Loading Preview
Sorry, preview is currently unavailable. You can download the paper by clicking the button above.
Chương 1. PHẢN ỨNG AXIT – BAZƠ1. Thuyết axit - bazơCó nhiều thuyết về axit - bazơ khác nhau. Trong số đó, được sử dụng nhiều là thuyết axit - bazơ củaArrhenius và thuyết axit - bazơ của Bronsted- Lowry.1.1. Thuyết Axit - Bazơ của Arrhenius [thuyết Axit - Bazơ cổ điển]Theo thuyết này thì axit là những chất có khả năng phân li trong nước thành cation H+, còn bazơ là nhữngchất có khả năng phân li thành anion OH-. Như vậy trong phân tử của axit phải chứa hiđro linh động cókhả năng ion hóa còn trong phân tử bazơ phải chứa nhóm hiđroxi có khả năng ion hóa.Ví dụ: AxitHCl→H+ + ClBazơNaOH →Na+ + OHĐây là thuyết đơn giản về axit và bazơ. Nó chỉ đề cập đến dung môi là H2O. Nhiều trường hợp không giảithích được tính axit-bazơ của một số dung dịch. Để giải thích các trường hợp này người ta đưa ra kháiniệm sự thủy phân.1.2. Thuyết proton về Axit - Bazơ của Bronsted – LowryTheo thuyết này axit là những chất có khả năng cho proton. Bazơ là những chất có khả năng nhận proton.Sử dụng thuyết này ta có thể giải thích đầy đủ tính axit - bazơ của các dung dịch trong các dung môi:H2O, khác nước như dung môi hữu cơ… và giải thích cho một số phản ứng axit- bazơ không có dungmôi.2. Một số khái niệm liên quan2.1. Hằng số axit – Hằng số bazơKhi hòa tan axit hoặc bazơ vào nước:A + H 2OH 3O + + BB + H 2OOH − + AKcbKcbÁp dụng định luật tác dụng khối lượng, ta có[ H 3O + ].[ B ]K cb =xem [H2O] = 1000/18 [mol/L] = 55,55 [mol/L] = const[ A].[ H 2O][ H 3O + ].[ B]K cb .[ H 2O] =[ A]= Ka. Ka gọi là hằng số axit.+[ H ].[ B]Để đơn giản: K a =[ A]Hoàn toàn tương tự đối với bazơ:[ A].[OH − ]K cb .[ H 2O] =[ B]→= Kb*Hằng số điện li Ka của một axit được dùng để đánh giá cường độ của axit. Giá trị của Ka càng lớn cườngđộ axit càng mạnh, ngược lại Ka càng nhỏ cường độ axit càng yếu.Những axit mà phân tử chứa hai hoặc hơn hai proton có thể tách ra được trong nước, những axit đó đượcgọi là các đa axit. Trong dung dịch nước các đa axit phân li lần lượt theo các nấc và ở mỗi nấc cho mộtproton. Ứng với mỗi nấc, có một hằng số axit [Ka] tương ứng.Ví dụ:Axit photphoric [ H3PO4 ]H 3 PO4 + H 2OH 2 PO4− + H 3O +pKa1 = 2,12−2−+H 2 PO4 + H 2OHPO4 + H 3OpKa2 = 7,212−3−+HPO4 + H 2OPO4 + H 3OpKa3 = 12,36*Hằng số cân bằng Kb được gọi là hằng số bazơ, đặc trưng cho độ mạnh của một bazơ. Kb càng lớn, bazơcàng mạnh, ngược lại Kb càng nhỏ, bazơ càng yếuCó những bazơ mà phân tử khi cho vào nước lần lượt nhận một, hai, ba proton, đó là những đa bazơ.3−Ví dụ: PO4 là một đa bazơPO43− + H 2OHPO42− + OH −HPO42− + H 2OH 2 PO4− + OH −Kb1 = 10-1.64Kb2 = 10-6,79H 2 PO4− + H 2OH 3 PO4 + OH −Kb3 = 10-11,882.2. Cặp axit – bazơ liên hợpTheo Bronsted thì khi một axit cho proton tạo ra một bazơ liên hợp với nó. Khi một bazơ nhận proton thìtạo ra axit liên hợp với nó.Ví dụ:CH3COOH + H2OCH3COO- + H3O+abbaNH3 + H2ONH4+ + OHbaabỞ ví dụ này có các cặp axit bazơ liên hợp: CH3COOH/CH3COO- và NH4+/ NH32.3. Quan hệ giữa Ka và Kb của một cặp axit-bazơ liên hợp [A/B]• Tích số ion của H2OH2O+H2OH3O+ +OH+−[ H O ].[OH ]K cb = 3[ H 2O]2Nước nguyên chất ở 25oC:[OH-] = [H3O+] = 10-7MCó thể suy ra: K H 2O = [H3O+].[OH-] = 10-14Để đơn giản có thể viết:H2OH+ + OHK H 2O = [H+].[OH-] = 10-14• Quan hệ giữa Ka và Kb của một cặp axit-bazơ liên hợp [A/B]Ta có:OH − . A Kb =[ B]và H 3O + .[ B ]Ka =[ A]→ Ka.Kb = [H3O+].[OH-] = = 10-14Với: pKa = - lgKa; pKb = - lgKb; p = - lg K H 2Othì pKa + pKb = p K H 2O = 14Từ hệ thức này ta thấy nếu cường độ của một axit càng mạnh [pKa bé] thì bazơ liên hợp với nó càng yếu.CH 3COO − + H 3O + Ka = 1,8.10-5 = 10-4,75Ví dụ: CH 3COOH + H 2OCH 3COO − + HOHKb =CH 3COOH + OH −10−14 10−14= −4,75 = 10 −9,25Ka10So với:HCN + H2OH3O+ + CNKa = 10-9,35CN- + H2OHCN + OHKb = 10-4,65Tính axit của CH3COOH mạnh hơn HCN thì tính bazơ của CN mạnh hơn CH3COO3. Tính nồng độ cân bằng trong các dung dịch axi,t bazơ3.1.1. Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh• Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit mạnhH2OHA → H+ + AH+ + OH[H+ ] – [OH-] – [A- ] = 0→ [H+ ] -K H 2O- Ca = 0[1][H + ]→ [H+]2 - Ca[H+] - = 0Ta được phương trình bậc 2 với ẩn là [H+]:- Nếu Ca >> 10-7M, bỏ qua cân bằng điện li của H2O.[H+] = CaVí dụ: Ca = 10-4M→ [H+] = 10-4M- Nếu Ca ≈ 10-7M, từ [1] → [H+]2 - Ca[H+] =0→ [H+ ]2 - 10-7 [H+] - 10-14 = 0→ [H+ ] = 10-6,79 → pH = 6,79• Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch bazơ mạnhH2OMOH → M+ + OHH+ + OH-[H+] - [OH-] + [M+] = 0 → [H+] -K H 2O+ Cb = 0[H + ][H+]2 + Cb. [H+] - = 0-7- Nếu Cb >> 10 M, bỏ qua cân bằng điện ly của nước.K H 2O[OH-] = Cb → [H+] =[OH − ]- Nếu Cb ≈ 10-7M thì giải phương trình:[H+]2 + Cb. [H+] - = 0 → [H+]3.1.2. Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit yếu, bazơ yếu• Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit yếu đơn chứcHAH+ + AKaH2OH+ + OHÁp dụng định luật bảo toàn điện tích: [H+ ] – [OH-] – [A- ] = 0K H 2OK a Ca→[H+ ] =0[2]Ka + [H + ][H + ]- Nếu KaCa >> bỏ qua sự điện ly của nước→ [H+ ] - = 0 → [H+ ]2 + Ka[H+ ] - KaCa = 0- Giả sử[H+ ] > , bỏ qua điện ly của nước.→ - [OH-] + = 0→ [OH-]2 + Kb [OH-] - KbCb = 0Gỉa sử [OH-] > Ka2 , Ka3 ,… Kan→ Cân bằng [1] quyết định:+Nếu K1Ca >> K H 2O → [ H ] −[H + ] −KH 2O+[H ]−Ca K a 1=0[ H + ] + K a1C a K a1=0[ H + ] + K a1Nếu [H+] >Nếu Ka1-1C >> 1→ [H+] =K H 2O + K a 2 .C1 + K a−11.CK a 2 .C1 + K a−11.C→ [H+] =[ K H 2O + K a 2 .C ].K a1C-1Nếu Ka2C >> và Ka1 C >> 1→ [H+] = K a1.K a 2→pH = [pKa1 + pKa2]/2.6. Một số ví dụ áp dụngBài 1: Dung dịch CH3COOH có pH = 4. Phải thêm vào 1 lít dung dịch này bao nhiêu gam CH3COOH đểđược dung dịch có pH=3,5. Cho Ka= 1,8.10-5.Giải:Gọi x là số gam CH3COOH cần thêm vàoCH3COOHCH3COO- + H+Ban đầu:CPhản ứngαCαCαCCân bằngC[1-α]αCαCKa =Thay αC = 10-4, Ka = 1,8.10-5 vào, giải được C = 6,56.10-4Khi thêm x[g] vào ta có:Ka = = 1,8.10-5Giải phương trình ta được α = 0,057, → x = 0,3g.Bài 2 : Lấy 2,5 mL dung dịch CH3COOH 4M rồi pha loãng với nước thành 1L dung dịch A. Cho biếttrong 1mL A có 6,28.1028 ion và phân tử axit không phân li [cho Ka = 1,8.10-5]. Tính độ điện li của axitCH3COOH.Giải: 1mol có 6,02.1023 phân tử nên 0,01 mol có chứa 6,02.1021 phân tửCH3COOHCH3COO- + H+C6,02.1021Phản ứngxxx21[]6,02.10 –xxxTa có:[6,02.1021 – x] + x + x = 6,28.1028Giải ra ta được x = 0,26.1021.Vậy α = 0,26.1021/6,02.1021 = 0,0432= 4,32%.Bài 3: Lấy 60mL NaOH 0,025M cho phản ứng với 25mL dung dịch H3AsO4 0,02M [ cho H3AsO4 cópKa1= 2,13; pKa2 = 6,94 ; pKa3 = 11,50]. Tính pH của dung dịch thu được.Giải:H3AsO4 +3NaOH →Na3AsO4 + 3H2OBan đầu0,02.0,0250,025.0,06Phản ứng5.10-41,5.10-35.10-4Sau phản ứng5.10-4Sau phản ứng ta thu được 5.10-4 mol Na3AsO4 hay Na3AsO4 có nồng độ là:5.10-4 /0,085 = 5,88.10-3M.AsO43+ H2OHAsO42- + OHKb1 = 10-2,52HAsO4 + H2OH2AsO4 + OHKb2 = 10-7,06H2AsO4 + H2OH3AsO4 + OHKb3 = 10-11,81H2OH+ + OHVì Kb1 >> Kb2 >> Kb3 , Cb >> nên trong dung dịch phản ứng sau là chủ yếu:AsO43+H2OHAsO42- + OH- Kb1 = 10-2,5C5,88.10-3[]5,88.10-3 – xxx2-3-2,5Ta có: Kb1 = x / [ 5,88.10 - x] = 10Giải phương trình ta được x = 3,01.10-3→ pOH = 2,52 hay pH = 11,48.Bài 4: Tính số gam Na2HPO4. 12H2O phải hòa tan trong 100mL dung dịch H3PO4 0,05M sao cho pH củadung dịch thu được bằng 4,68. Cho H3PO4 có pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36.Giải:Gọi a là khối lượng Na2HPO4. 12H2O phải đem hòa tan.H3PO4 có pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36.Nhận xét: pH = [ pKa1 + pKa2] / 2 = [2,15+ 7,21]/2 = 4,68.Nên thành phần chính của hệ là:H3PO4+ HPO422H2PO40,05.0,1a/358Ta có:0,005 = a/358→a = 1,79g.Bài 5: Tính khối lượng HCl cần thêm vào 1 lít dung dịch đệm CH3COONH4 0,3M để pH của hệ bằng6,22 cho CH3COOH có pKa = 4,76, cho NH3 có pKb = 4,76.Giải:CH3COONH4 → CH3COO- + NH4+0,30,30,3NH4+NH3 + H+Ka = 10-9,24 [1]CH3COO- + H2OOH- + CH3COOHKb = 10-9,24 [2]Bỏ qua cân bằng của H2O. So sánh [1] và [2] thấy Ka = Kb.Vậy dung dịch có môi trường trung tính hay pH = 7Gọi m là khối lượng HCl thêm vào. Ta có phương trình:CH3COO- + H+CH3COOH0,3m/36,50,3 - m/36,5m/36,5Ta có : pH = pKa + lg[Cb/Ca]→ 6,22 = 4,76 + lg [[ 0,3- m/36,5]/[m/36,5]]Giải phương trình suy ra m = 0,365. Bài tập vận dụngBài 6: Nhỏ 1 giọt HCl 3,4.10-3M vào 300,00mL H2O. Tính pH của dung dịch biết thể tích của 1 giọt axitlà 0,0300 mL.Bài 7: Trộn 20,00mL HCl 0,020M với 30,00mL dung dịch CH3COOH 0,150M. Tính pH của hỗn hợpthu được.Bài 8: Tính pH của dung dịch Na2SO4 0,010MBài 9: Tính số gam NH4Cl cần lấy để khi hòa tan vào 250mL nước thì pH của dung dịch thu được bằng5,0 [Coi thể tích không thay đổi trong quá trình hòa tan].Bài 10:a] Tính độ điện li của dung dịch axit HA [dung dịch A] có pH= 3,00 biết pKa = 5,00b] Nếu pha loãng dung dịch A gấp 5 lần thì độ điện li của HA sẽ bằng bao nhiêu? Tính pH của dung dịchthu được.Bài 11: Tính độ điện li của CH3COOH trong dung dịch CH3COOH 0,100M khi có mặt NaOH 0,005M.Bài 12: Thêm 0,03mL dung dịch KOH 0,084M vào 100mL dung dịch HCOOH 2,45.10-5M. Tính pH củadung dịch thu được[ coi thể tích thay đổi không đáng kể khi thêm KOH].Bài 13: Tính pH và nồng độ cân bằng các cấu tử trong dung dịch thu được khi trộn 50,00mL NH32,00.10-3M với 50,00mL dung dịch H2SO4 2,00.10-3M.Bài 14: Tính pH và cân bằng trong hệ gồm HCl 0,010M và H2S 0,10M.Bài 15:a, Tính pH của dung dịch gồm H3AsO4 0,10M và CH3COOH 0,050M.b, Tính độ điện li của axit axetic trong hỗn hợp đó.Bài 16: Tính pH trong hỗn hợp gồm H3PO4 0,010 và NaHSO4 0,010M.Bài 17: Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch axit tactric H2C4H4O6[H2A] 0,03MBài 18: Tính pH của hỗn hợp thu được khi trộn 40,00mL NH3 0,25M với 60,00mL Na2CO3 0,15M.Bài 19: a, Tính thể tích NaOH 0,025M cần để trung hòa hoàn toàn 25,mL dung dịch H3AsO4 0,02M. TínhpH tại thời điểm đó.b, Tính thể tích NaOH 0,025M để trung hòa 25mL dung dịch H3AsO4 trên đến pH1 = 6,94 và đến pH2 =9,22.Bài 20: Tính số gam Na2HPO4.12H2O phải hòa tan trong 100mL dung dịch H3PO4 0,05M sao cho pHcủa dung dịch thu được bằng 4,68 [bỏ qua sự thay đổi thể tích].Bài 21: Tính số mL dung dịch [NH4]2SO4 0,1M cần phải thêm vào 100mL dung dịch Na2S 0,1M để pHcủa hệ giảm 0,76 đơn vị.Bài 22:a, Trộn 50mL dung dịch HCl 0,3M với 100mL dung dịch NH3 0,3M thu được dung dịch A. Tính pH củadung dịch A.b, Thêm 0,15mmol HCl vào dung dịch A thì pH của dung dịch thu được sẽ bằng bao nhiêu?c, Thêm 0,15mmol NaOH vào dung dịch A. Tính pH của hỗn hợp thu được.Bài 23:a, Tính đệm năng của dung dịch axit axetic 0,2M và natri axetat 0,5M.b, Từ giá trị đệm năng đó hãy tính pH của hệ sau khi thêm vào một lít dung dịch đệm trên:1. 0,01mol HCl;2. 0,01mol NaOHBài 24: Hãy điều chế dung dịch đệm có pH = 5,00 đi từ dung dịch CH3COOH 0,2M và muốiCH3COONa rắn.Bài 25: Thêm rất chậm 20,00mL HCl 0,075M vào 30mL dung dịch Na2CO3 0,05M. Hãy chứng tỏ rằngdung dịch thu được có thể làm dung dịch đệm.Chương 2. PHẢN ỨNG TẠO HỢP CHẤT ÍT TAN1. Các khái niệm3.1.3. Độ tan của chất ít tanKhi hòa tan hợp chất ít tan MmAn vào nước, dưới tác dụng của các phân tử nước phân cực thì các ion Mn+,Am- sẽ bị hidrat hóa và chuyển vào dung dịch dưới dạng phức chất aquơ [M[H2O]x]n+, [A[H2O]y]m-. Đếnmột lúc nào đó thì tốc độ của hai quá trình thuận và nghịch bằng nhau và có cân bằng thiết lập giữa pharắn và dung dịch bão hòa:MmAn ↓ + [mx+ny] H2Om M[H2O]xn+ + n A[H2O]ymPha rắndung dịch bão hòaNồng độ của chất điện li trong dung dịch bão hòa được gọi là độ tan, kí hiệu là S. Độ tan có thể được biểudiễn bằng các đơn vị khác nhau: mol/L; g/L; g/100g dung dịch nhưng thường được biểu diễn bằng mol/L.Độ tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất của chất tan và dung môi, nhiệt độ, áp suất, trạng thái vật lícủa pha rắn…3.1.4. Tích số tanTích số tan là tích số hoạt độ của các ion trong dung dịch bão hòa với số mũ thích hợp tại một nhiệt độxác định.Có thể viết cân bằng dưới dạng:MmAn ↓m Mn+ + n AmKSÁp dụng định luật tác dụng khối lượng cho cân bằng :KS = [Mn+]m. [Am-]nTrong đó [i] là hoạt độ của ion i.KS được gọi là tích số tan.Tích số tan càng lớn thì kết tủa có khả năng tan càng nhiều và ngược lại.3.1.5. Tích số tan điều kiệnĐể thuận tiện cho việc đánh giá gần đúng độ tan trong các trường hợp phức tạp có xảy ra các quá trìnhphụ, người ta sử dụng tích số tan điều kiện. Cũng như hằng số tạo thành điều kiện, tích số tan điều kiệnchỉ áp dụng cho một số điều kiện thực nghiệm xác định [lực ion, pH, chất tạo phức phụ…]. Tích số tannồng độ chính là tích số tan điều kiện ở lực ion và điều kiện đã cho. Trong biểu thức tích số tan điều kiện,hoạt độ của các ion được thay bằng nồng độ các dạng tồn tại trong dung dịch của mỗi ion.Đối với trường hợp tổng quát, đơn giản cân bằng trong dung dịch chứa kết tủa MA:MA↓M + AKsCác quá trình phụ:*β MOHM + H2OMOH + H+A + H+HAKa-1M + XMXβĐộ tan của MA phụ thuộc vào pH và nồng độ chất tạo phức phụ X. Ở điều kiện cố định pH và nồng độcủa X có thể tính được tích số tan điều kiện Ks’:Ks’ = [M]’[A]’Trong đó:*[M]’= [M] +[MOH] + [MX] = [M] + β MOH .[M].[H+]-1 + β.[M].[X][A]’ = [A] + [HA] = [A] + Ka-1.[A].[H+] = [A].[1 + Ka-1 .[H+]]*Do đó:Ks’ = [M] [ 1 + β MOH .[H+]-1 + β.[X]].[A] [ 1+ Ka-1.[H+]]Hay:Ks’ = Ks.[ 1 + β MOH .[H+]-1 + β.[X]] [ 1+ Ka-1.[H+]]Suy ra:Ks’ = Ks. αM .αAỞ đây:αM = [ 1+ β*MOH+ .[H+]-1 + β.[X]] ; αA = [ 1+ Ka-1.[H+]]Nếu cho pH và nồng độ chất tạo phức X ta có thể tính được Ks’ và từ đó tính độ tan của kết tủa theoĐLTDKL áp dụng cho Ks’ thay thế cho Ks.2. Các yếu tố ảnh hưởng*4.1.1. Sự có mặt của ion chungSự có mặt của ion đồng dạng làm giảm độ tan các chất, làm cân bằng hòa tan chuyển dịch theo chiềunghịch.4.1.2. Ảnh hưởng của pHĐể thuận tiện cho việc đánh giá gần đúng độ tan trong các trường hợp phức tạp có xảy ra các quá'trình phụ, người ta sử dụng tích số tan điều kiện [ K s ].M3A3M+ + A3Xem M+ không hình thành phức hidroxo và A3- là gốc axit yếu.H2OH+ + OH-K H 2OA3- + H+HA2Ka3-1HA2- + H+H2AKa2-1H2A- + H+H3AKa1-1CA3- = [A3- ] + [HA2- ] + [H2A- ] + [H3A]= [A3- ] + [H+]. [A3- ] . Ka3-1 + [H+]2. [A3- ]. Ka2-1. Ka3-1 + [H+].3[A3- ]. Ka3-1 Ka2-1. Ka1-1CA3Với= [A3- ] [1+ [H+]. Ka3-1 + [H+]2. Ka2-1. Ka3-1 + [H+].3 Ka3-1 Ka2-1. Ka1-1] = [A3- ]. α A3−α A3−= 1+ [H+]. Ka3-1 + [H+]2. Ka2-1. Ka3-1 + [H+].3 Ka3-1 Ka2-1. Ka1-14.1.3. Ảnh hưởng của sự tạo phức3. Một số bài tập áp dụngBài 1: Tính độ tan của Ca3[PO4]2 trong nước ở 200C biết rằng ở nhiệt độ đó K S [Ca3 [ PO4 ]2 ] = 10-32,5.GiảiCa3[PO4]2 tan ít trong nước và khi tan phân li theo phương trình:Ca3[PO4]23Ca2+ + 2PO43= [Ca2+]3[PO43-]2Gọi độ tan của Ca3[PO4]2 là S thì ta có:[Ca2+] = 3S; [PO43-] = 2S2+ 3Vậy: = [Ca ] [PO43-]2 = [3S]3[2S]2 = 33.22.S5K [Ca [ PO ]10−32,5Do đó: S = 5 S 33 2 4 2 = 5 3 23 .23 .2lgS = [ -32,5 – 3lg3- 2lg2]/5 = -6,9 → S = 10-6,9 = 1,3.10-7MBài 2: Tính độ tan của PbSO4 trong nước nguyên chất và trong dung dịch Na2SO4 10-2M cho biết =1,6.10-8 .Giải:Độ tan của PbSO4 trong nước nguyên chất:PbSO4Pb2+ + SO42S =K S [ PbSO4 ] = 1, 6.10−8= 1,26.10-4 M.Độ tan của PbSO4 trong dung dịch Na2SO4 10-2M.Gọi độ tan là S thì:Na2SO4 → 2Na+ + SO42PbSO4Pb2+ + SO42Do đó:[Pb2+] = S[SO42-] = [ S+ 10-2]= [Pb2+].[SO42-] = S[ S+ 10-2]Giả sử S