Xemtailieu Tải về Phân loại và phương pháp giải bài tập cân bằng axit bazơ (đơn axit đơn bazơ)
Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA: HÓA HỌC --------------- NGUYỄN THỊ KIM THUY PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ (ĐƠN AXIT – ĐƠN BAZƠ) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Học Phân Tích Người hướng dẫn khoa học: Th.S: VŨ THỊ KIM THOA HÀ NỘI - 2011 Khoá luận tốt nghiệp 1 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................ 3 1.1.TRẠNG THÁI CÁC CHẤT ĐIỆN LI TRONG DUNG DỊCH 3 1.1.1. Sự điện li và chất điện li .......................................................... 3 1.1.2. Độ điện li và hằng số điện li .................................................... 3 1.1.2.1. Độ điên li............................................................................... 3 1.1.2.2. Hằng số điện li....................................................................... 4 1.1.3. Phân loại chất điện li ............................................................... 4 1.1.3.1. Chất điện li mạnh và chất điện li yếu4 1.1.3.2. Biểu diễn trạng thái chất điện li trong dung dịch................... 4 1.1.4. Dự đoán tính chiều hướng phản ứng trong dung dịch chất điện li.. 5 1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI ......................... 5 1.2.1. Định luật hợp thức (tỉ lượng) ................................................... 5 1.2.1.1. Tọa độ phản ứng.................................................................... 5 1.2.1.2. Tọa độ cực đại ...................................................................... 6 1.2.2. Định luật bảo toàn vật chất ....................................................... 6 1.2.2.1. Quy ước biểu diễn nồng độ .................................................... 6 1.2.2.2. Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu (BTNĐ) ........................ 7 1.2.2.3. Định luật bảo toàn điện tích (BTĐT) ..................................... 8 1.2.3. Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) .............................. 9 Khoá luận tốt nghiệp 2 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.3. ĐÁNH GIÁ GẦN ĐÚNG THÀNH PHẦN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH............................................................................................... 11 1.4. CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ .................................................... 13 1.4.1. Các axit và bazơ ..................................................................... 13 1.4.1.1. Định nghĩa........................................................................... 13 1.4.1.2. Phản ứng axit – bazơ trong nước......................................... 14 1.4.2. Định luật bảo toàn proton ....................................................... 15 1.4.3. Dung dịch các đơn axit và đơn bazơ ....................................... 16 1.4.3.1. Axit mạnh ............................................................................ 16 1.4.3.2. Bazơ mạnh........................................................................... 17 1.4.3.3. Đơn axit yếu ........................................................................ 18 1.4.3.4. Đơn bazơ yếu....................................................................... 18 1.4.4. Đa axit và đa bazơ .................................................................. 18 1.4.4.1. Đa axit................................................................................. 18 1.4.4.2. Đa bazơ ............................................................................... 19 1.4.5. Các chất điện li lưỡng tính ..................................................... 19 1.4.6. Dung dịch đệm ....................................................................... 21 1.4.7. Cân bằng tạo phức hiđroxo trong dung dịch nước của các ion kim loại 22 1.4.8. Các chất chỉ thị axit – bazơ..................................................... 23 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ ................................................................................ 26 1.5.1. Phương pháp tổng quát giải phương trình bậc cao .................. 26 Khoá luận tốt nghiệp 3 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.5.2. Phương pháp giải lặp ............................................................. 28 1.5.3. Phương pháp giản đồ logarit nồng độ .................................... 28 1.5.4. Phương pháp chuyển dịch lần lượt các phản ứng .................... 32 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VẬN DỤNG LÝ THUYẾT CÂN BẰNG AXIT – BAZƠ GIẢI BÀI TẬP PHẦN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CÁC ĐƠN AXIT VÀ ĐƠN BAZƠ ..................................... 35 2.1.Cân bằng trong dung dịch chứa đơn axit (đơn bazơ) mạnh hoặc yếu35 2.2.Cân bằng trong dung dịch chứa hỗn hợp axit (bazơ) mạnh và axit (bazơ) yếu 47 2.3. Cân bằng trong dung dịch chứa hỗn hợp các đơn axit (bazơ) yếu .. 54 2.4. Cân bằng trong dung dịch chứa axit yếu và bazơ liên hợp với nó .. 62 2.5. Cân bằng trong dung dịch tạo phức hiđroxo của cation kim loại.... 65 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................. 69 Khoá luận tốt nghiệp 4 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng chân thành và biết ơn sâu sắc tới cô giáo Vũ Thị Kim Thoa, Khoa Hoá học, Truờng Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thiện khoá luận tốt nghiệp. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới hiệu trưởng Truờng Đại học sư phạm Hà Nội 2 và các thầy cô giáo trong Khoa Hoá học, Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện cho em được sử dụng các tài liệu trên thư viện để hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. Em xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Khoa Hoá học, Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã cung cấp cho em những kiến thức cơ bản trong quá trình học tập để em có thể hoàn thành được khoá luận này. Em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, những người thân, bạn bè đã ủng hộ, động viên em trong suốt thời gian vừa qua. Khóa luận tốt nghiệp được thực hiện trong thời gian ngắn nên không tránh khỏi một số sai sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên. Hà Nội, Tháng 5 năm 2011 Sinh Viên Nguyễn Thị Kim Thuy Khoá luận tốt nghiệp 5 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học MỞ ĐẦU Trong chương trình hoá học phổ thông có đề cập tới hai loại phản ứng hoá học cơ bản Loại thứ nhất là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hoá, được gọi là phản ứng oxi hoá - khử Loại thứ hai là phản ứng trao đổi bao gồmz Phản ứng axit - bazơ (trao đổi proton) Phản ứng tạo phức (trao đổi phối tử) Phản ứng tạo thành hợp chất ít tan Phản ứng axit – bazơ có vai trò rất lớn, chiếm một vị trí quan trọng trong chương trình Hoá học phổ thông và đặc biệt là đối với chương trình hoá học phân tích trong các trường Cao Đẳng và Đại học. Trong các tài liệu hiện hành chủ yếu là cho học sinh ôn luyện thi Đại học và Cao Đẳng, các tài liệu này quá nhiều song không có sự thống nhất một lý thuyết chuẩn mực mà nặng về bài tập tính toán gây cho học sinh lối học thụ động, không có tính sáng tạo và kém tư duy về hoá học. Bên cạnh những tài liệu này các tài liệu dành cho học sinh giỏi, học sinh chuyên còn ít và đặc biệt tài liệu dành cho thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế thực sự là quá ít. Về nội dung kiến thức các loại phản ứng trong các tài liệu hiện hành chủ yếu đề cập nhiều về phản ứng tạo thành hợp chất ít tan. Còn phản ứng axit – bazơ cũng gặp nhiều nhưng phần lớn các tài liệu đưa ra một cách chưa đầy đủ. Chưa có nhiều bài tập liên quan đến phần các dung dịch tạo phức hiđroxo của các ion kim loại, phần dung dịch hỗn hợp các axit yếu và bazơ liên hợp,vvv….Chưa có nhiều bài tập gắn kết nội dung phản ứng của axit – bazơ với các phản ứng oxi hoá - khử, phản ứng của hợp chất ít tan, phản ứng tạo phức nên khó bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy tổng hợp để giải quyết các bài tập trong các kỳ thi Khoá luận tốt nghiệp 6 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học học sinh giỏi Quốc gia cũng như Quốc tế. Mặt khác, chưa có tài liệu nào đưa ra sự phân loại và phương pháp giải các dạng bài tập về phản ứng axit – bazơ để làm tài liệu tham khảo cho giáo viên khi giảng dạy chương trình chuyên hoá và học sinh khi chuẩn bị kỳ thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế. Chính vì những lý do trên đây, chúng tôi đã chọn đề tài: “Phân loại và phương pháp giải bài tập cân bằng axit – bazơ (đơn axit – đơn bazơ)”. Mục tiêu của đề tài này là hệ thống được các nội dung cơ bản về thuyết cân bằng axit – bazơ, qua đó phân loại và đưa ra các phương pháp giải bài tập minh hoạ lý thuyết, bài tập nâng cao; làm phương pháp, phương tiện để có thể thúc đẩy việc dạy tốt và học tốt. Đề tài được thực hiện theo các phương pháp sau: Nghiên cứu lý thuyết về phản ứng của axit – bazơ, sự vận dụng lý thuyết vào các bài tập cụ thể. Điều tra thu thập các tài liệu có liên quan đến phản ứng axit – bazơ. Phân tích có chọn lọc các bài tập trong một số tài liệu tham khảo và một số bài đề xuất thêm để phân loại, đánh giá các bài tập về phản ứng axit – bazơ. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Khoá luận tốt nghiệp 7 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.1. TRẠNG THÁI CÁC CHẤT ĐIỆN LI TRONG DUNG DỊCH 1.1.1. Sự điện li và chất điện li Khi hòa tan các chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị có cực vào trong dung môi phân cực (ví dụ 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 hoàn toàn hoặc phân li một phần thành các ion mang điện tích ngược dấu, tồn tại dưới dạng ion sonvat hóa (đối với dung môi nước là ion hiđrat hóa). Các chất có khả năng phân li thành các ion được gọi là chất điện li, và quá trình phân li thành ion được gọi là quá trình điện li. 1.1.2. Độ điện li và hằng số điện li 1.1.2.1. Độ điện li Độ điện li là tỉ số giữa số mol n của chất đã phân li thành ion với tổng số mol no của chất tan trong dung dịch: n n0 (1.1) Hoặc là tỉ số giữa nồng độ chất đã phân li C với tổng nồng độ chất điện li C0: C C0 Ví dụ: Đối với chất điện li yếu: MX Mn+ + Xn – n n C CMX (1.2) ta có: (1.3) Ở đây [Mn+], [Xn –] là nồng độ tương ứng của các ion Mn+ và Xn – do MX phân li ra. có các giá trị dao động từ 0 đến 1: 0 1 = 0 đối với chất không điện li = 1 đối với chất điện li hoàn toàn. 1.1.2.2. Hằng số điện li Khoá luận tốt nghiệp 8 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho cân bằng (1.2) ta có: n n K = c (1.4) Ở đây [i] chỉ nồng độ của cấu tử i trong dung dịch ở trạng thái cân bằng. Kc là hằng số điện li nồng độ, phụ thuộc vào bản chất của chất điện li, vào dung môi, vào nhiệt độ. Trong dung dịch loãng, Kc không phụ thuộc vào nồng độ chất điện li. Từ (1.3) và (1.4) suy ra 2 Kc 1 C (1.5) Vậy độ điện li phụ thuộc hằng số cân bằng c và nồng độ chất điện li. Khi có các quá trình phụ ảnh hưởng đến cân bằng (1.2) thì thay đổi. 1.1.3. Phân loại chất điện li 1.1.3.1. Chất điện li mạnh và chất điện li yếu Trong dung dịch nước, các chất điện li mạnh gồm: Một số axit vô cơ: HCl, HBr, HI, HSCN, HNO3, HClO4… Các bazơ kiềm và kiềm thổ: LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. Hầu hết các muối tan trừ HgCl2. Các chất còn lại thuộc loại chất điện li yếu hoặc trung bình. Nước là chất điện li vô cùng yếu. 1.1.3.2. Biểu diễn trạng thái chất 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: ). Trạng thái ban đầu: Chỉ trạng thái các chất trước khi xảy ra phản ứng hóa học, hoặc trước khi có cân bằng. Trạng thái cần bằng chỉ trạng thái tồn tại của các chất khi hệ đã thiết lập cân bằng. Khoá luận tốt nghiệp 9 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học 1.1.4. Dự đoán tính chiều hướng phản ứng trong dung dịch chất điện li Nguyên tắc chung: Bản chất phản ứng giữa các chất điện li là phản ứng giữa các ion. Về nguyên tắc, khi tham gia phản ứng, các ion kết hợp với nhau (hoặc tương tác với nhau) để tạo thành các sản phẩm kết hợp mới tương ứng với giá trị xác định của hằng số cân bằng K của phản ứng. Nếu K rất lớn thì phản ứng được coi là xảy ra hoàn toàn. Nếu K vô cùng bé thì coi như phản ứng không xảy ra. Trong mọi trường hợp khác thì mức độ xảy ra của phản ứng phụ thuộc giá trị hằng số cân bằng và nồng độ của các chất phản ứng. Trong dung dịch các chất điện li, các ion có thể phản ứng với nhau để tạo thành: Các chất ít phân li hơn các chất ban đầu . Các chất khí. Các sản phẩm ít tan hơn các chất ban đầu. Các sản phẩm oxi hóa – khử khác với trạng thái ban đầu. Khi viết phương phản ứng ion cần tuân theo quy ước: Các chất điện li mạnh viết dưới dạng ion. Các chất điện li yếu viết dưới dạng phân tử. Các chất rắn, các chất khí viết dưới dạng phân tử (hoặc nguyên tử). 1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC ÁP DỤNG CHO CÁC HỆ TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI 1.2.1. Định luật hợp thức (tỉ lượng) 1.2.1.1. Tọa độ phản ứng Đánh giá độ tiến triển của phản ứng Khoá luận tốt nghiệp ni i hoặc x Ci i 10 (1.6) Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Độ biến đổi số mol ni hoặc độ biến đổi nồng độ C i của mỗi chất tham gia phản ứng ni = . i hoặc Ci x. i (1.7) Hệ số hợp thức i có giá trị âm đối với các chất phản ứng và có giá trị dương đối với các sản phẩm phản ứng. Số mol các chất (ni) hoặc nồng độ các chất (Ci) sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn: ni = ni0 + ni ; Ci = Ci0 + Ci (1.8) nio : số mol chất trước khi có phản ứng xảy ra. Cio : nồng độ chất trước phản ứng. 1.2.1.2. Tọa độ cực đại Tọa độ phản ứng khi phản ứng xảy ra đạt hiệu suất cực đại: max min xmax min nio i Cio i với i < 0 với i < 0 (1.9) (1.10) 1.2.1.3. Thành phần giới hạn (TPGH) Là thành phần hỗn hợp sau khi phản ứng xảy ra đạt tọa độ cực đại. 1.2.2. Định luật bảo toàn vật chất 1.2.2.1. Quy ước biểu diễn nồng độ Nồng độ gốc: Nồng độ chất trước khi đưa vào hỗn hợp phản ứng (Co mol/l ). Nồng độ ban đầu: Nồng độ chất trong hỗn hợp trước khi xảy ra phản ứng (Co mol/l). Nồng độ cân bằng: Nồng độ chất sau khi hệ đạt tới cân bằng ([i]). Khoá luận tốt nghiệp 11 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Nồng độ mol: Biểu diễn số mol chất trong 1 lit dung dịch hoặc số mmol trong 1 ml dung dịch (C mol/l). Nồng độ %: Biểu diễn số gam chất tan trong 100g dung dịch ( ww ). 