Điểm mới của đề tài Với đề tài này, ta có thể giải quyết các dạng bài toán khó về phức chất trong dung dịch một cách đơn giản thông qua phương pháp gần đúng mà kết quả sai khác không đán[r]
(1)1 Phần mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài Phức chất là phần tử (ion hay phân tử phối) có chứa nguyên tố trung tâm (thường là kim loại chuyển tiếp) liên kết với các phối tử (nguyên tử, nhóm nguyên tử ion) Nó đã và là đối tượng quan tâm nghiên cứu nhiều ngành khoa học khác nhau: hóa học, sinh học, y dược, môi trường… Trong công nghiệp hoá học, xúc tác phức chất đã làm thay đổi qui trình sản xuất nhiều hoá chất axetanđehit, axit axetic, và nhiều loại vật liệu polime Những hạt nano phức chất chùm kim loại nghiên cứu và sử dụng làm xúc tác cho ngành "hoá học xanh" cho các quá trình sản xuất không gây độc hại cho môi trường, tạo lập các vật liệu vô với tính ưu việt so với các vật liệu truyền thống Hiện hoá học phức chất phát triển rực rỡ và là nơi hội tụ thành tựu hoá lí, hoá phân tích, hoá học hữu cơ, hoá sinh, hoá dược… Những quá trình quan trọng sống như: quang hợp, vận chuyển oxi và cacbon đioxit thể, xúc tác enzim đã dần sáng tỏ nhờ xác định cấu trúc và vai trò các phức chất đại phân tử…Có thể nói việc nghiên cứu và học tập phức chất chương trình phổ thông chuyên nói chung và học sinh dư thi học sinh giỏi Quốc gia nói riêng là vô cùng quan trọng giúp cho các em bước đầu hiểu tầm ảnh hưởng phức chất đến phát triển hóa học Xuất phát từ vấn đề quan trọng trên tôi chọn đề tài: “Vận dụng phương pháp gần đúng để giải số dạng toán khó phức chất dung dịch” 1.2 Điểm đề tài Với đề tài này, ta có thể giải các dạng bài toán khó phức chất dung dịch cách đơn giản thông qua phương pháp gần đúng mà kết sai khác không đáng kể, cách lược bỏ các quá trình phụ các quá trình xảy với mức độ không đáng kể điều kiện bài toán và người ta thường chấp nhận nồng độ cân các cấu tử nồng độ ban đầu tương ứng chúng Trong đề tài tôi giải bài toán phức chất dung dịch có phương trình bậc cao khó giải theo các phương pháp khác Phần nội dung (2) 2.1 Thực trạng vấn đề mà đề tài cần giải Đối với giáo viên việc dạy phần phức chất dung dịch cho học sinh THPT Chuyên nói chung và học sinh dự thi học sinh giỏi Quốc gia nói riêng là vấn khó khăn, chí nhiều giáo viên không có kiến thức chuyên sâu phần này thì khó có thể truyền đạt cho học sinh thấu hiểu cách làm các bài toán khó phức chất Do đó với đề tài này các giáo viên có thể xem là tài liệu bổ ích để tham khảo và nghiên cứu đồng thời vận dụng dạy bồi dưỡng