HẰNG số đặc TRƯNG của các cân BẰNG hóa học đơn GIẢN TRONG nước (hóa PHÂN TÍCH SLIDE CHƯƠNG 3 bản THU gọn)

CHƯƠNG HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐƠN GIẢN TRONG NƯỚC NỘI DUNG CHƯƠNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA HẰNG CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐƠN GIẢN TRONG NƯỚC 3.1 Cân trao đổi điện tử 3.2 Cân trao đổi tiểu phân 3.3 Ứng dụng: Xét tính định lượng CBHH; Tính pH dung dịch acid; dung dịch base; dung dịch muối Chương 3.1 CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ – Bán cân – Cân trao đổi điện tử: * HS cân – chiều phản ứng * Thế tương đương Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ BCB trao đổi điện tử: Ox + ne - ⇄ Kh Ox/Kh Khi diện nước với hoạt độ (Ox) (Kh), dung dịch E (PT Nernst): RT (Ox) E=E + ln nF ( Kh) R = 8,3144 J / mol 0K ; T = 298,16 0K ; F = 96.493 Cb/ mol; n = số điện tử trao đổi Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ Thay giá trị tương ứng vào PT Nerst chuyển từ ln sang log: 0,059 [Ox] E=E + lg n [ Kh] Eo : oxy hóa chuẩn cặp Ox/Kh, HS đặc trưng cho khả oxy hóa hay khử đơi oxy hóa/ khử liên hợp (ở 25oC, atm) Trong biểu thức tính E: (ar) = 1; pkhi = atm [H2O] = Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG Trộn đôi Ox1/Kh1 (n1e ; Eo1) Ox2/Kh2 (n2e ; Eo2): Ox1/Kh1 Ox2/Kh2 n2Ox1 + n1Kh2 (1) (2) n1Ox2 + n2Kh1 Định luật tác dụng khối lượng: [Ox ] n1 [ Kh1 ] n K (1) = = n2 n1 K (2) [Ox1 ] [ Kh2 ] Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG [Ox ] n1 [ Kh1 ] n K (1) = = [Ox1 ] n [ Kh2 ] n1 K (2) DD chứa lúc đôi Ox1/Kh1 Ox2/Kh2 TT cân có Ecb = E1 = E2 : ⇔ 0,059 [Ox2 ] 0,059 [Ox1 ] = E2 = E2 + lg E1 = E + lg n2 [ Kh2 ] n1 [ Kh1 ] Nhân vế với n1n2, chuyển vế thu gọn: n1 n2 (E 1o − E o2 ) [Ox2 ]n1 [Kh1 ]n2 = lg [Kh ] [Ox ]n2 n1 0,059 K (1) = 10 = lgK(1) n1n2 ( E1o − E 2o ) , 059 (n1n2: bội số chung nhỏ n1 n2) Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG Nhận xét: K (1) = 10 n1n2 ( E1o − E2o ) , 059 1) Nếu E01 – E02 > : lgK(1) > ⇒ K(1) > : Phản ứng theo chiều (1) hay Ox1 có tính oxy hóa mạnh Ox2 ngược lại 2) E01−E02 >> ⇒ K(1) >> 1: trị số Eo lớn, khả oxy hóa dạng Ox mạnh, tính khử dạng khử yếu 3) Trộn đôi oxy hóa khử với nhau: đơi có Eo lớn dạng oxy hóa đơi oxy hóa dạng khử đơi cịn lại Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ HS CÂN BẰNG – DỰ ĐỐN CHIỀU PHẢN ỨNG Ví dụ Eo(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V ; Eo(Sn4+/Sn2+) = 0,15 V Trộn đôi với nhau, phản ứng xảy theo Fe3+ + Sn2+ → Fe2+ + Sn4+ Tuy nhiên, dự đoán chiều phản ứng dựa vào Eo xác hệ phản ứng khơng có cấu tử khác tham gia vào phản ứng Khi có tham gia cấu tử khác, dự đốn sai K thay đổi Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DUNG DịCH Thế tương đương Etđ: dd (cân bằng) điểm tương đương (thời điểm tác