CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ

lí thuyets và bài tập hóa phân tích 3

5/13/2013 1 5/13/2013 1 CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ 5/13/2013 2 CÂN BẰNG AXÍT BAZƠCÂN BẰNG AXÍT BAZƠ - CÁC THUYẾT AXÍT BAZƠ - HẰNG SỐ PHÂN LY AXIT Ka, HẰNG SỐ PHÂN LY K B - HẰNG SỐ PHÂN LY CỦA NƯỚC, Kn; QUAN HỆ GIỮA K a VÀ K b , THANG pH - TÍNH pH CỦA CÁC DUNG DỊCH - DUNG DỊCH ĐỆM - ĐA AXÍT, ĐA BAZƠ 5/13/2013 2 5/13/2013 3 CÁC THUYẾT AXÍT BAZƠCÁC THUYẾT AXÍT BAZƠ 1. Thuyết Arrhenius, 1894 “ Một axít là một chất bất kỳ mà khi ion hoá (có thể một phần hay hoàn toàn) trong nước cho các ion H + (nó kết hợp với nước để cho ion hidrônium, H 3 O + ) còn bazơ là một chất khi ion hoá trong nước cho ion hydroxyl - OH - ”. 2. Thuyết các hệ dung môi, Franklin, 1905 Một axít được xem như một chất tan sinh ra cation của dung môi và một bazơ là một chất tan sinh ra anion của dung môi. Vì vậy, NH 4 Cl là một axít mạnh trong amoniac lỏng (tương tự như HCl trong nước) 3. Thuyết Lewis G. N. , 1923 “Axít là một chất có thể nhận một cặp elecctron còn bazơ là chất có thể cho một cặp electron của mình”. O 2 và N 2 là chất cho e là bazơ; chất không chứa hydro nhưng nhận electron cũng xem như là axít. 4. Thuyết Bronsted – Lowry, 1923 “Một axít là bất kỳ một chất nào cho proton còn bazơ là bất kỳ một chất nào nhận proton”. 5/13/2013 4 Thuyết Bronsted-Lowry Axit: Chất cho Proton; Bazơ: Chất nhận Proton Cặp axit/Bazơ liên hợp: CH 3 COOH/CH 3 COO - ; NH 3 /NH 4 + Acid Base H + BaseAcid 5/13/2013 3 5/13/2013 5 BRONSTEDBRONSTED--LOWRY, 1923LOWRY, 1923 Một số cặp axit- bazơ liên hợp DungDung môimôi axítaxít 11 ++ bazơbazơ 22  axítaxít 22 ++ bazơbazơ 11 NHNH 33 HH 22 OO HH 22 OO HH 22 OO HH 22 OO CC 22 HH 55 OHOH CC 66 HH 66 HOAcHOAc HClHCl NHNH 44 ++ HH 22 OO HCOHCO 33 -- NHNH 44 ++ HH--picratpicrat NHNH 33 HH 22 OO HH 22 OO OAcOAc -- OHOH -- CC 22 HH 55 OO -- CC 66 HH 5-5- NHNH 22 NHNH 44 ++ HH 33 OO ++ HH 33 OO ++ HOAcHOAc HH 22 OO CC 22 HH 55 OHOH CC 66 HH 5-5- NHNH 33 ++ OAcOAc -- ClCl -- NHNH 33 OHOH -- COCO 33 22-- NHNH 33 picratpicrat -- 5/13/2013 6  Hằng số phân li axit, K a  Hằng số phân li bazơ, K b 5/13/2013 4 5/13/2013 7 • Ka, Kb là hằng số tại một nhiệt độ và áp suất nhất định • Ka, Kb biểu diễn độ mạnh của axit và bazơ • Ka (Kb) càng nhỏ: axit (bazơ) càng yếu. • Đơn axit: cho một proton, HCl, HNO 3 , CH 3 COOH • Đơn bazơ: NaOH, NH 4 OH • Đa axit : cho nhiều hơn 1 proton, H 3 PO 4 , H 2 SO 4 • Đa bazơ: Cu(OH) 2 , Fe(OH) 3 , 5/13/2013 8 Bảng: Hằng số phân li axit Axit Công thức K a Axit Công