cho học sinh giỏi Đối với học sinh việc học phần này gặp khó khăn vì đây là phần kiến thức và khó, nhiều học sinh không thể giải các bài khó phức chất dung dịch, trước thực trạng đó, tôi mạnh dạn nghiên cứu đề tài này để phần nào giúp các em nghiên cứu và vận dụng để giải các bài toán khó phần này 2.2 Cơ sở lý thuyết 2.2.1 Định nghĩa Phức chất là loại hợp chất sinh loại ion đơn (thường là ion kim loại), gọi là ion trung tâm, liên kết với phân tử ion khác, gọi là phối tử Trong dung dịch, ion trung tâm, phối tử và phức chất có khả tồn riêng rẽ Ví dụ: Trong dung dịch nước, ion phức [Ag(NH 3)2]+ phân li phần thành cation Ag + và phân tử NH3: [Ag(NH3)2]+ Ag+ + 2NH3 Các sản phẩm phân ly là Ag+ và NH3 có nồng độ đủ lớn để có thể hoá hợp với ion S2- và ion H+ 2Ag+ + S2- ⇌ Ag2S ↓ (màu đen) NH3 + H+ ⇌ NH4+ Những chất như: FeSO4(NH4)2SO4.6H2O KAl(SO4)2.12H2O, có thành phần giống phức chất, song hòa tan vào nước, phân li hoàn toàn thành các ion đơn giản: FeSO4(NH4)2SO4.6H2O → Fe2+ + 2SO42- + 2NH4+ + 6H2O KAl(SO4)2.12H2O → K+ + Al3+ + 2SO42- + 12H2O (3) nên không phải là phức chất mà là muối kép Trong phức chất, số phối tử liên kết với ion trung tâm gọi là số phối trí Số phối trí cực đại thường là 2, 4, 6, như: [Ag(NH3)2]+, [Zn(NH3)4]2+, [FeF6]3-, Phức chất đơn nhân là phức chất có ion trung tâm Phức đa nhân là phức chất có nhiều ion trung tâm cùng loại [Fe 2(OH)2]4+, [Cu3(OH)4]2+, khác loại [(CN)5Co(CN)Fe(CN)5]6-, [(NH3)5CoBrCr(H2O)5]4+ Phức dị phối tử là phức chất có nhiều phối tử khác nhau, gồm có hai loại: + Phức đơn nhân dị phối tử: [Pt(NH3)2Cl2], [Co(NH3)3(NO2)3] + Phức đa nhân dị phối tử: [(NH3)5CrOHCr (NH3)5]5+, [(NH3)5CoNH2Co(NH3)5]5+ Phức đơn càng là phức chất mà phối tử chứa nguyên tử liên kết với ion trung tâm Phức đa càng là phức chất mà phối tử chứa nhiều nguyên tử liên kết với ion trung tâm Phức càng cua là phức đa càng mà phối tử tạo với ion trung tâm vòng kín: phức ion Ni2+ và dimetylglioxim: 2.2.2 Hằng số bền phức chất a) Hằng số bền nấc Đối với phức có số phối trí là thì tạo phức biểu diễn sau: M + L ML Đối với phức có số phối trí cao, tạo phức ion kim loại M n+ với phối tử Lm- biểu diễn theo sơ đồ sau (để đơn giản không ghi điện tích) M + L ML k1 ML + L ML2 k2 ML2 + L ML3 k3 k1, k2, k3, là các số bền nấc các phức chất tương ứng (4) Các giá trị ki cho biết độ bền phức và cho phép so sánh khả tạo phức nấc k1 = [ML3 ] [ML ] [ML] k3 = k2 = [ML ].[L] [M].[L] ; [ML].[L] ; b) Hằng số bền tổng cộng Có thể biểu diễn cân tạo phức qua số bền tổng cộng cách tổ hợp các cân nấc M + L ML β1 = k1 M + 2L ML2 β2 = k1.k2 M + 3L ML3 β3 = k1.k2.k3 Theo định luật tác dụng khối lượng ta có: β1 = [ML] [M].