chất tác dụng vừa đủ với theo số đương lượng nhau) Dung dịch chứa đôi Ox1/ Kh1 Ox2/ Kh2 n2Ox1 + n1Kh2 (1) Ox2 + n2Kh1 (2) Tại điểm tương đương, số đương lượng tác chất số đương lượng sản phẩm nhau: n1 [Ox1 ] = n2 [Kh ] [Ox1 ] n2 [Ox2 ] n1 = vaø = ⇒ n1 [Kh1 ] = n2 [Ox2 ] [Kh ] n1 [Kh1 ] n2 Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB TỔNG QUÁT Theo lúc nhiều nấc Giả sử theo nấc: Hằng số bền tổng cộng β1,2 số phân li tổng cộng k1,2: β1,2 A + 2p ⇄ D2 k1,2 β1, [ D2 ] = = k1, [ A][ p ] Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN Mối tương quan HSB nấc HSB tổng cộng: β1.β = [ D1 ] [ D2 ] [ D2 ] × = = β1, 2 [ A][ p] [ D1 ][ p] [ A][ p] Tổng quát, nấc thứ i: β1,i = β1.β β i = k n kn −1 ki ' [Di ] = β1,i [A ] [ p ]i Với i + i ‘ = n + Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ BCB TẠO PHỨC A + p β ⇄ k D (phức) BCB ACID – BASE (1 A – + H+ )⇄ HA (2) HA acid , A – base ; Đôi HA / A- : đôi acid – base liên hợp Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ BCB ACID – BASE A- + H+ (1) ⇄ HA (2) HS phân li acid Theo chiều (1) : βHA Theo chiều (2) : số phân li acid k HA = k acid = ka = k A / B [ H + ][ A− ] = [ HA] Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ (1) A + H2O ⇄ HA + OH– HS phân li base (2) Theo chiều (1): số phân li base - k A − = kbaz [ HA][OH − ] = kb = [ A− ][ H 2O] Theo chiều(2) : số bền βALiên hệ kHA kA[ H + ][ A− ] [ HA][OH − ] k HA k A− = × − = k H 2O = 10 −14 (250 C ] [ HA] [ A ][ H 2O] Acid mạnh base liên hợp yếu Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ BCB TẠO TỦA QT tạo tủa biểu diễn đầy đủ phải bao gồm bán cân liên tiếp (tạo phức tạo tủa) với số bền βD βD↓: βD A + np ⇄ Với βD = [ D] [ A][ p ] n βD ↓ D ⇄ D↓ ⇒ β D β D↓ β D↓ = [ D] = TST Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ BCB TẠO TỦA Độ tan S: tổng nồng độ D chuyển vào DD: S = [ D ] + [ A ] ≈ [A] ( [D] không đáng kể) Trong trường hợp D không tồn dạng phức, tính trực tiếp độ tan S từ tích số tan TST AmBn ⇄ mAn+ + nBm− TAmBn = [An+]m.[Bm−]n = (ms)m.(ns)n =mm.nn.Sm+n S = m+n TAmBn m m n n Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG A + p ⇄ D1 + p ⇄ D2 + p … ⇄ Dn Biết nồng độ ban đầu A (kí hiệu CA hay [A]0), nồng độ cân [p] HSB tương ứng nấc Nồng độ A lại ([A]) sản phẩm [Di] sinh ra)? bảo [A]0 = [A] + [DPT ]+[D ] +toàn … +khối [Dn ]lượng: Thay [Di ] = β1, i [A] [p]i vào PT trên: [A]0 = [A]+ β1,1[A] [p]1 + β1,2 [A][p]2 + …+ β1,n [A][p]n [A] = [A] {1 + β1,1 [p]1 + β1,2 [p]2 + … + β1,n[p]n} Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG n [A]0 = [A] { + ∑ i =1 β 1,i [ p ]i } = [A] α A[p] α A{p] : hệ số điều kiện A có p ⇒ [ A] = [ A]0 = α A( p ) [ A]0 n + ∑ β1,i [ p ]i i =1 [ Di ] = [ A]β1,i [ p] = i [ A]0 β1,i [ p]i n + ∑ β1,i [ p ]i i =1 Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG Ví dụ: Thiết lập biểu thức xác định hệ số điều kiện α Y(H+) theo [H+] , biết H4Y (acid Etylen Diamin Tetra Acetic) có k1 = 10 – 1,99 ; k2 = 10 – 2,67 ; k3=10 – 6,27; k4=10 – 10,95 Các cân cho – nhận tiểu phân H+ Y4- sau: β1 β3 – 2– Y4 – + H+ ⇄ HY H + H+ ⇄ H3Y – 2Y k2 k4 HY 3– + H + β2 k3 ⇄ H2Y H3Y – 2– β4 + H+ ⇄ k1 H4Y Chương BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG β1,1 = β1 = 1/k4 = 10 10,95 β1,2 = 1/ k3.k4 = 1017,22 β1,3 = 1/k2.k3.k4 = 10 19,89 β1,4 = 1/ k1 k2 k3.k4 = 10 21,89 α Y(H+) = + β1,1 [H+] + β1,2 [H+]2 + β1,3 [H+]3 + β1, [H+]4 =1+1010,95[H+]+1017,22[H+]2+1019,89[H+]3+10 21,89[H+]4 Muốn tính giá trị α Y(H+) theo pH, thay nồng độ H+ tương ứng giá trị pH từ đến 14 vào biểu thức αY(H+) Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HẰNG SỐ CÂN BẰNG CB trao đổi tiểu phân trình cho–nhận tiểu phân p hai đôi cho-nhận tiểu phân Xét hai đôi cho-nhận tiểu phân D1 / A1 ( A1 + n1p ⇄ D1 ) với D2 / A2 ( A2 + n2p ⇄ D2 ) với Trộn đôi với nhau: n2A1 + n1D2 ⇄ n2D1 + n1A2 β D1 = β D2 = [ D1 ] [ A1 ][ p ]n1 [ D2 ] [ A2 ][ p ]n (a) [ D1 ]n [ A2 ]n1 [ p]n1n ( β D1 ) n K (1) = x n1n = n2 n1 [ A1 ] [ D2 ] [ p] ( β D ) n1 Nếu (β D1)n2 > (β D2)n1 : Cân xảy ưu tiên theo chiều (1) Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN CÁCH BIỂU DIỄN VÀ TÍNH TỐN ĐỐI VỚI CÁC CB TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN TRONG THỰC TẾ Để đơn giản hóa, CB trao đổi tiểu phân thường đưa bán cân (BCB) với HSĐT tương ứng; Các cấu tử lại ngồi BCB nói xem cấu tử gây nhiễu – (chương 4) Ví dụ: Với phản ứng FeCl3 H4Y, xem cân cân xảy Fe3+ Y4 – : Fe3+ + Y4 – ⇄ FeY – (HS bền βFeY theo chiều 1) Cl-, H+ xem cấu tử gây nhiễu lên cân Chương 3.3 ỨNG DỤNG – Xét tính định lượng CB hóa học – Tính pH dung dịch: *PT tính pH dung dịch acid * PT tính pH dung dịch base *PT PT tính pH dung dịch acid base liên hợp *Một số cơng thức tính pH đơn giản hóa Chương XÉT TÍNH ĐỊNH LƯỢNG CỦA MỘT CÂN BẰNG HÓA HỌC Chọn thuốc thử C để định lượng cấu tử X, cân xảy C X có tính định lượng (hồn tồn) khi: 1) K ≥ 10 – 108 (K HSCB K, β ….) 2) [X]CL ≤ 10 – M Chương ...NỘI DUNG CHƯƠNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA HẰNG CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐƠN GIẢN TRONG NƯỚC 3. 1 Cân trao đổi điện tử 3. 2 Cân trao đổi tiểu phân 3. 3 Ứng dụng: Xét tính định lượng CBHH;... D2)n1 : Cân xảy ưu tiên theo chiều (1) Chương CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN CÁCH BIỂU DIỄN VÀ TÍNH TỐN ĐỐI VỚI CÁC CB TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN TRONG THỰC TẾ Để đơn giản hóa, CB trao đổi tiểu phân thường... 2,67 ; k3=10 – 6,27; k4=10 – 10,95 Các cân cho – nhận tiểu phân H+ Y4- sau: β1 ? ?3 – 2– Y4 – + H+ ⇄ HY H + H+ ⇄ H3Y – 2Y k2 k4 HY 3? ?? + H + β2 k3 ⇄ H2Y H3Y – 2– β4 + H+ ⇄ k1 H4Y Chương BÁN CÂN BẰNG