CHUYÊN đề 1 Cân BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT điện LI

CHÁT ĐIỆN LI, SỰ ĐIỆN LI Khi hoà tan các chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hoá trị vào trong dung môi phân cực nước,rượu thì do sự tương tác với các phân tử lưỡng cực của dung môi

Chuyên đề

A LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO

I CHÁT ĐIỆN LI, SỰ ĐIỆN LI

Khi hoà tan các chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hoá trị vào trong dung môi phân cực (nước,rượu) thì do sự tương tác với các phân tử lưỡng cực của dung môi mà các phân tử chất tan sẽ phân li hoàntoàn hoặc một phần thành các ion mang điện trái dấu tồn tại dưới dạng ion son vat hoá

Các chất có khả năng phân li thành ion được gọi là các chất điện li

Quá trình phân li các ion của phân tử chất tan gọi là quá trình điện li

Ví dụ: Hoà tan chất điện li MX vào nước:

M ,X :n  n  là các ion hiđrat hoá

Mức độ phân li thành con của các chất điện li phụ thuộc vào bản chất của các chất, dung môi, nhiệt độ,

Ví dụ: Trong H O thì 2 CH COOH là chất điện li trung bình nhưng trong dung dịch 3 HCl thì nó là chấtđiện li rất yếu

II BIỆU DIỆN TRẠNG THÁI CÁC CHÁT ĐIỆN LI TRONG DUNG DỊCH

Trong dung dịch nước, các chất điện li mạnh phân li hoàn toàn thành ion (biểu diễn:  ); các chất điện

li yếu phân li một phần biểu diễn:   )

Các chất điện li mạnh: các axit mạnh, các bazơ mạnh và hầu hết các muối Trạng thái ban đầu: chỉtrạng thái các chất trước khi xảy ra phản ứng hóa học, hoặc trước khi có cân bằng

Trạng thái cân bằng chỉ trạng thái tồn tại của các chất khi hệ dã thiết lập cân bằng

Ví dụ: Mô tà trạng thái ban đầu và trạng thái cân bằng trong dung dịch nước của CH COOH và3NaOH cùng nồng độ

III ĐỘ ĐIỆN LI VÀ HÀNG SỐ ĐIỆN LI

Độ diện li () là tỉ số giữa số mol của chất đã phân li thành ion với tổng số mol n của chất tan trong0dung dịch

Hằng số điện li: Đối với chất điện li yếu MX:

Độ điện li phụ thuộc vào hằng số cân bằng Kc và nồng độ chất điện li

Ví dụ 1: Tính độ điện li  của CH COOH trong dung dịch 3 CH COOH 0,0100M Sự có mặt của các3chất sau đây ảnh hưởng thế nào đến độ điện li của CH COOH 3

K C K C thì lượng H sinh ra do  2 không đáng kể so với lượng H sinh

ra do  1 Tức là  2 không ảnh hưởng đến  1   không thay đổi

- Nếu   

4 4 CH COOH 3

NH NH

K C K C thì phải kể cả lượng H do  2 sinh ra

Do đó [H ] tăng   1 chuyển dịch theo chiều nghịch   giảm

Ví dụ 2: Một dung dịch cĩ chứa CH COOH 0,002M và 3 C H COOH xM Hãy xác2 5

định giá trị x để trong dung dịch này cĩ độ điện li của axit axetic là0,08 Cho biết

5 5

Nếu K rất lớn thì phản ứng coi như xảy ra hồn tồn

Nếu K vơ cùng bé thì coi như phản ứng khơng xảy ra

2 Các trường hợp khơng cĩ phản ứng xảy ra.

Khi các sản phẩm tạo thành là các chất điện li mạnh thì phản ứng khơng xảy ra vì các sản phẩm kếthợp sẽ phân li hồn tồn trở lại thành các ion ban đầu

Ví dụ: NaCl KNO 2  NaNO KCl3 (khơng xảy ra vị NaNO và KCl sẽ phân li hồn tồn thành3các ion ban đầu: Na ,K ,NO  3 và Cl )

Phương trình ion thu gọn

2 Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu

Nồng độ ban đầu của một cấu tử bằng tổng nồng độ cân bằng của các dạng tồn tại của cẩu tử khi cânbằng:

i

C [i]

3 Định luật bảo tồn điện tích

i[i]Z 0

i

Z là điện tích (âm hoặc dương) của cấu tửi cĩ nồng độ bằng [i]

