: h = [H"] = [CoOH"] + [OH1 = ^ h + *^[Co'"] * = V/C,+*^[Co'"] (3) = 0,010 M ^ h , = 2,7.10-' = IQ-®-” Chấp nhận [Co'"]o Từ giá tri /ij tính lai [Co'"]| = - ^—— - = 0,010 Kết lặp Vậy pH = 6,57 II.7.7 Tính cân dung dịch AICI3 2,00.10“' M Lời giải: AICI3 -> AI 3+ 3C1- Al'"+ H2O Al(OH)'"+ H" lg*A = -4 ,3 ( 1) 2A1'"+ 2H2O AựOH)'" + 2H" lg*A2 = -14,56 (2) AP"1 4II2O Al(OII); +411" lg'A = -24,25 (3) H2O H"+OH- Ig/Í = -1 (4) Một cách gần so sánh: 'yS) » ’P22 » 'Pa 'Px-Cị^''» châ”p nhận cân (1) so vói cân cịn lại (chính xác so sánh tích sơ" ion cán !) Al'"+ H2O ^ c 10 -' [] 2.10-'-ac 160 Al(OH)'"+ H" X X •/?,= 10-'' = 10“*-^ x = 9,75.10- '^ - X (Al(OH)=*1 = [HI = 9,75.10-'M [AP"] = 1,9.10-'M Kiểm tra điều kiện: [AựOH)'"] J =*A2 ^^ÇÏH11 ^^^^2 = [Al(OH)¡] = /4J [OH-] = = A-4 10 -1 9,75.10' (9, 75 10-“)" = 1,05 10- ' " « [Al(OH)""] = 1, 18.10-'“ « (9,75.10-“)“ = 1,03.10'" « [Al(OH)""] [HI Điều kiện thoả mãn, chứng tỏ ( 1) chiếm ưu Như cách giải gần dứng hỢp lí II.7.8 Tính pH dung dịch Pb(CH2ClCOO)2 5,00.10"" M (giả thiết bỏ qua phức hiđroxo đa nhân Pb"") Lời giải: ->Pb"" + 2CH2CICOO- 10-" 10-' Pb"" + H2O PbOH" + H" 'y5,= 10-"® (1) Pb^" + 2H2O Pb(OH)2 + 2H" *A = lO-'"’" (2) Pb"" + 3H2O Pb(OH)¡ + H" *yỠ3= 10-"® (3) H2O OH' + H" /íw=10-'“ (4) Ấ';'=10"®® (5) CH2CICOO- + H"" ;=± CH2CICOOH Trong dung dịch có q trình cho proton q trình thu proton, khơng thể tính theo ĐLTDKL áp dụng cho cân Áp dụng ĐKP với MK Pb"", CH2CICOO- H2O; h = [H"] = [OH-] + [PbOH"] + [Pb(OH)2] + 3[Pb(OH) ] - [CH2CICOOH] (6) So sánh cân ta thấy 'ậị >>'ß2 » ' ß *^|.Cpb""» K„ (6) trở thành : [H"] + [CH2CICOOH] « [PbOH"] (7) 161 hay h \ l + K;' fCH^ClCOO-]) = *A[Pb'1 (8) *^JPb 2+1 ^i + í ¡:;'[CH2C1c o o -] -> h - Chấp nhận [Pb^*]o« (9) = 5,0.10’^; [CHaClCOO^lo ~ thay vào (9) để tính hỵ\ hị = + 10"“ 10-' CICOO ~ 1,0.10“' = 3,28.10-«= 10 Từ giá trị h, tính lại [Pb''"],, [CH2CICOOI,: c [Phn, = l+'ß^.h'^ + 'p2-h j q [CH2C1C00-],= 10-‘ * 5.10-^= [Pb^o + 'ßs-h' -2 ,8 10-^đô + 3,28.10ô 10-' = [CH2C1COO-]o Kt qu lp Vậy pH = 5,48 Cách giải hỢp lí c/iú ý: Một cách gần coi Pb(CH2ClCOO)2 chất điện li lưỡng tính đánh giá pH theo (11.62); Ả= 10“’'«.5.10“" - = 3,28.10“« = 10“«*'«, pH = 5,48 ' l + 10"-««.10“ IL7.9 Tính pH hệ gồm Ni(N03)2 0,050 M NH^NOa 0,370 M Lời giải: Các trình: Ni'* + H2O ^ nh ; H2O ^ ^ NiOH* + H* NH3 OH ò = 10-ôđ- + H* /c.= 10đ'- + H* K^ = 10“'- Đánh giá mức độ phân li NH ¡ : nh c [ ] ; NH3 ^ + H* K = 10“®'- 0,37 0,37 0,37 - X - X = lO“«'''* X X X = 1,46.10“« « 0,37, coi lượng NH3 sinh không đáng kể, nên chấp nhận bỏ qua tạo phức amin Ni' 162 Áp dụng ĐKP với MK NH; , H2O ta có: h = [H^] = [0H-] + [NH3] + [N1O H I Sau tổ hỢp cần thiết ta có: h= + Chấp nhận [NH* ](, « ( 1) + = 0,370; [Ni^*]o*C 2* = 0,050, thay vào ( 1), tính hị = 1,64.10’®M = lO’“*'^®M Thay giá trị = = lO“'*’’* vừa tính vào biểu thức (2) (3) -KF^ +^h INi“ l = \, +%p :h.■