[L] ; β2 = [ML ] [M].[L]2 ; Hằng số không bền nấc và số không bền tổng cộng tương ứng với số bền nấc và số bền tổng cộng ML3 ML2 + L Kkb1 ML2 ML + L Kkb2 ML M + L Kkb3 Trong đó số không bền có giá trị là nghịch đảo số bền c) Hằng số bền điều kiện * Khái niệm: Những trường hợp mà phản ứng tạo phức xảy có các phản ứng phụ kèm: phản ứng axit-bazơ, phản ứng tạo phức hidroxo, phản ứng tạo thành hợp chất ít tan, … Các phản ứng này ảnh hưởng đến phản ứng tạo phức, đó người ta thay số bền số bền điều kiện, ký hiệu là β’ *Trường hợp tổng quát (5) Xét quá trình tạo phức chính M và L M + nL βn MLn Các quá trình phụ: M + iH2O * M(OH)i + iH+ βi (i=1- N) MLn + HO- MOHLn β OH MLn + H+ HMLn β H M MXj βj + jX Biểu thức: Hằng số bền điều kiện biểu diễn: Trong đó: β' = (j= 1-N’) [ML n ]' [M]' [L]'n = MLαn =1+β h H+β ML [ML n ] =MLn +HML n +MOHL n + OH ' K H2O = ML αn h ML n ' N N -i = M 1+β h + β [X]j =j M α i ' [M] =[M]+[MX]+[MX ]+[MOH]+ j=1 i=1 M h n +K a1 h n-1 + K a1 K a K a n-1 h+K a1 K a .K a n =[L] K a1 K a .K a n [L]' =[L]+[HL]+[HL ]+ β' =β Lúc đó: Trong đó: αML αM α L N' N αM =1+ β h -i + β [X] j i=1 i j=1 j h n +K a h n-1+ K a K a K a h+K a Ka .K a n 1 n-1 αL = K a K a .K a n = Lα L (6) αML =1+β H h +βOH K H O h (Để đơn giản, kí hiệu h thay cho [H+]) 2.3 Bài tập vận dụng: Tính nồng độ cân dung dịch phức Cần lưu ý: Khi tính toán nồng độ cân dung dịch phức thường phức tạp vì: - Sự tạo phức thường xảy nấc và đa số trường hợp các số cân nấc không chênh lệch nhiều - Luôn xảy các quá trình phụ như: tạo phức hidroxo ion trung tâm, proton hóa các phối tử bazơ yếu, …Ngoài còn có thể có các phản ứng phụ khác liên quan phản ứng oxi hóa – khử, tạo thành hợp chất ít tan, … Tuy nhiên việc tính toán nồng độ cân (gần đúng) các dung dịch phức trở nên đơn giản số trường hợp sau: Dạng Trường hợp nồng độ phối tử dư so với ion trung tâm và số bền phức phối trí cao lớn nhiều so với các phức phối trí thấp Đây là trường hợp thường gặp phân tích Ví dụ cần xác định lượng vết ion kim loại, người ta thường dùng dư thuốc thử để chuyển hoàn toàn ion kim loại thành phức, cần che hoàn toàn ion kim loại, Tùy trường hợp cụ thể có thể chấp nhận các điều kiện gần đúng: - Coi phức tạo thành có số phối trí cao ( vì CL >> CM) - Coi nồng độ cân phối tử nồng độ ban đầu ([L] ≈ CL) Ví dụ : Tính nồng độ cân dung dịch chứa: AgNO3 0,01M + NH3 1M Biết rằng: β1 =103,32 ; β =107,23 ; K NH3 =1,76.10-5 ; β AgOH =10 2,3 Phân tích: Đối với bài toán này: tính cân tạo phức dung dịch nồng độ phối tử dư so với ion trung tâm và các số bền tổng cộng các dạng phức chênh lệch (7) i i nhiều Các em cần phân biệt số bền nấc (k ) và số bền tổng cộng (β ), từ đó các i i i i em thấy mối liên hệ k và β và cách biểu diễn cân theo k và β Giải: Các quá trình xảy ra: + AgNO → Ag + Ag + NH Ag+ + 2NH3 Ag+ + H2O NH3 + + NO H2O 3 + C NH3 3,32 [AgNH ] β [Ag(NH3)2]+ β2 = 107,24 AgOH NH4+ + OH- = 10 β*AgOH + H+ Giải gần đúng: So sánh số cân các phản ứng bài = 10-11,7 Kb = 1,76.10-5 β*AgOH << Kb<< β1<< β2 và từ đầu >> CAg+ nên quá trình chủ yếu là: Ag+ + C 10 [] x 2NH3 [Ag(NH3)2]+ β2 = 107,24 0,98 2x 10 x Theo ĐLTDKL ta có: β2 = [Ag(NH ) 2+ ] 10-2 -x = =107,23 + 2 [Ag ].[NH ] (0,98+2x) x x 6,13.10 10 M Vậy nồng độ cân bằng: -10 [Ag + ] = 6,13.10-10 M ; [NH3 ] = 0,98 + 2x = 0,98 + 2.6,13.10 0,98M [AgNH3+ ] = β1.[Ag + ].[NH3 ] = 103,32 6,13.10-10 0,98 = 1,25.10-6 M (8) [Ag(NH ) +2 ] 10-2 (M); [AgOH] = 3.10-12 M Từ kết trên ta thấy việc giải gần đúng là phù hợp Dạng Trường hợp nồng độ phối tử lớn nhiều nồng độ ion trung tâm số bền các phức tạo thành xấp xỉ Ví dụ : Tính nồng độ cân dung dịch Cd(NO3)2 0,01M và HCl 1M Biết số bền phức Cd2+ với Cl- là: β1 = 101,95; β2 = 102,49; β3 = 102,34; β4 = 101,64 và * CdOH = 10-7,92 Phân tích: Đối với bài toán này: nồng độ phối tử dư so với ion trung tâm: CCl- = 1M C Cd 2+ = 0,01M , các số bền tổng cộng các dạng phức lại không khác nhiều: β1 = 101,95 ≈ β2 = 102,49≈ β3 = 102,34≈β4 = 101,64, đó trường hợp này không có phức này chiếm ưu Vì để tính cân này chung ta để ý vào phối tử Cl - dư, đó chấp nhận [Cl-] = CCl- để tính gần đúng theo ĐLBTNĐĐ Giải: Các quá trình xảy ra: Cd(NO3)2 → Cd2+ + 2NO3H+ + Cl- HCl → Cd2+ + Cl- CdCl+ β1 = 101,95 Cd2+ + 2Cl- CdCl2 β2 = 102,49 Cd2+ + Cl- CdCl3- β3 = 102,34 Cd2+ + Cd 2+ + 4Cl- CdCl42- H2O + CdOH β4 = 101,64 + H + β*CdOH + = 10-7,92 Đánh giá tạo phức hiđroxo: Cd2+ + H2O CdOH+ + H+ β*CdOH+ = 10-7,92 0,01 0,01 – x x → x/(0,01 – x) = 10-7,92 → x = 10-9,22 << 0,01 → bỏ qua tạo phức hidroxo (9) Vì các giá trị β xấp xỉ nên không thể bỏ qua cân nào Áp dụng định luật bảo toàn nồng độ đầu ta có: CCd2+ = [Cd 2+ ] +[CdCl+ ] +[CdCl2 ] +[CdCl-3 ] +[CdCl42- ] = [Cd 2+ ].(1+β 1[Cl -] + β 2[Cl -] + β 3[Cl -] + β 4[Cl -] 4) [Cd 2+ ] = Tương tự: CCd2+ 1+β 1[Cl -] + β 2[Cl -] + β 3[Cl -] + β 4[Cl -] (1) CCl = [Cl ] +[CdCl + ] + 2[CdCl ] + 3[CdCl3- ] + 4[CdCl 42- ] [Cl ] = CCl [Cd 2+ ].