4 Định luật tác dụng khối lượng

Đối với cân bằng: aA bB  cC dD K (a)

[C] f [D] f( ) (D)

(i) [i] f ; f  là hệ số hoạt độ của i

Quy ước trạng thái tiêu chuẩn:

- Trong các dung dịch lỗng hoạt độ của các phần tử dung mơi bằng 1

- Hoạt độ của các chất rắn nguyên chất hoặc các chất lỏng nguyên chất ở trạng thái cân bằng với dungdịch cĩ hoạt độ bằng đơn vị

- Hoạt độ của các chất khí ở trạng thái cân bằng với dung dịch bằng áp suất riêng phân của khí

- Trong các dung dịch vơ cùng lỗng, hoạt độ của các ion và của các phân tử chất tan đều bằng nồng

độ cân bằng

mlBaCl , 0,200M với 3,00ml Na CrO , 0,240M 2 2 4

lượng dư dung dịch NaHSO thu được 11,654 gam kết tủa và 2,24 lít khí (đktc) Cho 100 ml dung dịch

X phản ứng với dung dịch AgNO3 dư, xuất hiện 17,22 gam kết tủa Nếu cơ cạn 300 ml dung dịch X cịnlại thì thu dược m gam chất rắn khan Tính giá trị củam.

Giải

•100 ml dung dịch X NaHSO 4 dư:

 Cô cạn300 ml dung dịch X sẽ thu được 16,87.3 50,61 gam

Ví dụ 3: Viết biểu thức định luật tác dụng khối lượng cho các cân bằng sau:

8f

C 8

dung dịch X Biết ở25 C, K của 0 b NH là 3 10 4,76 , bỏ qua sự phân li của H O Tính giá trị 2 pH củadung dịch X ở 25 C 0

1 Mô tả đầy đủ các cân bằng có thể xảy ra

2 So sánh các hằng số cân bằng, nồng độ của các cấu tử để loại bỏ các cân bằng phụ Lưu ý chỉ có thể

so sánh các phản ứng cùng loại Chẳng hạn, cùng phản ứng phân li đơn axit hay cùng phản ứng hoà tankết tủa cùng loại phân tử (nhị to, tam tô, )

3 Trong trường hợp don gian khi hệ chỉ có một cân bằng duy nhất thì có thể đánh

giả gần đúng chiều hướng phản ứng dựa vào hằng số cân bằng K Phản ứng xảy ra mạnh theo chiềuthuận nểu K càng lớn và ngược lại Trong trường hợp cần thiết có thể đánh giá định lượng bằng cáchđánh giá nồng độ cân bằng của các chất phản ứng dựa vào biểu thức định luật tác dụng khối lượng

4 Nếu hệ có một số cân bằng xảy ra đồng thời thì phải thiết lập phương trình liên hệ giữa đại lượngcần xác định với các dữ kiện đã cho dựa vào việc tổ hợp các biểu thức định luật cơ bản của hóa học Giảitìm nghiệm từ đó suy ra thành phần cân bằng của dung dịch, Lưu ý đến cách giải phương trình khi timnghiệm Chẳng hạn trong dung dịch MX C (mol/l) chỉ có cân bằng

n n

C

MX  M x  K Theo định luật bảo toàn nồng độ đối với MX ta có:

Vì K >> K nên trong dung dịch cân bằng (1) là quá trình chủ yếu

Ag CrO tan ra

 Biết phản ứng: 2Fe3 Sn2  2Fe2 Sn có K 14   0 (1)21

a) Hai cân bằng  1 và 2 là cơng dụng phân li vì   pK2>> pK ne1 ân K1 K2 và cĩ thể coi cân bằng

 1 là cân bằng chủ yếu trong dung dịch:

E 1.23V; pK 14; Hãy đánh giá E0O /OH2 ở 25 C 0

b) Hày đánh giá khả năng hồ tan của Ag trong nước khi cĩ khơng khí E0A /Ag g 0,799V

c) Cĩ khả năng hồ tan 100mg Ag trong 100ml dung dịch NH 0,10M khi cĩ khơng khí hay khơng? 3Cho:

Do K rất bé, coi phản ứng hồn tồn khơng xảy ra

Chú ý: Trong bài tốn trên ta khơng kể đến sự tạo phức hiđroxo AgOH hoặc sự

tạo ra Ag O vì Ag hồ tan khơng đáng kể 2

VI THÀNH PHẦN GIỚI HẠN CỦA DUNG DỊCH

- Thành phần giới hạn là thành phần của hệ sau khi phản ứng xảy ra tương ứng với điều kiện ban đầu đãcho, tức là ứng với toạ độ phản ứng cực đại