1.2.2.2. Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu (BTNĐ) Nồng độ ban đầu của một cấu tử bằng tổng nồng độ cân bằng của các dạng tồn tại của cấu tử đó khi cân bằng. Ci i (1.11) Ví dụ 1: Viết biểu thức BTNĐ ban đầu đối với dung dịch CH3COOH nồng độ C mol/l. Bài giải Ta có cân bằng trong dung dịch CH3COOH H+ + CH3COO- BTNĐ đối với ion CH3COO-: C = [CH3COOH] + [CH3COO-] Ví dụ 2: Biểu diễn ĐLBTNĐ ban đầu đối với ion K 2 Cr 2 O 7 Cr 2 O 72 trong dung dịch nồng độ C mol/l, biết rằng trong dung dịch crom tồn tại dưới các dạng CrO42 , Cr 3 , Cr2O72 . Bài giải 2 Biểu thức ĐLBTNĐ đối với ion Cr2O 7 : 12 Cr 12 CrO C Cr2O72 3 2 4 Ví dụ 3: Biểu diễn ĐLBTNĐ ban đầu đối với ion CrO 2 4 trong dung dịch K 2 CrO 4 nồng độ C mol/l, biết rằng trong dung dịch crom tồn tại dưới các dạng CrO42 , Cr 3 , Cr2O72 . Bài giải 2 Biểu thức ĐLBTNĐ đối với ion CrO4 : Khoá luận tốt nghiệp 12 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học C CrO42 2 Cr2O72 Cr 3 1.2.2.3. Định luật bảo toàn điện tích (BTĐT) Tổng điện tích âm của các anion phải bằng tổng điện tích dương của các caiton. i . i =0 (1.12) Zi là điện tích (âm hoặc dương) của cấu tử i có nồng độ cân bằng [i]. Ví dụ 1: Biểu diễn ĐLBTĐT đối với dung dịch K 2 CrO4 khi có mặt axit HClO4. Trong dung dịch có mặt các ion H+; OH- (của nước); ClO4-, K+. CrO42-, HCrO4,CrO72-. Bài giải Ta có biểu thức BTĐT sau: H K OH ClO HCrO 2CrO 2Cr O 4 4 2 4 2 2 7 Ví dụ 2: Viết biểu thức BTĐT đối với các cấu tử trong dung dịch Na2CO3 Bài giải Ta có các quá trình: Na2CO3 2 Na CO32 CO32 H 2O HCO3 H 2 O HCO3 OH H 2CO3 ( H 2O CO2 ) 2 Biểu thức BTĐT: H Na 2CO3 HCO3 OH Ví dụ 3: Viết biểu thức BTĐT đối với các cấu tử trong dung dịch NH3. Bài giải Trong dung dịch NH3 tồn tại dưới 2 dạng: NH3 và NH4+. Biểu thức BTĐT: Có 3 ion H+, OH-, NH4+. H NH OH 0 4 1.2.3. Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) Khoá luận tốt nghiệp 13 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Đối với cân bằng: Lớp K33C - Hoá học aA + bB c cC + dD K(a) (1.13) d C . D K(a) = a b A . B (1.14) (i): Chỉ hoạt độ của chất i; K(a): Hằng số cân bằng nhiệt động; (i) = [i].fi ; fi là hệ số hoạt độ của i. Ví dụ: 1. Cân bằng axit – bazơ Cân bằng phân li của axit H . A HA + H - + Ka A HA Ka là hằng số phân li axit (hay gọi tắt là hằng số axit) Cân bằng phân li của bazơ HB . OH + B + H2O - K b HB + OH B Kb là hằng số phân li bazơ (hằng số bazơ) 2. Cân bằng tạo phức + Ag + NH3 AgNH3+ AgNH Ag .NH Ag ( NH ) k AgNH .NH 3 k1 3 AgNH3+ + 3 2 Ag(NH3)2+ NH3 2 3 3 k1, k2 là hằng số tạo thành từng nấc của các phức chất AgNH3+ và Ag(NH3)2+. FeOH Fe . OH Fe(OH ) Fe . OH . 2 Fe 3+ Fe3+ + + - 2+ OH 1 FeOH 2OH- Fe(OH)2+ 2 3 3 2 2 2 là hằng số tạo thành tổng hợp của các phức chất FeOH2+ và Fe(OH)2+. 3. Cân bằng tạo hợp chất ít tan AgCl Khoá luận tốt nghiệp Ag+ + Cl14 K s Ag . Cl Trường ĐHSP Hà Nội 2 1, Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Ks là tích số tan của AgCl. 4. Cân bằng phân bố I2(nước) KD I2(benzen) I 2 benzen I 2 nuoc KD là hằng số phân bố của I2 giữa benzen và nước 5. Cân bằng oxi hoá - khử MnO4 8 H 5 Fe 2 Mn 2 5Fe 3 4 H 2O Mn . Fe MnO . H Fe 3 .5 2 K 4 .8 2 .5 Qui ước trạng thái tiêu chuẩn: Trong các dung dịch loãng hoạt độ của các phân tử dung môi bằng 1. Hoạt độ của các chất rắn nguyên chất hoặc các chất lỏng nguyên chất ở trạng thái cân bằng với dung dịch có hoạt độ bằng đơn vị. Hoạt độ của các chất khí ở trạng thái cân bằng với dung dịch bằng áp suất riêng phần của khí. Trong các dung dịch vô cùng loãng, hoạt độ của các ion và của các phân tử chất tan đều bằng nồng độ cân bằng. Trong các dung dịch không quá loãng có thể đánh giá gần đúng hệ số của các ion theo phương trình Đơbai-Hucken (DH) hoặc phương trình Đêvit: Phương trình DH: lgfi = -0,5 i2 I (lực ion I < 1.10-3) (1.15) 0,2 Phương trình Đêvit: lgfi = -0,5 i2 . 