(1+β 1[Cl -] + 2β 2[Cl -] + 3β 3[Cl -] + 4β 4[Cl -] ) (2) − Giải gần đúng: Vì CCd2+ << CCl- nên coi sau tạo phức [Cl ]=C Cl và thay vào (1) để − tính [Cd2+]1 Sau đó sử dụng giá trị − [Cl ]=C Cl và [Cd2+] vừa tính để tính [Cl -]1 chính − xác Đây là dạng tập trung khá nhiều thời gian nên cần tính gần đúng lần là cho kết 2+ -5 Giải [Cd ] = 1,23.10 M Vậy nồng độ cân bằng: [Cd 2+ ]=1,23.10-5 M [Cl- ] 1M [CdCl+ ] = β1.[Cd 2+ ].[Cl- ] = 101,95 1,23.10-5 = 1,38.10-3 M [CdCl2 ] = β [Cd 2+ ].[Cl- ]2 = 102,49 1,23.10-5 12 = 4,9.10-3 M [CdCl3- ] = β [Cd 2+ ].[Cl- ]3 = 102,34 1,23.10-5 13 = 3,1.10-3 M [CdCl2-4 ] = β [Cd 2+ ].[Cl- ]4 = 101,64 1,23.10-5 14 = 6,2.10-4 M Dạng Trường hợp nồng độ ion trung tâm dư so với phối tử Trường hợp này thường gặp các thí nghiệm nhận biết các ion kim loại, cần cho lượng ít thuốc thử để tạo phản ứng với kim loại nghiên cứu gây tín hiệu đủ rõ để phát Ở đây có thể chấp nhận các phối tử đã tham gia tạo phức hết với ion trung tâm để tạo thành phức có số phối trí thấp (10) Ví dụ: Tính nồng độ cân dung dịch chứa: Fe(ClO4)3 0,1M và KSCN 0,01M môi trường có pH = Cho biết: số bền nấc phức Fe3+ với SCN- là: k1 =103,03 ; k =101,94 ; k =101,4 ; k =100,8 ; k =10 0,02 ; β FeOH2+ =1011,87 Phân tích: Đặc điểm bài toán này là nồng độ ion trung tâm dư so với nồng độ phối tử, k >> k k … k nên có thể dự đoán phức tạo thành với số phối tử thấp (k ) chiếm 3+ ưu Mặt khác môi trường axit (pH=0) nên có thể bỏ qua tạo phức hidroxo Fe Do đó giải bài này ta giải gần đúng và để khẳng định cách giải gần đúng trên là hợp lí, chúng ta cần tính nồng độ các phức chất theo công thức: [Fe( SCN )i(3 i ) ]= i [Fe3 ].[SCN ]i , để từ đó so sánh [Fe( SCN ) 2 ] [Fe(SCN)3 ] [Fe(SCN) -4 ] [Fe(SCN)52- ] Giải: Các quá trình xảy dung dịch: Fe3+ FeSCN2+ k1 = 103,03 FeSCN2+ + SCN- Fe(SCN)2+ k = 101,94 Fe(SCN)2+ + SCN- Fe(SCN)3 k3 = 101,4 Fe(SCN)3- + SCN- Fe(SCN)4- k = 100,8 Fe(SCN)4- + SCN- Fe(SCN)52- k = 100,02 + Fe3+ + H2O SCN- FeOH+ + H+ * FeOH 2 = 10-2,13 Trong môi trường axit (pH = 0) thì tạo phức hidroxo xảy không đáng kể vì Fe3+ + H2O 0,1 –x FeOH2+ + H+ x * FeOH 2 = 10-2,13 (11) * FeOH = x/(0,1 – x) = 10-2,13 → x = 10-3,3 << 0,1 Giải gần đúng: Vì CFe3+ >> CSCN- và k >> k k 3… k nên có thể coi phức tạo thành chủ yếu là phức có số phối trí Xét cân bằng: Fe3+ C [] SCN- + 0,1 0,01 0,09 - 0,09 + x x FeSCN2+ k =β1 = 103,03 0,01 0,01- x Ta có: x (0,09 + x) /((0,01 - x)) = 10- 3,03 →x= 1,04.10-4 M (thỏa mãn) Vậy nồng độ cân bằng: [SCN - ]=1,04.10-4 M [Fe3+ ]=0,09+x = 0,09 + 1,04.10-4 0,09M [FeSCN 2+ ]=0,01-x 0,01M [Fe( SCN ) 2 ]= [Fe3 ].[SCN ]2 10 4,97.0, 09.(1, 04.10 ) 9, 08.10 M [Fe(SCN)3 ]=β [Fe3+ ].