- Thành phần giới hạn cũng có thể là thành phần cân bằng nếu sau phản ứng chính các cấu tử của hệkhông tham gia một tương tác hoá học nào

Ví dụ 2: Cho phản ứng oxi hoá Fe2+ bằng Cr O2 27 

xảy ra như sau:

VII CÂN BẰNG AXIT - BAZƠ

1 Để đặc trưng tính thống nhất axit - bazơ của dung dịch người ta dùng chỉ số nồng độ ion hiđro, tức là

âm logarit nồng độ ion hiđro

3 Dung dịch đệm: Là dung dịch có khả năng điều chỉnh sao cho pH của hệ ít thay đổi bất kể quá trìnhhoá học có giải phóng hay thu nhận ion H+ không Dung dịch đệm thường là hỗn hợp của một axit yếu và

bazơ liên hợp (ví dụ HCOOH và HCOOC-, HCO3 

và CO32

) hoặc có thể là dung dịch muối của các đaaxit như NaHCO3, kali hiđrophtalat, hay muối của axit yếu và bazơ yếu (NH4CN, CH3COONH4) Đốivới hệ đệm gồm axit yếu HA (Camol/l) và bazơ liên hợp A



a a b

2 b

Như vậy, nếu [ ]H , OH [ ] C Ca, b

 và KwK C ,K Ca a b b thì ta có biểu thức tính gần đúng pH của dungdịch đệm như sau (công thức Henderson - Hasselbalch):

4 ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN PROTON (ĐIỀU KIỆN PROTON)

Nếu chọn một trạng thái nào đó của dung dịch làm chuẩn hay còn gọi là mức không (MK) (hoặc gọi làtrạng thái quy chiếu) thì tổng nồng độ proton mà các cấu từ ở mức không giải phóng ra bằng tổng nồng

độ proton mà các cấu tử thu vào để đạt đến trạng thái cân bằng

Hay nói cách khác: Nồng độ cân bằng của proton có trong dung dịch bằng hiệu giữa tổng nồng độ protongiải phóng ra và tổng nồng độ proton thu vào từ mức không Mức không có thể là trạng thái ban đầu,trạng thái giới hạn hoặc một trạng thái tùy chọn nào đó Nhưng thường chọn trạng thái trong đó nồng độcủa cấu tử chiếm ưu thế làm mức không để việc tính toán đơn giản hơn

Ví dụ 1: Viết biểu thức điều kiện proton đối với các dung dịch sau:

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

0,02 → 0,02 → 0,02

 nNaOH còn = 0,03 - 0,02 = 0,01 mol

Dung dịch X chứa: NaOH 0,02M; CH3COONa 0,04M

w 2

H O H OH K



 (1)

-9,25 W

có pH = 13 thì thu được 500ml dung dịch có pH là bao nhiêu?

Dung dịch thu được có pH = 11,0 > 7  H+ hết, OH còn

y 0,2(mol)137x 39y 100

Ta nhận thấy số mol kết tủa tăng dần theo số mol CO2 cho tới giá trị 0,05 mol; sau đó không đổi cho tới

Vì K rất lớn nên có thể coi phản ứng trên xảy ra hoàn toàn

Dung dịch Y chứa: K+, Na+ và

3 4

1 a3

2 a2

3 al

a) Xác định công thức của muối cacbonat

b) Nung 0,42 gam muối cacbonat kim loại A trên trong bình kín không chứa không khí đến phản ứnghoàn toàn, thu được khí X Hấp thụ hết lượng khí này vào 1 lít dung dịch chứa K2CO3 0,01M và KOH0,011M Sau khi kết thúc các phản ứng thu được 1 lít dung dịch Y Tính pH và cân bằng trong dung dịch

Y Cho biết: Ka1 (H2CO3) = 10-6,35; Ka2 (H2CO3)= 10-10,33

Ví dụ 11: Cho một mẫu thử axit fomic HCOOH có nồng độ 0,1M Ka (HCOOH) = 1,77.10-4

a) Tính pH của dung dịch của HCOOH

b) Cho vào mẫu thử trên một lượng axit sunfuric cùng thể tích thấy pH giảm 0,344 so với khi chưa choaxit sunfuric vào Tính nồng độ của dung dịch H2SO4 cần dùng Biết rằng Ka2 (H2SO4) = 1,2.10-2 Giảthiết khi pha trộn thể tích dung dịch mới thu được bằng tổng thể tích các dung dịch ban đầu