thức K a Hydroflouric HF 7.1×10 -4 Hydrocyanic HCN 4.9×10 -10 Formic HCOOH 1.7×10 -4 Carbonic H 2 CO 3 4.2×10 -7 4.8×10 -11 Lactic H 3 CCH(OH) COOH 1.4×10 -4 Phosphoric H 3 PO 4 7.5×10 -3 6.2×10 -8 4.8×10 -13 Benzoic C 6 H 5 COOH 6.5×10 -5 Oxalic H 2 C 2 O 4 6.5×10 -2 6.46×10 -5 Acetic H 3 CCOOH 1.8×10 -5 Hypochlorous HOCl 3.0×10 -8 5/13/2013 5 5/13/2013 9 HẰNG SỐ PHÂN LI CỦA NƯỚC  Sự phân li của nước;  Nồng độ của H 2 O là hằng số  Hằng số phân li của nước:  K w thay đổi theo nhiệt độ, ở 20 0 C K w = 6.809×10 -15 ; tại 30 0 C K w = 1.469×10 -14  pH = -log[H + ] ; pOH = -log[OH - ] (bỏ qua hệ số hoạt độ)  pH + pOH = 14 (K w = 1×10 -14 )  Với dung dịch trung hoà: pH = pOH =7 (tại 25 0 C)  Dung dịch axit: pH < 7; dung dịch kiềm: pH >7 tại 25 0 C 5/13/2013 10 Quan hệ giữa Ka và Kb Đối với axit HA: HA ⇌ H + + A - ][ ]].[[ HA AH Ka   Đối với bazơ A - (A - là bazơ liên hợp của axit HA) A - + H 2 O = HA + OH - ][ ]].[[    A OHHA Kb , ([H 2 O] nằm trong Kb) Tích số Ka.Kb sẽ là ][ ]].[[ HA AH  . ][ ]].[[   A OHHA = [H + ].[OH - ] = Kn = 1.10 -14 HẰNG SỐ PHÂN LY CỦA NƯỚC, KnHẰNG SỐ PHÂN LY CỦA NƯỚC, Kn QUAN HỆ GIỮA Ka VÀ Kb, THANG pHQUAN HỆ GIỮA Ka VÀ Kb, THANG pH 5/13/2013 6 5/13/2013 11 pH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠpH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠ * pH của dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh Dung dịch axít mạnh, bazơ mạnh phân ly hoàn toàn nên nồng độ H + (OH - ) chính là nồng độ của axít (bazơ) ban đầu. Axít mạnh HCl, trong nước phân ly hoàn toàn HCl = H + + Cl - Do axít phân ly hoàn toàn nên xem như H + = Ca pH = -log H + = -log Ca. Tương tự đối với bazơ mạnh BOH BOH = B + + OH - pOH = log [OH - ] = -log Cb 5/13/2013 12 Bài tập  Tính pH của dung dịch: a. HCl 10 -2 M b. HCl 10 -7 M c. NaOH 10 -3 M d. NaOH 10 -6 M 5/13/2013 7 5/13/2013 13 pH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠpH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠ * pH của dung dịch axit yếu, bazơ yếu pH của dung dịch axit yếu Một axit HA là axít yếu có nồng độ Ca và hằng số phân ly Ka HA = H + + A - C a - x x x → ][ ]].[[ HA AH Ka   = xCa xx  . Khi Ca≫x hay C/100  Ka, bỏ qua x cạnh Ca; Ka.Ca= x 2  [H + ] = CaKa .  pH = 1/2 pKa -1/2 logCa 5/13/2013 14 pH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠpH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠ c) pH của dung dịch bazơ yếu B + H 2 O = BH + + OH - C b – x x x ][ ]].