[SCN - ]3 =106,37 0,09.(1,04.10-4 )3 =2,37.10-7 M [Fe(SCN)-4 ]=β [Fe3+ ].[SCN - ]4 =107,17 0,09.(1,04.10 -4 ) =1,6.10-10 M [Fe(SCN)52- ]=β [Fe3+ ].[SCN - ]5 =107,19 0,09.(1,04.10-4 ) =1,7.10-14 M Với kết trên, cho thấy cách giải gần đúng là phù hợp Dạng Tính cân theo số bền điều kiện Ví dụ: Tính nồng độ cân các cấu tử dung dịch Mg2+ 10-2M và EDTA 2.10-2M pH =11 Biết: β MgY2- =109,12 ;β MgOH+ =10 2,6 -2 -3 -7 -11 Axit H Ycó K1 =10 ;K =2,14×10 ;K =2,14×10 ;K =1,12×10 (12) Phân tích: Đặc điểm bài toán này là tính nồng độ cân các cấu tử dựa vào số cân điều kiện, nên cần nắm vững nào là số cân điều kiện, từ đó dựa vào định luật bảo toàn nồng độ ban đầu và định luật tác dụng khối lượng Giải:Ta có: Mg2+ + Y4- MgY2- βMgY2- = 109,12 Mg2+ + OH- MgOH+ βMgOH+ = 102,6 Y4- + H+ HY3- Ka4-1 HY3- + H+ H2Y2- Ka3-1 H2Y2- + H+ H3Y- Ka2-1 H3 Y- H4Y Ka1-1 + H+ H+ + OH- H2 O β 'MgY2- = Tacó: Gọi có: [MgY 2- ] [Mg 2+ ]' [Y 4- ]' (1) [Mg 2 ]' là tổng nồng độ cân các dạng tồn Mg2+, trừ dạng phức MgY2-, lúc đó ta [Mg 2+ ]' =[Mg 2+ ]+[MgOH + ]=[Mg 2+ ].(1+β MgOH + [OH- ])=[Mg 2+ ].α Mg2+ 4 ' Gọi [Y ] là tổng nồng độ cân các dạng tồn EDTA, trừ dạng phức MgY 2-, tức là: [Y4-]’ = [Y4-] + [HY3-] + [H2Y2-] + [H3Y-] + [H4Y] [H + ][Y 4- ] [H + ]2 [Y 4- ] [H + ]3[Y 4- ] [H + ]4 [Y 4- ] + + + K4 K 3K K K 3K K1K K 3K = [Y4-] + 1 = [Y4-]( [H + ] [H + ]2 [H + ]3 [H + ]4 + + + K K K K K K K1.K K K ) = [Y4-].α 4Y β 'MgY2- = β MgY 2[MgY 2- ] = 2+ 4[Mg ].α Mg 2+ [Y ].α Y4- α Mg 2+ α Y4- Thay vào (1) ta có: Mg 2 1 102,6.10 1, α Y4- =1+ [H + ] [H + ]2 [H + ]3 [H + ]4 [H + ] + + + »1+ =1,89 K K K K K3 K K K K K1 K4 (13) β ' MgY 2- β MgY 2- = α Mg2+ α Y4- 109,12 = =108,7 1,4.1,89 Áp dụng định luật bảo toàn nồng độ đầu ta có: CMg2+ =[Mg 2+ ]' +[MgY 2- ] CY4- =[Y 4- ]' +[MgY 2- ] CY4- -C Mg 2+ =[Y 4- ]' -[Mg 2+ ]' Vì CY4- > CMg2+ nên [Y 4- ]' CY4- -CMg 2+ =2.10-2 -10-2 =10-2 M [Mg 2+ ]' = [Mg 2+ ]= [MgY 2- ] 10-2 = =10-8,7 M β 'MgY2- [Y 4- ]' 108,7 10-2 [Mg 2+ ]' 10-8,7 = =1,43.10-9 M α Mg 2+ 1,4 [Y 4- ]' 10-2 [Y ]= = =5,3.10-3M α Y4- 1,89 4- [MgOH + ]=β MgOH + [Mg 2+ ].[OH - ]=10 2,6 1,45.10-9 10-3 =5,77.10-10 M [HY 3- ]= [H 3Y - ]= [H Y]= [H + ].[Y 4- ] 10-11.5,3.10-3 = =4,73.10-3M K4 1,12×10-11 [H + ]3 [Y 4- ] 10-33 5,3.10-3 = =1,03.10-15 M K K K 1,12×2,14×2,14×10-21 [H + ]4 [Y 4- ] 10-44 5,3.10-3 = =1,03.10-24 M -23 K K K K1 1,12×2,14×2,14×10 Lưu ý: Đây là dạng toán và khá phức tạp học sinh chuyên Vì toán dạng này thường sử dụng để bồi dưỡng học sinh dự thi học sinh giỏi quốc gia Dạng Sự hình thành phức chất có thể có ảnh