Phương trinh diện li

Thay vào (*) ta tìm được: x = 1,0056.10-2 M

Ví dụ 12: Ion Cr O2 27bị thuỷ phân trong nước:

Ví dụ 13: Cho dung dịch CH3COOH 0,1M (Ka = 1,58 10-5)

a) Cần phải thêm bao nhiêu mol CH3COOH vào 1 lít dung dịch đó để α giảm đi một nửa Tính pH củadung dịch mới

b) Nếu thêm 0,05 mol HCl vào 1 lít CH3COOH 0,1 M thì pH của dung dịch là bao nhiêu? Nếu chỉ thêm10-3 mol thì pH lại bằng bao nhiêu?

Giải

(1)

CK K K Kh

Nếu Kw << CK2 tức là cân bằng (2) chiếm ưu thế hơn cân bằng (1) thì

Trở lại bài toán trên:

- Đối với dung dịch NaHCO3 0,1M; C = 0,1 M >> K1 = 10-7

Nhận xét: Đây là bài toán tính pH trong dung dịch muối của axit và bazơ yếu Ta xét trường hợp tổngquát sau:

MH

1 HA

(1) (2)

Thay vào phương trình trên ta được:

HA HA MH



Trong trường hợp C >> KMH +

K 5,5.10



(1)2



 KW 1014

 (2)2

Do K2 << K1 nên ta có thể bỏ qua quá trình (4) Ở đây C K2 và CKNH 4 

không lớn hơn nhiều so với KWnên việc tính toán gần đúng sẽ kém chính xác

Nhưng K2, KNH 4 

<< C nên

4 4

B BÀI TẬP

1 Trộn 50ml dung dịch HCl 0,12M với 50ml dung dịch NaOH 0,1M Tính pH của dung dịch thu được?

2 Tính nồng độ cân bằng của các ion H+ và CH3COO- có trong dung dịch CH3COOH 0,1M và độ điện

li của dung dịch đó Biết hằng số axit Ka = 1,8.10-5

3 Có dung dịch NH3 0,01M; hằng số bazơ của NH3 là Kb = 1,8.10-5 Nếu trong 100ml dung dịch trên cóhoà tan 0,535 gam NH4Cl thì độ pH của dung dịch là bao nhiêu?

4 Tính pH của dung dịch thu được khi hấp thụ hết 0,01 mol khí CO2 vào 200ml dung dịch NaOH 0,05M.Biết axit cacbonic có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33

5 A là dung dịch Na2CO3 0,1M; B là dung dịch chứa Na2CO3 0,1M và KHCO3 0,1M và C là dung dịchKHCO3 0,1M

a) Tính thể tích khí CO2 (đktc) thoát ra khi cho từ từ từng giọt đến hết 50ml dung dịch HCl 0,1M vào100ml dung dịch A và khi cho hết 100ml dung dịch B vào 200ml dung dịch HCl 0,1M

b) Xác định số mol các chất có trong dung dịch thu được khi thêm 100ml dung dịch Ba(OH)2 0,1M vào150ml dung dịch C

c) Tính pH của các dung dịch A và C, biết axit cacbonic có pK16,35 và pK2 10,33

d) Đề nghị phương pháp nhận biết các anion có trong dung dịch B

6 Tính pH của dung dịch thu được khi trộn lẫn 50ml dung dịch NH4Cl 0,2M với 75ml dung dịch NaOH0,1M Biết Kb (NH3) = 1,8.10-5

7 Trộn lẫn 7ml dung dịch NH3 1M và 3ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch A Thêm 0,001 molNaOH vào dung dịch A thu được dung dịch B

a) Xác định pH của các dung dịch A và B Biết Kb (NH3) = 1,8.10-5

b) So với dung dịch A, giá trị pH của dung dịch B đã có sự thay đổi lớn hay nhỏ?

Nguyên nhân của sự biến đổi lớn hay nhỏ đó là gì?