[[ B OHBH Kb   = xCb xx  . Khi C b /100  K b --> bỏ qua x cạnh C b --> [OH - ] = CbKb. ; --> p[OH] = 1/2 pK b -1/2logC b --> pH = 14- 1/2 pK b + 1/2 logC b 5/13/2013 8 5/13/2013 15 pH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠpH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠ Ví dụ: Tính pH của dung dịch CH 3 COOH 10 -3 M, Ka = 1.10 -4,75 Giải: * Giả sử KaCa≫ Ka.[H + ] ta có: pH = 1/2pKa -1/2 logCa = 4,75/2 + 1,5 = 3,875 * Nếu giải phương trình bậc hai: ][ ]].[[ HA AH Ka   = xCa xx  . x 2 + Ka.x - Ka.Ca = 0  = 10 -9,5 + 4.10 -7,75  = 26,7.10 -5 x = 2 10.7,2610 575,4   x= 12,46.10 -5 --> pH = 3,9 5/13/2013 16 pH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠpH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠ * pH của dung dịch muối đơn axít yếu bazơ mạnh, đơn bazơ yếu axít mạnh - Muối của đơn axit yếu với bazơ mạnh + Muối của đơn axít yếu với bazơ mạnh là các bazơ (ví dụ: NaCH 3 COO, NaCN v.v.) + pH được tính theo công thức tính bazơ yếu - Muối của đơn bazơ yếu với axit mạnh + Muối của đơn bazơ yếu với axit mạnh là các axit (ví dụ: NH 4 Cl, v.v.) + pH được tính theo công thức tính axit yếu 5/13/2013 9 5/13/2013 17 pH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠpH CỦA CÁC DUNG DỊCH ĐƠN AXIT, ĐƠN BAZƠ * pH của dung dịch muối đơn axít yếu bazơ mạnh, đơn bazơ yếu axít mạnh Ví dụ: Tính pH của dung dịch CH 3 COONa 10 -1 M, Ka = 10 -4,75 . Giải: Trước hết phản ứng phân ly của muối (phân ly hoàn toàn) CH 3 COONa = CH 3 COO - + Na + CH 3 COO - + H 2 O = CH 3 COOH + OH - ][ ]].[[ 3 3    COOCH OHCOOHCH Kb K b = 10 -14 /10 -4,75 = 10 -9,25 Ta có: pOH = 9,25/2 + 0,5 = 5,125 ; --> pH = 8,875 5/13/2013 18 Bài tập  TÝnh pH dung dÞch HNO 2 0,120 M, K a = 7,1.10 –4  TÝnh pH cña dung dÞch HF 2,0.10 –4 M. K a = 6,7.10 –4 .  TÝnh pH dung dÞch NH 3 1,0.10 –3 M, K b = 1,75.10 –5  TÝnh pH dung dÞch NaNO 2 0,120 M.  TÝnh pH dung dÞch NH 4 Cl 1,0x10 -3 M 5/13/2013 10 5/13/2013 19 pH ca hn hp axit (baz) Hỗn hợp hai axit mạnh A 1 H và axit yếu A 2 H. A 1 H + H 2 O 1 A + H 3 O + A 2 H + H 2 O H 3 O + + 2 A A 1 H là axit mạnh nên: C 1 = [A 1 H] = [ 1 A ] A 2 H là axit yếu nên: C 2 = [A 2 H] + [ 2 A ] Dung dịch axit nên có thể bỏ qua nồng độ [OH ] Phương trình bảo toàn proton: [H 3 O + ] = [ 1 A ] + [ 2 A ] = C 1 + [ 2 A ] [ 2 A ] = [H 3 O + ] C 1 (1) [A 2 H] = C 1 + C 2 [H 3 O + ] (2) 5/13/2013 20 pH ca hn hp axit (baz) Hằng số phân li axit của A 2 H HA K 2 = ]HA[ ]A[]OH[ 2 23 (3) Thay các giá trị (1) và (2) vào (3) : HA K 2 = ]OH[CC ])C[]OH[(]OH[ 321 133 (4) Biến đổi phương trình (4): [H 3 O + ] 2 (C 1 HA K 2 ) [H 3 O + ] (C 1 + C 2 ) HA K 2 = 0 [H 3 O + ] = 2 4 222 21 2 11 HAHAHA K)CC()KC()KC( (5)