hưởng lớn đến độ tan Ví dụ: Ag(NH3)2+ là phức chất gồm Ag+ là ion trung tâm và phân tử NH3 là các phối tử Độ tan AgCl nước là 1.3 10-5M Tích số tan AgCl là 1.7 10-10 (14) Hằng số bền phức chất Ag(NH3)2+ (β2) có giá trị là 1.5 107 Chứng minh độ tan AgCl dd NH3 1.0M lớn nước Phân tích: cần vận dụng lí thuyết cân phức ảnh hưởng đến độ tan hợp chất ít tan Sử dụng cách giải gần đúng để áp dụng cho bài toán này (bỏ số cân phụ và coi nồng độ NH3 lúc cân bằng nồng độ ban đầu Giải : Vì tích số tan AgCl nhỏ nên nồng độ Ag + dung dịch nhỏ Nồng độ [NH3] >> [OH-] và phức amoniac bền nhiều so với phức hiđroxo Do đó có thể xem phức hiđroxo Ag+ dung dịch là không đáng kể Và có thể xem quá trình tạo phức amoniac chủ yếu là tạo phức có số phối trí Các cân chủ yếu dung dịch : Ag+ AgCl Ag+ + 2NH3 + Cl- Ksp Ag(NH3)2+ β2 Để đánh giá độ tan AgCl ta dựa vào tích số tan điều kiện K’sp +¿ K’sp = Ksp Vì C( NH +¿ Ag α¿ ) với +¿ >> C ( Ag ¿ Ag + ¿ = 1+ 1.5 α¿ K’sp = 1.7 10-10 107 1.5 Ag α¿ ) = 1+ β2 [NH3]2 nên coi: [NH3] = C( NH 12 = 1.5 10-3 Ag(NH3)2+ + Cl- S S ' sp √ K =√ 55 ×10 = 1.0 M 107 107 = 2.55 AgCl + 2NH3 K’sp = S2 S = ) −3 K’sp S = 0.05 M >> 1.3 10-5 M Như ảnh hưởng quá trình tạo phức Ag(NH3)2+ nên độ tan AgCl dung dịch NH3 lớn nhiều so với nước Chú ý: Sự tạo thành hợp chất ít tan và tạo phức với phối tử lạ làm cho nồng độ các phần tử tham gia tạo phức giảm Do đó, khả tạo phức giảm (15) Ảnh hưởng pH đến phản ứng tạo phức có chiều ngược Vì tiến hành phản ứng tạo phức thì phải nghiên cứu khoảng pH tối ưu 2.4 Khảo sát tình hình thực tế: Ví dụ: Tính nồng độ cân dung dịch Fe(ClO4)3 0,01M và NaF 1,0M Cho lgβi = 5,28 ; 9,30; 12,06; pKHF = 3,17 Giải: Fe3+ Fe(ClO4)3 → + 3ClO4- 0,01 NaF → F- + Na+ 1,0 Vì CF- = 1,0M >> CFe3+ = 0,01M và β3 >> β2 >> β1 đó hệ tạo phức có số phối trí cực đại là chính: Fe3+ + 3F- C0 0,01 1,0 C _ 0,97 β3 = 10 12,06 FeF3 0,01 Các quá trình phụ: Quá trình tạo phức hiđroxo không đáng kể Xét cân proton hóa FF- + C 0,97 [] 0,97 - x H2O HF + OH- x Ta có: x2 /(0,97 –x) = 10-10,83 → [OH-] = [HF] = x = 3,79.10-6M Do đó quá trình này không đáng kể x Kb = 10-10,83 (16) Nên hệ có cân chính: FeF2+ FeF3 C 0,01 [] 0,01 – y + F- β2 β3-1 = 10-2,76 0,97 y 0,97 + y Ta có: (0,97 + y).y/ (0,01 – y) = 10-2,76 → y = [FeF2+] = 1,79.10-5M [FeF3] = 0,01 - y = 9,98.10-3M; [F-] = 0,97M [HF] = 3,79.10-6M [Fe3+] = 9,52.10-15M; [FeF2+] = 1,76.10-9 M * Tình hình học sinh làm các dạng toán này trước chưa nghiên cứu phương pháp giải gần đúng các bài toán phức chất dung dịch: Nhận thấy: Hầu hết học sinh lớp Chuyên hóa giải bài toán này sau: + Thời gian làm bài: nhiều học sinh không đạt yêu cầu + Nhiều học sinh bế tắc làm các dạng bài tập trên vì phải xây dưng và giải phương trình bậc cao phức tập: Kết quả: trên 70% học sinh không làm bài Số học sinh làm bài đúng 3/35 em * Tinh hình học sinh làm các dạng toán này sau chưa nghiên cứu phương pháp giải gần đúng: Nhận thấy: Đa số học sinh làm bài có hiệu và đúng gian quy định và kết đúng, dễ làm bài, không giải phương trình bậc cao Kết khảo sát: Có 25/35 em đạt điểm từ trở lên (trong đó có em đạt điểm từ trở lên) Còn 10/35 em đạt điểm (17) Như vậy, qua hai lần khảo sát thực trạng học sinh làm bài, thân nhận thấy phương pháp giải gần đúng bài toán phức chất dung dịch, học sinh dễ vận dụng vào giải các bài toán khó dễ dàng Phần kết luận 3.1 Ý nghĩa, phạm vi áp dụng Qua đề tài sáng kiến kinh nghiệm này, tôi đã xây dựng sở lý thuyết phương pháp giải gần đúng áp dụng vào việc giải các bài toán khó phức chất dung dịch, đó các phương pháp thông thường không thể giải Tuy nhiên, đề tài này có thể mở rộng và sâu vào số dạng toán khác khó Với đề tài này, giáo viên có thể dùng để làm tài liệu cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi tỉnh và Quốc gia phần hóa phân tích Đối với học sinh, việc vận dụng phương pháp này giúp cho các em giải các bài toán phức chất có phương trình toán học bậc cao và phức tạp Phương pháp này có thể dùng để giải dạng toán phức tạp khác 3.2 Những kiến nghị, đề xuất Nếu hội đồng khoa học chấp nhận đề tài này, tôi mong muốn phổ biến cho các em học sinh Chuyên Hóa tham khảo, xem đây là tài liệu đáng tinh cậy để các êm vận dụng giải toán khó axit bazơ Các đồng nghiệp có thể tham khảo đề tài này đồng thời mở rộng phương pháp này cho các dạng toán khác (18) Nhận xét, đánh giá TTCM – Tổ Hóa- Trường THPT Chuyên Quảng Bình …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …… Nhận xét, đánh giá HĐCM trường THPT Chuyên Quảng Bình …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …… Nhận xét, đánh giá HĐCM Sở GD&ĐT Quảng Bình …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… (19) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Nguyễn Tinh Dung, Hóa Học Phân tích, Phần III, Các phương pháp phân tích định lượng hóa học, NXBGD, Hà Nội, 1981 2- Phan Bá Ngân, Giáo trình Hóa Học Phức Chất, ĐH Đà Lạt, 2002 3- Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải,Bài Tập Hóa Học Đại Cương, NXB ĐHQG Hà Nội, 2004 4- Lê Chí Kiên, Các phương pháp nghiên cứu phức chất, hỗn hợp phức chất,NXB Đại Học Quốc gia Hà Nội,2006 (20)