1 (1.16) I = 0,5 i i2 (1.17) (Zi điện tích của ion i) Đối với các phép tính gần đúng thì có thể coi các giá trị hệ số hoạt độ đều bằng 1 và hằng số cân bằng nhiệt động K(a) được coi như là hằng số cân bằng nồng độ K. Khoá luận tốt nghiệp 15 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học c c K d C D = a b A B (1.18) Có thể đánh giá hằng số cân bằng của các quá trình phức tạp bằng cách tổ hợp các cân bằng đơn giản đã biết : A+B C+D K C+D A+B K=K-1 A+B C+D K1 C+D E+G K2 A +B E+G K=K1K2 nA + nB nC + nD K’ = (K)n 1.3. ĐÁNH GIÁ GẦN ĐÚNG THÀNH PHẦN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH Nguyên tắc chung: Mô tả đầy đủ các cân bằng có thể xảy ra. So sánh các hằng số cân bằng, nồng độ của các cấu tử để loại bỏ các cân bằng phụ. Trong trường hợp đơn giản khi hệ chỉ có một cân bằng duy nhất thì có thể đánh giá gần đúng chiều hướng phản ứng dựa vào hằng số cân bằng K. Phản ứng xảy ra mạnh theo chiều thuận nếu K càng lớn và ngược lại. Trong trường hợp cần thiết có thể đánh giá định lượng bằng cách đánh giá nồng độ cân bằng của các chất phản ứng dựa vào biểu thức ĐLTDKL. Nếu hệ có một số cân bằng xảy ra đồng thời thì phải thiết lập phương trình liên hệ giữa đại lượng cần xác định với các dữ kiện đã cho dựa vào việc tổ hợp các biểu thức định luật bảo toàn vật chất với các biểu thức ĐLTDKL áp dụng cho các cân bằng. Tính gần đúng khi hệ chỉ có một cân bằng chủ yếu Khoá luận tốt nghiệp 16 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Trong trường hợp đơn giản thường gặp khi hệ chỉ có một cân bằng duy nhất thì có thể tổ hợp ĐLBTNĐ với ĐLTDKL để tính nồng độ cân bằng của các cấu tử. Chẳng hạn, trong dung dịch MX C mol/l chỉ có cân bằng: Mn+ + Xn- MX (1.19) K Theo ĐLBTNĐ đối với MX ta có: C MX M n MX C MX C M n Hay Theo biểu thức ĐLTDKL ta có: M . X K n n MX Đặt toạ độ phản ứng bằng x ta có: X M x n n Từ các biểu thức trên ta có phương trình: x2 K Cx Giải phương trình trên cho phép đánh giá x và tính được nồng độ cân bằng của các phân tử trong dung dịch. Để cho tiện, ta ghi sơ đồ tính như sau: Cân bằng : MX Nồng độ ban đầu C C -x x x [] C- x x x Mn+ + Xn- K (1.20) toạ độ phản ứng: x ĐLTDKL: Nếu Thì x 1,0.10-7 M; pH < 7,0; pOH > 7,0. Trong dung dịch bazơ: [ H+ ] < 1,0.10-7 M; pH > 7,0; pOH < 7,0. Trong môi trường trung tính: [ H+ ] = [ OH- ] = 1,0.10-7 M; pH = 7,0 1.4.2. Định luật bảo toàn proton Khoá luận tốt nghiệp 19 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Kim Thuy Lớp K33C - Hoá học Nếu chọn một trạng thái nào đó của dung dịch làm chuẩn hay còn gọi là mức không (MK) (hoặc gọi là trạng thái quy chiếu) thì tổng nồng độ proton mà các cấu tử 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 proton giải phóng ra và tổng nồng độ proton thu vào từ mức không MK 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 độ của cấu tử chiếm ưu thế làm MK để việc tính toán nhanh lặp hơn. Ví dụ: 1. Dung dịch HCl + NaHSO4 HCl H+ + ClNaHSO4 Na+ + HSO4HSO4- H+ + SO42- H2O H+ + OH- 2 MK: HCl, HSO4-, H2O ĐKP: H Cl SO4 OH 2. Dung dịch NaOH +NH3 NaOH Na+ + OHH2O H+ + OH- NH3 + H+ NH4+ MK: NaOH, NH3, H2O ĐKP: H OH Na NH 4 3. Dung dịch Na2CO3 Na2CO3 2Na+ + CO32- CO32- + H+ HCO3- CO32- + 2H+ H2O + CO2 H2O Khoá luận tốt nghiệp H+ + OH- 20 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Tải về bản full