8 Hòa tan 0,01 mol PCl3 vào nước thu được 1 lít dung dịch X Tính pH và thành phần cân bằng của dungdịch X Cho hằng số axit của H3PO4 là: Ka1 = 1,6.10-2; Ka2 = 7,0.10-7

9 Dung dịch X có chứa: 0,07 mol Na+; 0,02 mol SO24 

và x mol OH  Dung dịch Y có chứa ClO ,NO4  3 

và y mol H+; tổng số mol ClO4 

và NO3 

là 0,04 Trộn X và Y được 100ml dung dịch Z Tính độ pH củadung dịch Z

10 Đánh giá sự biến đổi pH của dung dịch đệm B gồm NH3 0,080M và NH4Cl 0,06M sau khi thêm

0,0010 mol HCl vào 1 lít dung dịch B Cho 4

9,24 NH





11 a) Tính pH của dung dịch A gồm HCOOH 0,1M và CH3COOH 1M

b) Pha loãng dung dịch A bằng nước cất để thể tích dung dịch CH3COOH sau khi pha loãng gấp 10 lần

thể tích ban đầu Tính pH của dung dịch CH3COOH sau khi pha loãng Biết K (HCOOH) 1,8.10 ;1 4

a) Tính pH của hai dung dịch axit này

b) Người ta muốn trộn hai dung dịch này đến khi đạt được pH = 2,3, Hỏi tỉ lệ thể tích các axit cần cho sựtrộn này là bao nhiêu?

14 a) Tính pH của dung dịch Na2A 0,022M

b) Tính độ điện li của ion A2

trong dung dịch Na2A 0,022M khi có mặt NH4HSO4 0,001M Cho:

2

a(H SO ) a( NH )

pK  2,00; pK  9,24; pK 5,3; pK 12,60

15 a) Tính độ điện li của dung dịch CH3NH2 0,010M

b) Độ điện li thay đổi ra sao khi

- Pha loãng dung dịch ra 50 lần

b) Một dung dịch A chứa các cation Mn ,Co2 2

và Ag+ với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng

0,010 M Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh pH = 2,0 thì ion nào tạo kết tủa.

Cho:

10 S(MnS)

K 2, 10 ;5 

 KS(CoS) 4, 10 ;0 21

 KS Ag S 2  6, 10 3 50



17 a) Cho biết độ điện li của dung dịch axit HA 0,1M là 13,1% Tính pKa

b) Độ điện li thay đổi như thế nào nếu pha loãng dung dịch HA gấp 100 lần? Kết luận

18 Tính cân bằng trong dung dịch thu được sau khi trộn 20,00ml dung dịch NH3 1,5.10-3M với 40,00ml

dung dịch HCl 7,5.10-4M Cho 4

9,24 NH





19 Tính số gam axit tactric H2C4H4O6 cần lấy để khi hòa tan vào 25,00ml dung dịch NaOH 0,100M thì

pH của dung dịch thu được là 3,71 (bỏ qua sự thay đổi thể tích) Cho H2C4H4O6 có hằng số phân li axit

K 10 K 10

20 Tính số ml dung dịch (NH4)2SO4 0,050M cần phải thêm vào 100,00 ml dung dịch Na2S 0,100M để

pH của hệ giảm 0,76 đơn vị Cho H2S có Ka1 107,02; Ka2 1012,90

Phản ứng: 0,005 ← 0,005

Còn: 0,005 0

Do CO32

dư nên không có giai đoạn tạo CO2  VCO 2 0

Cho hết 100ml dung dịch Na2CO3 0,1M vàKHCO3 0,1M vào 200ml dung dịch HCl 0,1M:

0,224 lít = 0,01.22,4 < VCO 2

< 0,015.22,4 = 0,336 lít b) Thêm 100ml dung dịch Ba(OH)2 0,1M vào 150ml dung dịch KHCO3 0,1M

Lọc tách kết tủa, thêm HCl vào dung dịch nước lọc thấy sủi bọt khí không màu (làm đục nước vôi trong),

vậy dung dịch có HCO3 

4 4

NH Cl NH + Cl

0,06 0,06 06

0,

- Với axit tricloaxetic

CH ClCOOH CCl COOH

14 a) Na A2 2Na + A2

 0,022 → 0,022

(1) A2 H O2 HA OH

1,4 1

a2 WK

al WK

W SO

b) Độ điện li thay đổi ra sao khi

- Pha loãng dung dịch ra 50 lần:

3 3 2

H S 2

[ ][

C K H[HS ]

  nên có thể bỏ qua [S2-] và [HS-] bên cạnh [H2S] Vậy (*) trởthành: