Bài giảng Kỹ thuật phòng thí nghiệm & Cơ sở lý thuyết Hóa phân tích 1 - Trần Mai Liên

8/20/2019 Bài giảng Kỹ thuật phòng thí nghiệm & Cơ sở lý thuyết Hóa phân tích 1 - Trần Mai Liên

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-ky-thuat-phong-thi-nghiem-co-so-ly-thuyet-hoa 1/262

Kỹ thuật phòng thí nghiệm

Trần Mai Liên Kỹ thuật phòng thí nghiệm 1



Giới thiệu môn học

Phân bố thời gian: 50% lý thuyết – 50% thực hành

Mục tiêu môn học: nắm vững cách sử dụng dụng

cụ, thiết bị phòng thí nghiệm, xử lý các kết quả thu

được sau khi làm thí nghiệm và tổ chức tiến hành


cho bài thí nghiệm

Tài liệu học tập:

K ỹ thu ật phòng thí nghi ệm – Trần Ngọc Mai, Lê

Chí Kiên, Bùi Thế Phiệt – NXB ĐH&THCN, 1982

Bài giảng



Nội dung chi tiết môn học

Chương1: Mở đầu

Chương 2: Số đo trong đo lường

Chương 3: Dụng cụ đo thể tích và tỷ trọng


ương : ụng cụ o n , m, p su ,pH

Chương 5: Một số thiết bị thông thường –

Phương pháp sử dụng và hiệu chuẩnChương 6: Kỹ thuật an toàn phòng thí nghiệm



Chương 1: Mở đầu

Giới thiệu môn học và phòng thí nghiệm

Qui chế làm việc trong phòng thí nghiệm


Tham quan các phòng thí nghiệm



Giới thiệu môn học và PTN

Nắm vững các kiến thức về kỹ thuật PTN

để kết quả TN thu được đáng tin cậy.

PTN:


ng r , n s ng Tránh nơi dễ bị ô nhiễm

Không tập trung quá đông người

Hệ thống thông gió tốt Hệ thống ống dẫn nước



Lập kế hoạch hợp lý cho công việc của

mình

Tiến hành mọi công việc một cách chính

Qui chế làm việc trong PTN


Cần làm việc nhanh nhưng không vội

vàng

Tuân theo mọi biện pháp an toàn vớichất độc, chất dễ cháy, chất nổ…



Tham quan các PTN

Khi tham quan những PTN khác cần tìmhiểu tất cả những cái mới trong các phòng

đó để tận dụng những kinh nghiệm, bởi vì


cách thức tổ chức PTN là do kinh nghiệm

thực tế của nhiều người nghiên cứu



Lab








Chương 2: Số đo trong đo lường

2.1 Phương pháp sử dụng cân2.2 Cách pha chế dung dịch


2.3 Hiệu chu n một s dung dịch chu n



2.1 Phương pháp sử dụng cân

Tùy vào mức độ chính xác khi cân:

Cân thô (độ chính xác đến gam)

Cân chính xác (độ chính xác từ 1 đến


Cân phân tích



Cân thô Có nhiều loại: cân đòn,

cân đĩ a Trước khi cân phải

kiểm tra vị trí cân, độ


Các vật liệu cân đặt lêndụng cụ: hộp, máng,bình, cốc

Không làm rơi hóa chấtlên cân



Cân kỹ thuật




Cân phân tích

Độ chính xác:

0,0001g Cần cân trước trên

cân kỹ thuật đ


biết khối lượnggần đúng, tránhquá tải cho cân PT



Cân phân tích




Cân phân tích




2.2 Cách pha chế dung dịch

Mỗi chất có độ tan khác nhau. Ví dụ:

CaSO4 có độ tan ở nhiệt độ phòng là0,77g/l (dung dịch bão hòa)


nhỏ (không áp dụng với những chất dễ hút ẩm)

Sử dụng dung môi tinh khiết để pha chế Dụng cụ pha chế phải được làm sạch



Các dung dịch pha chế xongcần kiểm tra lại nồng độ

2.2 Cách pha chế dung dịch


o qu n ung c saupha: Sử dụng các dụng cụ thích hợp để chứa đựng cáchóa chất (chai màu, chai cóchất liệu thích hợp)



2.3 Hiệu chuẩn một số dung dịch

Ficxanal (pha chế dung dịch chuẩn)

Thuốc thử (muối, axit, baz) đã được cânchính xác, pha chế sẵn hàm lượng trongcác am un thủ tinh. Lư n thuốc thử nà


cần thiết để pha chế 1l dung dịch nồng độ 0,1N hoặc 0,001N

Dùng Ficxanal trong trường hợp cần pha

chế nhanh những dung dịch có nồng độ chính xác






Chuẩn độ lại dung dịch sau khi pha:

Dung dịch chuẩn độ là những dd mới pha chế Kiểm tra thường xuyên nồng độ của các dd sau khi

pha

2.3 Hiệu chuẩn một số dung dịch


Những dung dịch d chịu tác động của ánh sáng (AgNO3, KI…) phải chứa trong chai màu tối

Sử dụng những chất đã biết nồng độ chính xác để chuẩn độ

Thao tác chuẩn độ




22 February 2016 Kỹ thuật phòng thí nghiệm 1



Chương 3: Dụng cụ đo thể tích và tỷ trọng

3.1 Dụng cụ đo thể tích

3.2 Dụng cụ, phương pháp đo tỷ trọng




3.1 Dụng cụ đo thể tích

Bình định mức Pipet


Ống đong



3.2 Dụng cụ, phương pháp đo tỷ trọng

Tỷ trọng (tỷ khối) là tỷ số giữa khối

lượng riêng của một chất với khối lượng

riêng của một chất khác ở những điều


kiện xác định

Có thể xác định tỷ trọng của chất lỏng

nhờ phù kế, tỷ trọng kế, cân đặc biệt…



Xác định tỷ khối bằng phù kế




Đo tỷ trọng




Khi sử dụng phù kế cần chú ý:

Không rót chất lỏng vào xilanh đến mép

Chỉ thả phù kế khỏi tay khi biết chắc chắn

Xácđị

nh tỷ kh

ối bằng phù k

ế


Phù kế phải nằm giữa xilanh

Sau khi xác định phù kế phải được rửasạch



Xác định tỷ khối bằng tỷ khối kế

Cân tỷ khối kế trống (P)

Cân tỷ khối kế có nước cất (P2) Cân tỷ khối kế có chất lỏng nghiên cứu (P1)


PP

PPd

−

−

=

2

1







Chương 4: Dụng cụ đo nhiệt độ, độ ẩm,

áp suất, pH

4.1 Cách đo nhiệt độ

4.2 Cách đo độ ẩm


. c o p su4.4 Cách đo pH của một số chất lỏng




Dụng cụ đo nhiệt độ: nhiệt kế:

Nhiệt kế co dãn: đo sự biến thiên thể tích của vậtthể khi nhiệt độ biến thiên.

Nhiệt kế áp suất: đo sự thay đổi của áp suất theonhi t đ


Nhiệt kế điện Nhiệt kế quang học

Nhiệt kế hóa học



Khi đo nhiệt độ của chất lỏng cần chú ý:

Nhúng nk vào chất lỏng sao cho nó ở vị trí giữa

thành bình, tuyệt đối không để nk chạm vào thànhbình



Giữ nk trong chất lỏng đến khi nào cột thủy ngânđứng yên

Khi đọc số trên vạch chia của nk, mắt phải đặt

ngang hàng với thủy ngân Sau khi đo xong để nk trở về nđ phòng và lau sạch

nk



4.2 Cách đo áp suất

Dụng cụ đo áp suất: ápkế Dụng cụ đo áp suất:

barometer Dựa trên nguyên tắc đo lực


diện tích bề mặt. Để cânbằng với lực này người tadùng chất lỏng hoặc một lòxo

Muốn đo chính xác áp suấtphải xác định nhiệt độ xungquanh



Đo áp suất




4.4 Cách đo pH của một chất lỏng

Giấy chỉ thị pH

Máy đo pH




Giấy pH




Đo pH




Máy pH






Ch 5 Một ố thiết bị thô th ờ



Chương 5: Một số thiết bị thông thường

– Phương pháp sử dụng và hiệu chuẩn

5.1 Dụng cụ thủy tinh PTN – Phương pháp

làm sạch dụng cụ thủy tinh


.

thể tích: pipet, bình định mức, buret

5.2 Kỹ thuật lọc, tách, chiết

5.3 Chưng cất

5 1 D thủ ti h PTN Ph



5.1 Dụng cụ thủy tinh PTN – Phương

pháp làm sạch dụng cụ thủy tinh Dụng cụ thủy tinh có công dụng chung

Ống nghiệm Phễu Phễu chiết


Ống nhỏ giọt Cốc Bình cầu đáy bằng Bình nón Ống sinh hàn



Ống nghiệm




Ống nghiệm




Phễu (funnel)




Lọc


Ố



Ống nhỏ giọt


ễ ế



Phễu chiết


ế



Chiết


C ế



Chiết


Chiế



Chiết


Chiế



Chiết


Một ố d thủ ti h



Một số dụng cụ thủy tinh





Si h hà



Sinh hàn





Dụng cụ thủy tinh có công dụng riêng

Bình cầu đáy tròn Bình kendan Bình chưn cất

ụ g ụ y g

pháp làm sạch dụng cụ thủy tinh


Bình hút ẩm Cột cất phân đoạn Pipet

Buret Bình định mức

Pipet



Pipet


Pipet



Pipet





Micropipet



Micropipet


Buret bình định mức



Buret, bình định mức


Bình hút ẩm



Bình hút ẩm





Phương pháp làm sạch dụng cụ thủy tinh

Biết chất làm bẩn dụng cụ Sử dụng chất hòa tan chất bẩn, tạo thành

các hợp chất dễ tan

pháp làm sạch dụng cụ thủy tinh


Sử dụng các chất hoạt động bề mặt (xàphòng, chất rửa tổng hợp…) Sử dụng phương pháp cơ học (chổi, cọ…) Nên sử dụng hóa chất rẻ tiền để làm sạch

dụng cụ

Chổi cọ



Chổi cọ


PP cơ học và lí học làm sạch dụng cụ



PP cơ học và lí học làm sạch dụng cụ

Rửa bằng nước: khi chất bẩn không là nhựa,chất béo hoặc các chất không tan trong nước

Dụng cụ thủy tinh gọi là sạch khi trên bề mặtkhông đọng những giọt nước


Sau khi rửa sạch, tráng dụng cụ bằng nước cất2, 3 lần

Rửa bằng hơi nước

Rửa bằng dung môi hữu cơ: ete dietylic, axeton,rượu… Làm sạch những chất nhựa, chất khôngtan trong nước

PP hóa học làm sạch dụng cụ



PP hóa học làm sạch dụng cụ

Rửa bằng hỗn hợp sunfocromic: thêm

5% (theo khối lượng H2SO4) K2Cr2O7tinh thể đã nghiền thành bột vào H2SO4đặc, đun sôi trong nồi cách thủy cho tan


Hỗn hợp sunfocromic được dùng rất lâu,đến khi màu vàng chuyển thành màuxanh đen

Rửa bằng dd KMnO4 4% Rửa bằng hh HCl và H2O2

Dung dịch rửa



Dung dịch rửa


5.2 Xác định sai số của một số dụng cụ



đo thể tích (pipet, bình định mức, buret Bất kỳ một dụng cụ đo thể tích nào trước khi

sử dụng đều phải kiểm tra lại Rửa sạch dụng cụ


5.2 Xác định sai số của một số dụng cụ đo thể tích (pipet bình định mức buret



đo thể tích (pipet, bình định mức, buret


Hiệu chỉ nh buret, pipet, bình định mức



ệ , p p , ị

Cách xác định:

Lấy một thể tích chính xác nước cất vàobằng dụng cụ cần kiểm tra


. ,

của nước suy ra thể tích Chú ý tiến hành phép thử ở nhiệt độ ghi

trên dụng cụ




ỹ ậ ọ , ,

Lọc: Các yếu tố ảnh hưởng; độ nhớt, nhiệt độ, áp

suất, kích thước hạt Vật liệu lọc:


,

không tàn (khối lượng tro 0,00007g/ tờ) Giấy lọc băng đỏ: lọc nhanh, đường kính lỗ

10mm Giấy lọc băng trắng: lọc trung bình, đường kính

lỗ 3mm Giấy lọc băng xanh: lọc mịn, đường kính lỗ 1 –

2,5mm




Các kỹ thuật lọc:

Lọc thường Lọc chân không

ỹ ậ ọ , ,





Kỹ thuật chiết:

Cơ sở của phương pháp: định luật phân bố Nguyên tắc chiết: chiết nhiều lần bằng

ỹ ậ ọ , ,


cùng một lúc toàn bộ lượng dung môi đó vàchiết một lần

Kỹ thuật chiết



ỹ ậ


5.3 Chưng cất



g

Chưng cất dưới áp suất thường:

Áp dụng cho những chất khi đun nóngkhông bị phân hủy, chất lỏng có nhiệt độ sôikhôn uá cao


Những điểm cần chú ý: Dụng cụ chưng cất phải lắp đúng Những chất lỏng dễ cháy cần đun cách ngọn

lửa Nhiệt kế lắp dọc theo bình cầu

Chưng cất



g


5.3 Chưng cất



Chưng cất chân không:

Áp dụng với chất lỏng khi ở điều kiệnthường nó có nhiệt độ sôi quá cao hoặc khiđun nón đến nhi t đ cao nó b hân hủ


Chưng cất








Chương 6: Kỹ thuật an toàn PTN



6.1 Hướng dẫn làm việc với các chất độc hại

6.2 Phương pháp cứu chữa sơ bộ


. ,

trong PTN

6.1 Hướng dẫn làm việc với các



chất độc hại Phải làm việc trong tủ hút

Luôn có mặt nạ phòng độc, gang tay,kính…


t qu t c v c p c u trong p ng t

nghiệm

Không được để chất độc dây lên tay

Thu hồi, xử lý chất độc sau khi sử dụng,không được xả vào bồn nước

6.2 Phương pháp cứu chữa sơ bộ



Trong PTN thường gặp các sự cố: đứt

tay do thủy tinh, bỏng do hóc chất cầncấp cứu ngay. Nếu chấn thương đặc biệt


Nếu bị thương do thủy tinh thì phải gắpthủy tinh ra khỏi vết thương, bôi lên vếtthương dd iot 3%, băng vết thương lại

6.3 Phương pháp PCCC trong PTN



Sử dụng đúng cách các vật liệu, hóa

chất dễ gây cháy nổ Không để các hóa chất dễ bắt cháy gần


, ,

đèn… Nếu xảy ra cháy cần sử dụng các vật

liệu chữa cháy kịp thời: nước, cát, CO2

Các dấu hiệu thường gặp trong PTN



Dấu hiệu nguy hiểm về điện


Vật liệu d cháy

Dấu hiệu cấm lửa (cảnh báo xung quanh

đang có vật dễ cháy)




Dấu hiệu chất ăn mòn: thường là những acid hoặcbazơ. Chúng nguy hiểm cho da của bạn, cho cácmàng nhầy trong mũi và cơ thể nếu hít phải. Cần dùngnhững vật dụng thích hợp để chứa các chất này


chữa cháy

Dấu hiệu hóa chất độc




Dấu hiệu nước không dùng để uống

Trần Mai Liên K

ỹ thu

ật phòng thí nghi

ệm

8

.

Dấu hiệu chất dễ nổ




Dấu hiệu chất phóng xạ


container hóa chất, cảnh báo nguy hiểm cho sức

khỏe, dễ cháy, nổ….)

Dấu hiệu chất sinh học nguy hiểm cho vật chất tế

bào, cơ thể sống



CƠ SỞ LÝ THUYẾTHÓA PHÂN TÍCH 1

Trần Mai Liên Analytical Chemistry 1 1

GV: Trần Mai Liên

NỘI DUNG



Chương 1: Nhập môn hóa phân tíchChương 2: Cân bằng hóa học

Chương 3: Phản ứng axit - bazơ

Chương 4: Phản ứng phức chất


ương : n ng a

Chương 6: Phản ứng oxy hóa khử

Chương 7: Cân bằng giữa hai dung môi không trộn lẫn

- Sự chiết

GIỚI THIỆU CHUNG



Fields of chemistry

Physical chemistry

Analytical chemistry


Organic chemistry

Inorganic chemistry

Biological chemistry

HÓA PHÂN TÍCH (Analytical chemistry)




Chươ ng 1: Nhập môn hóa phân tích (3 tiết)



1.1. Tóm tắt lịch sử phát triển

1.2. Định ngh ĩ a, thuật ngữ, phân loại.


1.1. Tóm tắt lịch sử phát triển




1.2. Định ngh ĩ a, thuật ngữ, phân loại

Hóa phân tích (ANALYTICAL CHEMISTRY ) là gì?



Hóa phân tích (ANALYTICAL CHEMISTRY ) là gì? Khoa học của các phép đo hóa học

Hóa phân trả lời được câu hỏi gì?

Mẫu chứa những thành phần nào? – Phân tích địnhtính (qualitative analysis) (What?) –


tích định lượng (quantitative analysis) – (How much?) Các kỹ thuật nào được sử dụng trong hóa phân tích?

Phương pháp hóa học: Chuẩn độ (titrations), PP trọnglượng (precipitations)…

Phương pháp phân tích công cụ: PP Phổ(spectrometry), PP sắc ký (chromatography)…


Cơ sở của Phương pháp phát hiện chất phân tích:



Cơ sở của Phương pháp phát hiện chất phân tích: Khối lượng, kết tủa Màu sắc

Sự khúc xạ ánh sáng Khả năng dẫn nhiệt


Sự phát xạ Sự trao đổi e Phổ khối lượng

` 1.2. Định ngh ĩ a, thuật ngữ, phân loại

Tính đặc trưng và tính chọn lọc?



Tính đặc trưng và tính chọn lọc? Các phản ứng hoặc kỹ thuật chỉ được thực hiện với

một chất → đặc trưng (specific)

Các phản ứng hoặc kỹ thuật được áp dụng cho một sốchất → chọn lọc (selective)


Chất nền (matrix): Tất cả thành phần của mẫu chứa chất phân tích.

` 1.2. Định ngh ĩ a, thuật ngữ, phân loại

KẾT LUẬN:



KẾT LUẬN:

<Hóa phân tích> = {S, [Ci ], [Qi ] , [Ai ] , T}

Tron đó:


S = matrix systemCi = speciesQi = quantityA

i

= accuracyT = time

1.2. Định ngh ĩ a, thuật ngữ, phân loạiQui trình phân tích

1 ) Xây dựng cách đặt vấn đề:



1.) Xây dựng cách đặt vấn đề:Chuyển những vấn đề chung thành những vấn đề mang tính chất cụ thể

Ví d ụ: M ẫu n ướ c có an toàn để u ống hay không?

Hàm l ượ ng As trong m ẫu n ướ c đ ó là bao nhiêu?

2.) Chọn pp phân tích:a.) Khi chọn một phương pháp phân tích cần chú ý tới những vấn đề sau:


Giới hạn phát hiện Cách phân hủy mẫu

Mức độ khả thi, thời gian, giá thànhb.) Nếu có thể, phát triển một phương pháp mới

3.) Lấy mẫu:(i) Không sử dụng toàn bộ mẫu(ii) Cố định cách lấy cho cùng một mẫu


4 ) Chuẩn bị mẫu:ể ẫ ề



4.) Chuẩn bị mẫu:a. Chuyển mẫu về dạng thích hợp cho việc phântích

Hòa tan mẫu Cô đặc mẫu


b. Tách những thành phần có tương tác với chấtphân tích


5.) Phân tích:Xác định nồng độ chất phân tích



5.) Phân tích:Xác định nồng độ chất phân tích Đo lặp lại nhiều lần

Tránh sai số quá lớn Độ tin cậy của phép đo

Đường chuẩn


6.) Tính toán kết quả


Đơn vị đo Đơ n vị Ký hiệu SI tươ ng đươ ngThể í h li *10 3 3



Đơn vị đoTiền tố Ký

hiệuHệsố

Mega M 106

Kilo k 103

Hecto h 102

Deca da 101

Thể tích liter L *10-3 m3

milliliter mL *10-6 m3

Độ dài angstrom Å *10-10 m

inch In. *0.0254 m

Khối lượ ng pound lb *0.45359237 kg

metric ton *1000 kg

Trọng lự c dyne dyn *10-5 N

Áp suất bar bar *105 Pa


Deci d 10-1

Centi c 10-2

Milli m 10-3

Micro µµµµ 10-6

Nano n 10-9

Pico p 10-12

Femto f 10-15

Atto a 10-18

atmosphere atm *101325 Pa

torr Torr 133.322 Pa

pound/in2 psi 6894.76 PaNăng lượ ng erg erg *10-7 J

electron volt eV 1.602176462x10-19 J

calorie, thermochemical cal *4.184 J

Calorie (British) Cal *1000 cal = 4.184 kJ

British thermal unit Btu 1055.06 J

Công suất horsepower 745.700 W

Nhiệt độ Centigrade (= Celsius) oC *K - 273.15

Fahrenheit oF *1.8(K – 273.15) + 32




Các loại nồng độ ?

Công thức tính ?


Cách pha một dung dịch phân tích ?

1.3. Vai trò và ứng dụng của hóa phân tích

“Không có phân tích thì không có t ổng h ợp ”



g p g ổ g ợ p




CƠ SỞ LÝ THUYẾT

HÓA PHÂN TÍCH 1



Chươ ng 2: Cân bằng hóa học

2.1. Cân bằng hóa học



g ọ2.2. Hoạt độ, nồng độ, hệ số hoạt độ

2.3. Tính định lượng của cân bằng hóa học2.4. Khái niệm về hằng số cân bằng điều kiện


2.1. Cân bằng hóa học

Phản ứng thuận nghịch?Trạng thái cân bằng hóa học?



g ậ g ị Trạng thái cân bằng hóa học? Mục đích của việc nghiên cứu trạng thái cân

bằng hóa h

ọc?

Hằng số cân bằng và mức độ diễn ra của phảnứn hóa học?


Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học? Nguyên lý chuyển dịch cân bằng?

A and B disappearing



Equilibrium

concentration


0 TimeInitial

state Change Equilibrium

Progress of chemical reaction. A+B = C+D

aA + bB + → cC + dD +



aA + bB + … → cC + dD + …

...][][...][][

ba

d c

B A DC K =


2.2. Hoạt độ, nồng độ, hệ số hoạt độ

Hoạt độ: a = f C



a = f.C C: nồng độ (mol/L) f: hệ số hoạt độ (phụ thuộc vào lực ion µ)

Lực ion µ:


điện tích là Z1

, Z2

, …, Zi

nồng độ của từng cấu tử C1, C2, …, Ci

i

i

ii C Z .2

1

1

2

∑==

⇒ µ

Nếu µ = 0 → dung dịch rất loãng, tương tác khôngđáng kể → f = 1 → a = C



g Nếu µ ≤ 0,02 thì:

µ 2

2

1log ii Z f −=


, ,

Nếu µ > 0,2 thì:

(A: hệ số thực nghiệm)

µ +

−=

1

5,0log i

i f

µ

µ

µ .

1

5,0log2

A Z

f i

i +

+

−=

Một số bài tập tính hoạt độ

Bài 1: Tính a của Al3+

và SO4

2-

trong dung dịch hỗn hợpAl2(SO4)3 10-3M và (NH4)2SO4 10-3M



2( 4)3 ( 4)2 4


2.3 Hằng số cân bằng điều kiện

Trong dung dịch tồn tại nhiều cấu tử, ngoài phản ứngchính còn có thể có các phản ứng phụ → nồng độ của



p g p gcác cấu tử tham gia pư chính thay đổi.


KHằng số CB

K’Hằng số CB điều kiện

Ví dụ: Dung dịch complexonat của niken: NiY2-

nếu cómặt NH3, H+ thì có pư phụ. Cụ thể như sau:



ặ 3, p p ụ ụ

Trong dung dịch NiY2- phân ly theo pt:

NiY2-⇋

Ni2+

+ Y4-

Vì dung dịch có NH3 nên có pư phụ:


Ni + + NH3⇋ Ni(NH3) +

Ni(NH3)2+ + NH3⇋ Ni(NH3)22+

…

Ni(NH3)52+ + NH3⇋ Ni(NH3)6

2+

Gọi [Ni2+]’ là nồng độ của Ni2+ do phức (NiY2-) phân ly.

Ni2+

tồn tại tự doNi(NH3)2+

Ni(NH ) 2+



[Ni2+

]’

3Ni(NH3)52+

Ni(NH3)42+

Ni(NH3)22+


Ni(NH3)62+

Ni(NH3)32+

[Ni2+]’ = [Ni2+] + [Ni(NH3)2+] + [Ni(NH3)22+] + … + [Ni(NH3)6

2+]

)(

2

32

1].[

NH Ni

Ni+

+

=

α

Trong dung dịch có H+

nên có pư phụ giữa H+

và Y4-

:Y4- + H+⇋ HY3-



HY3- + H+⇋ H2Y2-

H2Y2-

+ H+⇋

H3Y-

H3Y- + H+⇋ H4Y

- ’ -


[Y4-

]’ = [Y4-

] + [HY3-

] + [H2Y2-

] + [H3Y-

] + [H4Y]

)(

4

4

1].[

+−

−

=

H Y

Y α

Khi đó, hằng số cân bằng điều kiện:4242 11]] [[]']' [[ −+−+

YNiYNi



)()()()(

2

42

2

42

43

243

2 .

1.

.

1.

][

]].[[

][

]']'.[['

+−++−+

===−

+

−

+

H Y NH Ni H Y NH Ni

K NiY

Y Ni

NiY

Y NiK

α α α α


C SỞ LÝ THUYẾT




HÓA PHÂN TÍCH 1



Chươ ng 3. Phản ứng axit - bazơ

3.1. Định ngh ĩ a về axit, bazơ3 2 Sự tự ion hóa của nước



3.2. Sự tự ion hóa của nước

3.3. Quan hệ Ka và Kb của một cặp axit – bazơ liên hợp

3.4. Tính pH của một số dung dịch


Khái niệm về axit và bazơ?Độ h ủ i à b ?



Độ mạnh của axit và bazơ?

pH là gì, tại s a o sử dụng thông số này? H của một s dun dịch axit, bazơ, mu i?


3.1 Khái niệm về axit, bazơ

Theo Arrhenius: Axit là chất khi hòa tan trong nước có khả năng phân ly



thành H+

Bazơ là chất khi hòa tan trong nước có khả năng phânly thành OH-

Nhận xét: đị nh n h ĩ a khôn t n uát


Theo Bronsted: Axit là chất c ó k hả năng cho H+

Bazơ là chất c ó k hả năng nhận H+

Axit H+ + Bazơ


Cặp axit bazơ liên hợp:

Axit Bazơ



Chú ý : Một chất chỉ thể hiện tính axit hoặc bazơ trong mộtdung môi có khả năng cho nhận H+

Axit Bazơ


Khí HCl Dung dịch HCl


H2O l à một dung môi điển hình: có khả năng cho và nhậnH+

Ví d Xét d dị h NH



Ví dụ: Xét dung dịch NH3

NH3 + H2O ⇋ NH4+ + OH-

+


bazơaxit

Cặp axit, bazơ liên hợp: NH4+ /NH3


NH4+ + H2O ⇋ NH3 + H3O+

H+



H+

CH3COO- + H2O ⇋ CH3COOH + OH-

H+


Tùy theo bản chất của dung môi, một chất có thể là axithoặc là bazơ

CH3COOH + NH3 ⇋ CH3COO- + NH4+

CH3COOH + HF⇋ CH3COOH2+ + F-

3.2 Sự ion hóa của nướ c

H2O vừa l à một axit vừa l à một bazơH2O + H2O ⇋ H3O+ + OH-

ằ ố ằ



Hằng số cân bằng:

2

2

3

][]].[[

O H OH O H K

−+

=


Vì nước phân ly rất ít nên coi [H2O] là hằng số:→ K.[H2O] = [H3O+].[OH-] = const = kH2O

KH2O là hằng số ion của nước (phụ thuộc vào nhiệt độ)

Ở 250

C: kH2O = 10-14 ↔ pKH2O = 14

3.3 Hằng số axit (Ka), hằng số bazơ (Kb) – Mối liên hệ

Xét một dung dịch axit:A + H2O ⇋ B + H3O+





(1) ]].[[]].[[

2

3

O H AO H BK

+

=


Thông qua giá trị Ka có thể xác định độ mạnh, yếu củaaxit?

aK A

O H B

O H K ==↔

+

][

]].[[

].[ )1(

3

2

Ka là hằng số axit; pKa = -logKa


Tươ

ng tự

vớ

i bazơ

:

][

]].[[].[ 2

B

OH AO H K K b

−

==



Đa axit: phân tử chứa nhiều hơn 2 H → phân ly nhiềunấc, mỗi nấc c ó một hằng số

][ B


H3PO4 + H2O ⇋ H2PO4- + H3O+ pKa1 = 2,12

H2PO4- + H2O ⇋ HPO4

2- + H3O+ pKa2 = 7,21HPO4

2- + H2O ⇋ PO43- + H3O+ pKa3 = 12,36

Đa bazơ: PO43-…, có pKb1, pKb2, pKb3


Quan hệ

giữ

a Ka và Kb của m

ột c

ặp axit / baz

ơliên h

ợp

]] [[]] [[ −+

OHAOHB



143 10][

]].[[.

][

]].[[.

2=== O H ba K

B

OH A

A

O H BK K


a

Nhận xét: V ớ i m ột c ặp ax-bz liên h ợ p, axit càng m ạnh thì baz ơ càng y ếu và ng ượ c l ại


Phương trình bảo toàn proton: Nguyên tắc: Số mol proton axit cho bằng số mol proton

bazơ nhận



bazơ nhận Ví dụ 1:

H2O + H2O ⇋ H3O+ + OH-

+ = -


H2OOH- H3O+- H+ + H+


Ví dụ 2: dung dịch HCl có nồng độ C(mol/L) Trong dd tồn tại 2 c â n bằng:

HCl + H O ⇋ Cl- + H O+



HCl + H2O ⇋ Cl + H3O+

H2O + H

2O ⇋ H

3O+ + OH-

Cl- OH-


HCl, H2O- H+

+ H+

H3O+

[H3O+

] = [OH-

] + [Cl-

]= [OH-] + C


Ví dụ 3: dung dịch hỗn hợp HCl (C1) v à C H

3COOH (C

2)

Các cân bằng trong dung dịchHCl + H O ⇋ H O+ + Cl-



HCl + H2O ⇋ H3O+ + ClCH

3COOH + H

2O ⇋ CH

3COO- + H

3O+

H2O + H2O ⇋ H3O+ + OH-


HCl, CH3COOH, H2O

- H+

+ H+

H3O+

Cl-, CH3COO-, OH-

[H3O]+ = [OH-] + [Cl-] + [CH3COO-]

≠ C2= C1


Ví dụ 4: dung dịch NH3

Các cân bằng:NH3 + H2O⇋ NH4

+ + OH-



H2O + H2O ⇋ H3O+ + OH-

PTBT proton: (NH3, H2O)[OH-] = [NH4

+] + [H3O+]- -


, 3

Các cân bằng:

CN- + H2O⇋ HCN + OH-

CH3COO- + H2O⇋ CH3COOH + OH-

H2O + H2O ⇋ H3O+ + OH-

PTBT proton: (CN-

, CH3COO-

, H2O)[HCN] + [CH3COOH] + [H3O+] = [OH-]


Ví dụ 6: dung dịch H3PO

4 Ví dụ 7: dung dịch CO3

2-

Ví dụ 8: dung dịch NH CH COO



Ví dụ 8: dung dịch NH4CH3COO


3.4 pH của hệ đơ n axit, đơ n bazơ trong nướ c

pH của dung dịch axit mạnh Giả sử dung dịch axit mạnh HA, nồng độ Ca:

HA + H2O → A- + H3O+



H2O + H2O ⇋ H3O+ + OH-

Hoặc viết dưới dạng:HA → A- + H+

+ -


2

PT bảo toàn proton:

[H+] = [A-] + [OH-] = Ca + [OH-]

][][ 2

+

−

=

H

K OH

O H

][][ 2

+

+

+=

H

K C H

O H

a

...][

0].[][2

2

=⇒

=−−→

+

++

H

K H C H O H a

(*)


Biện luận: [H+] = [A-] + [OH-] = Ca

+ [OH-] Nếu Ca ≥ 10-6 → [OH-] « Ca khi đó:

[H+] = C



[H ] = Ca

Nếu Ca ≤ 10-8 → C

a« [OH-] khi đó:

[H+] = [OH-] = 10-7

- - *


a

Ví dụ: Tính pH của dung dịch HCl trong trường hợp 10-

3M, 10-7M, 10-9M


pH của dung dịch bazơ mạnh: BOH có nồng độ Cb

Cân bằng trong dung dịch:BOH → B+ + OH-



BOH B + OHH

2

O ⇋ H+ + OH-

PT bảo toàn proton:-


= = b

][][ 2

+

−

=

H K OH

O H

...][0].[][ 2

2

=⇒

=−+→

+

++

H K H C H O H b (**)


Biện luận: Nếu Cb ≥ 10-6 → pOH = -logCb

Nếu Cb ≤ 10-8 → pOH=7



Nếu Cb 10 pOH 7 Nếu 10-8 < C

b< 10-6 → giải p t bậc 2 (**)



pH của dung dịch đơn axit yếu: Giả sử dung dịch axit yếuHA,nồng độ Ca

Dung dịch có cân bằng:



HA⇋ H+ + A-

H2O ⇋ H+ + OH-

PT bảo toàn proton:


+ = - + -

Pt bảo toàn khối lượng:Ca = [HA] + [A-]

Pt hằng số axit:

][

]].[[

HA

A H

K a

−+

=


][][

][][

].[ −+

−+

+

+−

−

=⇒ OH H C

OH H

H K a

a

Coi [OH-] « [H+] (nước phân ly không đáng kể)



][

][].[

+

+

+

−

=⇒ H C

H H K

a

a

Coi [OH ] « [H+] (nước phân ly không đáng kể)


a

aC

H K

2][ +

=⇒

Giả sử [H+] « Ca

aa C K H .][ =⇒ +

)log(21

aa C pK pH −=

Một số ví dụ

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch CH3

COOH 0,1M; pKa

=4,75



Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch NH4Cl 0,1M; biết NH3 có

pKb = 4,75


Ví dụ 3: Tính pH của dung dịch axit salixilic 10-3M có pKa

= 3


pH của dung dịch bazơ yếu Giả sử dung dịch bazơ B, nồng độ Cb

Các cân bằng trong dung dịch:B H O BH+ OH



B + H2O⇋ BH+ + OH-

H2O ⇋ H+ + OH-

Pt bảo toàn proton


- = + Pt bảo toàn khối lượng:

Cb = [BH+] + [B] Pt hằng số Kb

][

]].[[

B

OH BH K

b

−+

=


][][][][.][

+−

+−

−

−

+−=⇒ H OH

H OH C K OH bb

T t h t ờ h it ế



Tương tự như trường hợp axit yếu:

[H+] « [OH-][OH-] « Cb


bb C K OH .][ 2=

−

)log(2

1bb C pK pOH −=

pH = 14 - pOH

Một số ví dụ

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch NH3

0,1M; pKb

= 4,75

Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch NaCN 0,01M biết pKHCN =



9,21


3.5 pH của hỗn hợ p axit và bazơ liên hợ p. Đệm năng

Ví dụ cặp axit, bazơ liên hợp ? Dung dịch đệm ?

Đị nh ngh ĩ a : dd đệm là những dd có pH thay đổi rất ít



khi thêm vào dd đó axit mạnh, bazơ mạnh hoặc pha

loãng dd. Giải thích?


Lập công thức tính pH của dd đệm: Giả sử có dd đệm

HA, nồng độ Ca

NaA, nồng độ Cb


Các cân bằng trong dung dịch:

HA⇋ H+ + A-

H2O ⇋ H+ + OH-

Pt hằng số Ka:



][

]].[[

HA

A H K a

−+

= (1)


Pt bảo toàn kh i lượng:[HA] + [A-] = Ca + Cb

→ [HA] = Ca + Cb – [A-] (2) Pt bảo toàn điện tích:

[Na+] + [H+] = [OH-] + [A-]→ [A-] = [H+] + [Na+] - [OH-]

= [H+] + Cb - [OH-] (3)


Từ (1), (2) và (3) có:

][][

][][.][

−+

−++

−+

+−=

OH H C

OH H C K H

b

aa

Thường thì [H+] và [OH-] ≪ C và C nên:



Thường thì [H+] và [OH-] ≪ Ca và Cb nên:

aa

C K H .][ =

+ aa

C pK pH log−=


b b

Ví dụ: Tính pH của các dung dịch sau: CH3COOH 0,1M và CH3COONa 0,1M CH3COOH 0,3M và CH3COONa 0,1M NH4Cl 0,1M và NH3 0,1M NH4Cl 0,1M và NH3 0,3M


Để thấy rõ tác dụng đệm của dung dịch, xét ví dụ: Ví dụ 1: pH của dung dịch CH3COOH 0,1M và

CH3COONa 0,1M thay đổi như thế nào khi thêm vào 1lít dung dịch này:



lít dung dịch này: 10-2 mol HCl 10-2 mol NaOH


Nhận xét: dung dịch đệm có cân bằngCH3COOH + H2O ⇋ CH3COO- + H3O+

Khi thêm vào dung dịch H+ hoặc OH- ???


pH của dung dịch đệm:

b

aa

C C pK pH log−=

= 4,75 - log1



= 4,75

Khi thêm 10-2 mol HCl vào dung dịch:

-


→ +

10-2 10-2

CH3COO- + H+ CH3COOH

Khi cân bằng 0,1 – 10-2 10-2 0,1 + 10-2

66,409,0

11,0log =−= a pK pH


Khi thêm 10-2 mol NaOH vào dung dịch:

NaOH → Na+ + OH-

10-2 10-2



CH3COOH + OH- CH3COO- + H2O


, – - - , – -

84,411,009,0log =−= a pK pH

K ết lu ận : Khi thêm vào 1 lít dung dịch đệm 0,01 mol HCl hoặc NaOHthì pH của dung dịch thay đổi ± 0,09 đơn vị

Nếu thêm 0,01 mol HCl hoặc NaOH vào 1 lít nước thì pH thay đổi ntn?


Ví dụ 2: p H của dung dịch NH4Cl 0,1M và NH3 0,1M thayđổi ntn khi thêm vào dung dịch

10-3 mol HCl10-3 mol KOH



10 3 mol KOH Ví dụ 3: p H của dung dịch NH4Cl 0,2M và NH3 0,2M thay

đ i ntn khi thêm vào dun dịch


10-3 mol HCl 10-3 mol KOH

Kết luận: Mỗi dung dịch đệm có khả năng đệm khác nhau

So sánh Ví dụ 1 và Ví dụ 2:

So sánh Ví dụ 2 và Ví dụ 3:


Đệm năng (β): số mol axit mạnh (hoặc bazơ mạnh) thêmvào một lít dung dịch đệm để pH của dung dịch đó thayđổi 1 đơn vị



dpH

dC b+= β

dpH dC a−= β và


Giả sử có dung dịch đệm:

HA Ca

NaA Cb

Pt hằng số axit:

][]].[[

HA A H K a

−+

= (1)


][][.][

−

+=

A HAK H a

Vì là hỗn hợp dung dịch đệm nên C C const C



dC b= =

dC b

Vì là hỗn hợp dung dịch đệm nên Ca + Cb = const = C

3.2−=dC b


dpH ])log[( +

− H d ])(ln[ +

H d

][

].[3.2

+

+

−=

H d

H dC b

][]..[3.2

+

+

−=

H d

dC H b


Pt bảo toàn điện tích:[Na+] + [H+] = [A+] + [OH-]Cb + [H+] = [A-] + [OH-]



Cb = -[H+] + [A-] + [OH-]


][][

.][

−

+

+

+

+

+−= OH K H

K C H

a

a

Lấy đạohàmcủa Cb theo [H+]:

22 )]([

.1][][

2

a

aO H

bK H

K C

H

K

H d

dC

+−−−= +++


Thường nước phân ly không đáng kể nên: [OH-] nhỏ có thể bỏ qua

+++=⇒

+

+

+

+ 2)]([

].[.

][][3,2 2

a

aO H

K H

H K C

H H

K

β



+

+=⇒+

+

+

2)]([].[.][3,2 a

K H H K C H β


Vì b

a

a C

C K H .][ =

+

+

+=⇒2

2

).(

..

.3,2

ab

a

a

b

aa

b

aa

K C

C

K

C

C K C

C

C K β


[H+] bỏ qua so với Ca, Cb

=⇒

2..

3,2 b

aa

C

C

C K C

β



+

2

).( ab

a

a K C

C

K


C

C C ba ..3,2=⇒ β

Một số ví dụ tính đệm năng của dung dịch

Ví dụ 1: Tính đệm năng của dung dịch CH3COOH 0,01M CH3COONa 0,01M



Ví dụ 2: Tính đệm năng của dung dịch CH3COOH 0,1M


CH3COONa 0,1M

So sánh khả năng đệm của2dungdịch trên

Trong VD2, nếu thêm 10-3mol HCl hoặc NaOH thì pH củadung dịch thay đổi như thế nào?

Một số ví dụ tính đệm năng của dung dịch

pH của dung dịch đệm trong trường hợp pha loãng thayđổi ít

aC pKpH log=

aapKpH log



b

aa

C pK pH log−=

b

a

a a pK pH log−=


3.6 pH của hỗn hợ p axit và bazơ không liên hợ p

Ví dụ? Tổng quát:

HA1 Ca (của hệ HA1 /A1) K1

A2 Cb (của hệ HA2/A2) K2



A2 Cb (của hệ HA2 /A2) K2


+ -


1 1

A2 + H2O ⇋ HA2 + OH-

H2O ⇋ H+ + OH-

Pt bảo toàn proton[HA2] + [H+] = [OH-] + [A1

-] (1)

Pt hằng số axit: HA2

][

]].[[

2

22

HA

A H K

−+

=

PT bảo toàn khối lượng với hệ HA /A -:




PT bảo toàn khối lượng với hệ HA2

/A2

:

[HA2] + [A2-] = Cb


][

])[].([

2

2

2 HA

HAC H K b −

=⇒+

K2.[HA2] = [H+].Cb - [H+].[HA2]

)2(][

].[][2

2 H K

C H HA b

+

+

+

=⇒


Pt hằng số axit: HA1

][

]].[[

1

11

HA

A H K

−+

=

PT bảo toàn khối lượng với hệ HA /A -:



PT bảo toàn khối lượng với hệ HA1

/A1

:

[HA1] + [A1-] = Ca


][

]].[[

1

1

1 −

−+

−

=⇒ AC

A H

K a

)3(][

.][

1

1

1 H K

K C A a

+

−

+

=⇒


[HA2] + [H+] = [OH-] + [A1-] (1)

)2(][

].[][

2

2 H K

C H HA b

+

+

+

=⇒



)3(.

][ 11

K C A a−

=⇒


1

][

.

][

].[

1

1

2

++

+

+

=

+ H K

K C

H K

H C ab


)(2

1.][ 2121 pK pK pK K H +=⇔=

+

Nếu Ca = Cb thì:



Nếu Ca = mCb thì:+


...][][

.

][1

1

2

=⇒+

=

+

+

++ H

H K

m

H K

Đồ thị logarit nồng độ

logCx




pH

Khẳng định được giá trị nhỏ bên cạnh giá trị lớn

→ rút gọn → đơn giản bài toán


Ví dụ: Vẽ đồ thị khi xác định pH của dung dịch axit yếu

HA, nồng độ Ca, hằng số axit Ka

Gi ải

Dung dịch gồmcócáccấu tử: H+, OH-, A-, HA



Xét từng ion:+


log[H+] = -pH

→ đồ thị là một đường thẳng có hệ số góc là -1 Ion OH-:

log[OH-] = pH – 14

→ đồ thị là một đường thẳng có hệ số góc là +1


Hai đường log[H+] và

log[OH-] cắt nhau tại điểm:log[H+] = log[OH-]

→ (7, -7) Ion A-:



Ion A :]].[[ A H

K a

−+

=


aK H

A HA ][

][][

+

−=

][][][

+

−

=

H K

HA A ahoặc

(1) (2)


(2)

a

a

K H K

A HA A

+

=

+ +−

−

][][][][

Ca

a

aa

K H K C A+

=+

−

][.][




(1)

][

][

][][

][+

+

−

+

=

+ H K

H

HA A

HA

a ][

].[][

+

+

+

=

H K

H C HA

a

a

Dựa vào 2 biểu thức cuối cùng để biện luận

xây dựng đường log[A-] và log[HA] theo pH

Biện luận

[H+] ≈ Ka

→ pH ≈ pKa

Mẫu số giữ nguyên

[H+]≫ Ka

→ pH≪ pKa

Mẫu số chỉ còn [H+]

[HA] = Ca+



].[][

+

+

= H C

HA a

[ ] a

log[HA] = logCa→ log[HA] là một đường ][

].[][+

+

=

H K H C HA

a

a


a

a

aa

K H

K C A

+

=+

−

][

.][

ng rục o n ctrục tung tại logCa

Đường log[HA] là mộtđường cong

][

.][

+

−

=

H

K C A aa

log[A-] = logCa.Ka – log[H+]

= pH + logCa.Ka

Đường log[A-] là mộtđường cong


Hai đường cong log[HA] và log[A-] cắt nhau tại:

log[HA] = log[A-]

Ka = [H+]



pH = pKa (điểm hoành độ)


3,0log

2log

2loglog

−=

==

a

a

a

aa

C

K C

LấypH = pKa

logC = logCa

là điểm hệNhư vậy: 2 đường cong trêncắt nhau tại điểm dưới điểmhệ 0,3 đơn vị


Khi Ka ≫ [H+] → pH≫ pKa, mẫu số còn Ka

Do đó:

a

K

H C HA

].[][

+

= log[HA] = logCa – logKa + log[H+]



a = logCa – logKa - pH


Đường biểu diễn log[HA] là đường // với log[H+]

[A-] = Ca log[A-] = logCa

Đường log[A-] // với trục hoành, cách trục hoành 1 đoạn logCa

Biểu diễn các đườ ng trên đồ thị

Giả sử HA có nồng độ 0,1M và pKa = 4,75

0

-1

-2

logC

log[HA] log[A-]Điểm hệ



-3

-4


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-5

-6

-7

-8

-9

-10


Tóm lại: c á c bước vẽ đồ thị logarit nồng độ: Vẽ đường log[H+] và log[OH-] Tìm điểm hệ

Từ điểm hệ vẽ đường thẳn g / / với trục hoành



Lấy dưới điểm hệ 0,3 đơn vị trục tung


// log[H+] // log[OH-]

Nối 2 đường bằng 1 đoạn cong

Một số ví dụ

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch CH3COOH 0,1M biết pKa = 4,75

Giải Viết các cân bằng trong dung dịch

CH3COOH ⇋ H+ + CH3COO-

H2O ⇋ H+ + OH-



Viết phương trình bảo toàn proton: (CH3COOH, H2O)- - +


3 Phương trình bảo toàn khối lượng:

[CH3COOH] + [CH3COO-] = 0,1 Vẽ đồ thị logarit

Điểm hệ:

(pKa, logCa) (4,75; -1)

Một số ví dụ

0

-1

logC

log[CH3COOH] log[CH3COO-]

Điểm hệ

Từ đồ thị:

[OH-]≪ [CH3COO-]

[CH3COO-] = [H+]

[CH3COO-]≪ [CH3COOH]



-2

-3[CH3COOH] = 0,1


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

Thay các giá trị vào

biểu thức Ka

pH = ½(pKa – logCa)

Một số ví dụ

Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch HCN 10-4M, pKa = 9,3

Giải

HCN ⇋ H+ + CN-

Viết các cân bằng trong dung dịch:



H2O ⇋ H+ + OH-


[CN-

] + [OH-

] = [H+

] (*)

[HCN] + [CN-] = 10-4

Phương trình cho nhận proton:

Phương trình bảo toàn khối lượng:

Vẽ đồ thị logarit:Điểm hệ (9,3; -4)

Một số ví dụ

0

-1

logC

Từ đồ thị: không thể bỏ qua

[OH-

] cạnh [CN-

]

[CN-] + [OH-] = [H+]



-2

-3 ][.

2 +

=+ H K K C O H aa


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

log[HCN] log[CN-] + a

Vì dung dịch axit [H+

]≫

Ka

61,6.][2

=+=+

O H aa K K C H

Một số ví dụ

Ví dụ 3: Tính pH của dung dịc h H F c ó nồng độ 10-3M, pKa = 3,17 Ví dụ 4: Tính pH của dung dịch NH3 10-2M; pKb = 4,75




3.7 pH của dd muối tạo bở i một axit yếu và 1 bazơ yếu

Ví dụ? Trường hợp 1 : K h i Ca = Cb

Ví d ụ 1: Tính pH của dung dịch NH4CN 0,1M. BiếtpKNH3 = 4,75; pKHCN = 9,21

Giải



Giải


NH4CN⇋ NH4+ + CN-

NH4+ ⇋ NH3 + H+

CN- + H2O⇋ HCN + OH-

H2O⇋ H+ + OH-

Pt bảo toàn proton: (NH4+, CN-, H2O)


[NH3] + [OH-] = [HCN] + [H+] (1)

Pt bảo toàn khối lượng:[NH4

+] + [NH3] = [HCN] + [CN-] = 0,1 (2)

Đồ thị l it ồ độ



Đồ thị logarit nồng độ:


pH = pKa

= 9,25

logC = -1

pH = pKa

= 9,21

logC = -1


Đồ thị logarit nồng độ:

0

-1

-2

logC

log[NH4+]; log[HCN] log[NH3]; log[CN-]

Căn cứ vào đồ thị:

[NH3]≫ [OH-]

[HCN]≫

[H+

]



-2

-3

[HCN] [H ]


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

Từ (1):→ [NH3] = [HCN]

Thay vào (2):[NH4

+] = [CN-] = 0,1


Công thức tính hằng số axit của NH4+ và HCN:

Lấy KNH4 x KHCN [H+]2

4

+ + -

3

+

4

[H ].[NH ] [H ].[CN ]

[NH ] [HCN] HCN NH

K K +

= =



Lấy KNH4+ x KHCN = [H+]2


+

4

+

HCNNH[H ] = K .K→

Hay pH = ½ (pKa1 + pKa2) = 9,23


Ví d ụ 2 : Tính pH của dung dịch muối NH4CH3COO

0,2M

Trường hợp 2 : K h i Ca ≠ Cb (giả sử Ca = q.C)

Ví dụ: Tính pH của dung dịch muối (NH4)2C2O4 0 1M



Ví d : Tính pH của dung dịch muối (NH4)2C2O4 0,1M.Cho pKNH3 = 4,75; pKH2C2O4 = 4,22


Giải

Các cân bằng trong dung dịch:(NH4)2C2O4 ⇋ 2NH4

+ + C2O42-

NH4+⇋ NH3 + H+

C2O42- + H2O⇋ HC2O4

- + OH-


Pt cho nhận proton: (NH4+, C2O4

2-, H2O)

[NH3] + [OH-] = [HCO4-] + [H+] (1)

Pt bảo toàn khối lượng:[NH3] + [NH4

+] = 2Cm = 0,2

[C2O42-] + [HC2O4-] Cm 0 1 (2)



[C2O42 ] + [HC2O4 ] = Cm = 0,1 (2)


2 điểm hệ:

pH = 9,25

logC = -0,7

pH = 4,22

logC = -1


0

-1

-2

logC

log[NH4+] log[NH3]

log[HC2O 4

-

] log[C2O4

2-

]

Từ đồ thị:

[NH3]≫ [OH-]

[HC2O4-]≫ [H+]

→ [NH3] = [HC2O4-]

Thay vào (2):



-3

g[ ] g[ ] Thay vào (2):


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

[NH4+] = 0,2

[C2O42-] = 0,1


Biểu thức hằng số axit:

Lấy:

4

4 2 4

+ 2+23

+

4 2 4

[H ].[C O ][H ].[NH ]

[NH ] [HC O ] NH HC OK K

+ −

−

−= =

2



Lấy: + 2[H ]


1 2.2

=

1 2

1( log )

2 a a pH pK pK q⇒ = + −

3.8 Tính pH của dung dịch hỗn hợ p 2 axit

Hỗn hợp 2 axit mạnh: HA1 (C1) v à H A2 (C2) Trong dung dịch:

[H+]dd = [H+]HA1 + [H+]HA2 + [H+]H2O

= C1 + C2 + [H+]H2O

Nếu C1 + C2 ≥ 10-6 → [H+]H2O nhỏ bỏ qua



Nếu C1 + C2 ≥ 10 → [H ]H2O nhỏ, bỏ qua


= - 1 2

Nếu C1 + C2 < 10-8 → [H+]axit nhỏ, bỏ qua

→ pH = 7 Nếu 10-8 ≤ C1 + C2 < 10-6

→ Giữ nguyên và giải pt bậc 2


Hỗn hợp của một axit mạnh HA1 (C1) v à một axit yếu HA2

(C2, Ka):[H+]dd = [H+]HA1 + [H+]HA2 + [H+]H2O

Thường trong dung dịch axit H+ do nước phân ly khôngđáng kể bỏ qua



đáng kể → bỏ qua


[H+] = C1 + [H+]HA2

Nếu C1 ≥ C2 → H+ do axit yếu phân ly không đáng kể→ bỏ qua

[H+]dd = C1

Nếu C1 ≪ C2 → không bỏ qua axit yếu


Ví d ụ 1: Tính pH của hỗn hợp gồm HCl 0,1M và

CH3COOH 0,1M; pKa = 4,75pH = pHHCl = 1

Tính toán cụ thể: Pt cho nhận proton: (CH3COOH HCl H2O)



Pt cho nhận proton: (CH COOH, HCl, H O)- - - = +


↔ [CH3COO-] + 0,1 + [OH-] = [H+]dd

Vẽ đồ thị logarit: Điểm hệ

pH = 4,75

logC = -1


0

-1

-2

logC

log[CH3COOH] log[CH3COO-]


[CH3COO-] ≫ [OH-]

↔ [CH3COO-] = [H+] = 0,1

[H+]≫ [CH3COO-]



-3

[ ] [ ]


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

= ,


Ví d ụ 2 : Tính pH của dung dịch HCl 10-4M và

CH3COOH 0,1M Hỗn hợp 2 axit yếu

HA1: C1, Ka1

HA2: C2, Ka2



HA : C , K


[H+]dd = [H+]HA1 + [H+]HA2 + [H+]H2O

(bỏ qua [H+]H2O) Trường hợp 1 : k h i C1 ≈ C2 và K1 ≫ K2

Ví d ụ: Tính pH của dung dịch hỗn hợp gồm

CH3COOH 0,1M và HCN 0,3M; với pK(CH3COOH) =4,75 ; pKHCN =9,21



CH3COOH ⇌ H+ + CH3COO-

HCN⇌ H+ + CN-

H2O⇌ H+ + OH-

Pt cho nhận proton:[CH COO-] + [CN-] + [OH-] [H+]



ậ p[CH3COO ] + [CN ] + [OH ] = [H+]


Pt bảo toàn khối lượng:[CH

3COOH] + [CH

3COO-] = 0,1

[HCN] + [CN-] = 0,3 Vẽ đồ thị logarit: 2 điểm hệ

pH = 4,75logC = -1

pH = 9,21logC = log0,3 = -0,5


0

-1

-2

logC

log[HCN] log[CN-]

log[CH3COOH] log[CH

3

COO-]


[CH3COO-]≫ [CN-]≫ [OH-]⇒ [CH3COO-] = [H+]

Kết luận: H+



-3Kết luận: H+


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

trong ungdịch chủ yếudo CH3COOH

sinh ra


Trường hợp 2 : k h i C ≫ C và K ≈ K

3

1

+ - + 2

3

3 1

+

a 1

[H ].[CH COO ] [H ]

[CH COOH]

[H ] = K .

CH COOH

K C

C

= =

⇒



Trường hợp 2 : k h i C ≫ C và K ≈ K


Ví d ụ: Tính pH của dung dịch hỗn hợp:

HA1 0,1M ; pKa1 = 4,75 HA2 10-4M ; p Ka2 = 4


Cân bằng trong dung dịch

HA1 ⇌ H+ + A1-

HA2 ⇌ H+ + A2-

H2O⇌ H+ + OH-

Pt cho nhận proton:



p- - -


1 2 = Vẽ đồ thị logarit: 2 điểm hệ

pH = 4,75

logC = -1

pH = 4

logC = -4


0

-1

-2

logC

log[HA1] log[A1-]


[A1-]≫ [A2-]≫ [OH-]⇒ [A1

-] = [H+]

Kết luận: H+



-3Kết luận: H


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

log[HA2] log[A2-]

trong ungdịch chủ yếudo axit có C

lớn phân ly.


Trườn hợ 3: khi C ≈ C và K ≈ K

1

1

+ - + 2

1

1 1

+

a 1

[H ].[A ] [H ]

[HA ]

[H ] = K .

a

K C

C

= =

⇒



Trườn hợ 3: khi C ≈ C và K ≈ K


Ví d ụ: Tính pH của dung dịch hỗn hợp:

HA1 0,1M ; pKa1 = 4,75 HA2 0,5M ; pKa2 = 4,7

Tương tự: viết pt cho nhận proton, vẽ đồ thị logarit


0

-1

-2

3

logC

log[HA2] log[A2-]

log[HA1

] log[A1

-]

pH = 4,75

logC = -1

pH = 4,7

logC = -0,3


[A1-] ≈ [A2-]≫ [OH-]⇒ [A1

-] + [A2-] = [H+]

+



-3 +


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

1 1 2 2 . .

3.9 Tính pH của dung dịch đa axit, đa bazơ

Ví dụ? Các cân bằng tồn tại trong dung dịch?

Ka1, Ka2, Ka3… K K K



K , K , K …



Ví d ụ: Tính pH của dung dịch H3PO4 10-2M. Biết pKa1 = 2;

pKa2 =7 ;pKa3 = 12 Giải Viết các cân bằng xảy ra trong dung dịch:

H3PO4 ⇌ H2PO4- + H+

H2PO4- ⇌ HPO4

2- + H+




4-⇌ 4

- + +

H2O⇌ OH- + H+

Pt cho nhận proton:[H+] = [OH-] + [H2PO4

-] + 2[HPO42-] + 3[PO4

3-] Pt bảo toàn khối lượng:

[H3PO4] + [H2PO4-] + [HPO42-] + [PO43-] = Ca = 10-2


Vẽ đồ thị logarit:

0

-1

-2

-3

logC

H3PO4 H2PO4- HPO4

2- PO43-

Từ đồ thị:

[H2PO4-] ≫ [HPO42-]≫ [PO4

3-]

≫ [OH-]

Nên:

[H+] = [H2PO4-]



3


0 1 2 54 76 8 9 10 1211 14133

pH

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

Nhận xét: Nếu dung

dịch đa axit cóK1 ≫ K2 ≫ K3

thì H+ chủ yếu do nấc 1phân ly và pH của dd

được tính tương tự nhưpH của axit 1 nấc


+ + 2

2 4

1 +3 4 a

+ 2 +

1 1 a

[H ].[H PO ] [H ]

K [H PO ] C [H ]

[H ] K .[H ] - K .C 0

−

= =

−

⇒ + =




+[H ] = ...⇒


Sinh viên biện luận trong 2 trường hợp sau




Trường hợp t ng quát: Tính pH của dung dịchH2A c ó nồng độ Ca, K1, K2

Tính pH của dung dịch Na3PO4 10-2M

3.10 Hệ đệm kép

Đị nh ngh ĩ a : Hệ đệm kép là hệ mà dung dịch chứa nhiều

cặp axit – bazơ liên hợp Ví dụ??? Một số bài tập:

Bài 1: Tính pH của Na2HPO4 10-2M-2.




.và Na2HPO4 4.10-2M

Bài 3: Tính pH của dung dịch hỗn hợp gồm H3PO40,1M; CH3COOH 0,1M và NaOH 0,18M


HÓA PHÂN TÍCH 1



HÓA PHÂN TÍCH 1



Chươ ng 4: Phản ứng phức chất

4.1 Định ngh ĩ a – Danh pháp4.2 Hằng số bền và hằng số không

bền của phức chất

4.3 Nồng độ cân bằng của các cấu tử




trong dung dịch tạo phức

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sựphân ly của phức chất. Hằng số bền

điều kiện

4.1 Định ngh ĩ a – Danh pháp

Đị nh ngh ĩ a : Phức chất là những hợp chất tạo bởi cation

(ion trung tâm) kết hợp với các phối tử (là các phân tửhoặc ion); nó tồn tại trong dung dịch đồng thời có khảnăng phân ly thành các ion đơn hay phân tử.

[Ag(CN)2]-

p r



[Ag(CN) ]


Ion trung tâmPhối tử

p r

Trong dung dịch: [Ag(CN)2]- Ag+ + 2CN-1 phần

4.1 Định ngh ĩ a – Danh pháp

Danh pháp : Tên phối tử + tên ion trung tâm

Nếu phối tử là gốc axit: thêm “o” vào tên gốc SO4

2- : sunfato NO3

- : nitrato

Nế

u phố

i tử

là halogen: F- : floro

Cl l




Cl- : cloro Br- : bromo I- : iodo

OH- : hidroxo Số phối trí: 1 (mono); 2 (đi); 3 (tri); 4 (tetra); 5 (penta); 6

(hexa)…

4.2 Hằng số bền và hằng số không bền của phức chất

Hằng số bền: đại lượng đặc trưng cho khả năng tạo phức

Hằng số không bền: đại lượng đặc trưng cho khả năng phân lyphức chất

[Cu(NH4)4]2+ phân ly

tạo thành

Cu2+ + 4NH3




2+ 4

3

2+

3 4

[Cu ].[NH ]K

[Cu(NH ) ]

=Hằng số không bền:

Hằng số bền:2+

3 4

2+ 4

3

[Cu(NH ) ] 1

[Cu ].[NH ] Kβ = =

Dựa vàoK và β cóthể biếtđượcphức đóbền haykhông

4.2 Hằng số bền và hằng số không bền của phức chất

Với phức có nhiều phối tử, sự phân ly xảy ra theo từng

nấc:Cd2+ + NH3 ⇌ Cd(NH3)2+ β1, K1

Cd(NH3)2+ + NH

3⇌ Cd(NH

3)2

2+ β2, K

2+




Cd2+ + 4NH3 ⇌⇌⇌⇌ Cd(NH3)42+ β, K

…

β, K: hằng số bền và không bền tổng cộng

β = β1.β2.β3.β4 = β1,4

K = K1.K2.K3.K4 = K1,4

4.3 Nồng độ CB của các cấu tử trong dd tạo phức

Giả sử i onMcónồng độ ban đầu Cm tạo phức với phối tử L

M + L ⇌ ML

ML + L ⇌ ML2

1[ML]

[M].[L]β = (1)

22

[ML ]

[ML].[L]β = (2)




Từ (1) → [ML] = β1

.[M].[L]

Thay vào (2):

[ML2] = β1. β2.[M]2.[L]


Theo định luật bảo toàn khối lượng:

[M] + [ML] + [ML2] = Cm

[M] + β1.[M].[L] + β1β2.[M].[L]2 = Cm

m

2

C[M] =

1 1 2




1 1 2

m 1 2

1 1 2

C [L][ML] 1 [L] [L]

β= + β + β β

2

m 1 22

21 1 2

C [L][ML ]

1 [L] [L]

β β=

+β +β β


Trường hợp tổng quát:

m

2 n

1 1 2 1 2 n

C[M]

1 [L] [L] ... ... [L]=

+ β + β β + + β β β

m 1

2 n

C [L][ML] β=1 1 2 1 2 n... ...




…

n

m 1 nn 2 n

1 1 2 1 2 n

C ... [L][ML ]

1 [L] [L] ... ... [L]

β β=

+ β + β β + + β β β


Ví d ụ: Tính [Ag+] và [CN-] trong dung dịch phức Ag(CN)2-

0,1M; biết β = 1021

Giải Cân bằng trong dung dịch

Ag(CN)2-⇌ Ag

+

+ 2CN-




- +

2

+ - 2 + + 2

[Ag(CN) ] 0,1 [Ag ]

[Ag ].[CN ] [Ag ].4[Ag ]

−β = =

Giả sử [Ag+] ≪ 0,1 [Ag+] = 2,9.10-8

Vậy giả thiết là đúng [CN-] = 5,8.10-8


Ví d ụ 2 : Tính nồng độ cân bằng của các cấu tử trong

dung dịch Ag(NH3)2+

10-2

M, biết K = 6,8.10-8

Ví d ụ 3 : Tính nồng độ cân bằng của các cấu tử trongdung dịch CdCl2 10-2M. Biết Cd2+ tạo phức với Cl- cácphức: CdCl+, CdCl2, CdCl3-, CdCl42- các hằng số bềntương ứng là 102,05 , 100,55 , 10-0,2 , 100,5

V dụ 4: Tính n ng độ cân b ng Cl- đ k t tủa AgCl tan ít




V d ụ 4 : Tính n ng độ cân b ng Cl đ k t tủa AgCl tan ítnhất, biết Ag+ tạo phức với Cl- với c á c hằng số sau:

AgCl β1 = 103,04

AgCl2- β1,2 = 105,04

AgCl32- β1,3 = 105,05

AgCl43- β1,4 = 105,3

4.4 Các yếu tố ah đến sự phân ly của phức. HSB điều kiện

Giả sử trong dung dịch có phức MY2- có mặt i o n L v à H+.

Trong đó: Lcókhả năng tạo phức phụ với M H+ có khả năng tạo phức phụ với Y4-

Các cân bằng trong dung dịch:2-⇌

2+ 4-

ể




Biểu thức H S B của phức:

4-

[MY]

[M].[Y ]β =


M tạo phức phụ với L:

M + L ⇌ ML

ML + L ⇌ ML2

…

22

[ML ]

[ML].[L]β =

1

[ML]

[M].[L]β =

n-1 n




H+ tạo phức phụ với Y4-:

H+ + Y4- ⇌ HY3- K4

H+ + HY3-⇌ H2Y2- K3

H+ + H2Y2-⇌ H3Y- K2

H+ + H3Y- ⇌ H4Y K1


Gọi [M]’ là nồng độ của M d o p hức phân ly, khi đó:

[M]’ = [M] + [ML] + [ML2] + … + [MLn] (1)

Gọi [Y4-] ’ l à nồng độ của Y4- do phức phân ly:

[Y4-]’ = [Y4-] + [HY3-] + [H2Y2-] + [H3Y-] + [H4Y] (2)

Từ (1):




2 n

1 1,2 1,n[M]' [M] [M][L] [M][L] ... [M][L]= + β + β + + β

( )2 n

1 1,2 1,n[M] 1 [L] [L] ... [L]= + β + β + + β

αM(L)


Từ (2):

2 3 44- 4-

4 4 3 4 3 2 1,4

[H ] [H ] [H ] [H ][Y ]' [Y ]. 1

K K .K K .K .K K

+ + + + = + + + +

αY(H)

[MY] 1




4-

M(L) Y(H)

[MY] 1' .

[M]'.[Y ]' .

β = = β

α α

Hoặc M(L) Y(H)K ' K. .= α α

Một số ví dụ

Ví d ụ 1: Tính nồng độ các cấu tử có trong dung dịch hỗn hợp gồmMgY2- 10-2M và Ca2+ 10-2M. Biết:

β (MgY2-) = 108,7

β (CaY2-) = 1010,7

Giải

Nhận xét: từ giá trị HSB của 2 p hức MgY2- và CaY2-

2 2β > β




2 2CaY MgY− −β > β

→ Có phản ứng:Ca2+ + MgY2-

⇌ CaY2- + Mg2+

Từ phản ứng: [CaY2-] = [Mg2+]

Một số ví dụ

2

2-

2 4-CaY

[CaY ]

[Ca ].[Y ]− +

β =

2

2-

2 4-MgY

[MgY ]

[Mg ].[Y ]− +

β =

2-

2- 2 4-

CaY

[CaY ] .[Ca ].[Y ]+= β

2-

2-2

4-MgY

[MgY ][Mg ]

.[Y ]

+ =β

1




2

2

4-

4-CaY

MgY

1[Y ]

.[Y ]

−

−

β =

β

2- 2

4 9,75

CaY MgY

1[Y ]= 10

. −

− −=

β β

Một số ví dụ

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

[Mg2+] + [MgY2-] = 10-2

→ [Mg2+] = 9,2.10-3

→ [Ca2+] = 8,2.10-4

V d ụ : Tính n n độ cân b n của M 2+, Y4-, M Y2- khi

trong dung dịch có Mg2+ 10-2M, Y4- 10-2M, pH = 11. Biết:




g g ị g , , p β (MgY2-) = 108,7

β (MgOH+) = 102,58

H4YcópK1 = 2 ; p K2 = 2,67; pK3 = 6,27; pK4 = 10,95





HÓA PHÂN TÍCH 1





Chươ ng 5: Phản ứng k ết tủa

5.1 Sự tạo thành kết tủa –Quy luật tích số tan

5.2 Tích số tan và Độ tan

5.3 Các yếu tố ảnh hưởngđến độ tan




5.4 Sự nhiễm bẩn kết tủa5.5 Kết tủa phân đoạn



5.1 Sự tạo thành k ết tủa – Quy luật tích số tan

1Ag Cl

K .S.a .a+ − 2K .S=

2AgClAg Cl

1

Ka .a const T

K+ − = = =

Tổng quát:




Tổng quát:

nA + mB⇌

AnBm

n m

A B

n m

A B A B

n n m m

T a .a

[A] .f .[B] .f

=

=

5.1 Sự tạo thành k ết tủa – Quy luật tích số tan

Vì kết tủa có độ tan nhỏ nên coi f ≈ 1

Quy luật tích số tan:

n m

n mA BT [A] .[B]=

n m K t tủa đư c t o thànhn m




n m

n m

A BT [A] .[B]> Kết tủa không được tạo thành

n m

n m

A BT [A] .[B]= Trạng thái cân bằng

5.2 Tích số tan và Độ tan

Độ tan (S) của một chất là nồng độ của chất đó trong

dung dịch bão hòa (ở một nhiệt độ nhất định) S v à T là đại lượng đặc trưng cho dung dịch bão hòa

Ví d ụ 1: Tính TMg(OH)2 ở 200C biết rằng ở nhiệt độ đó

100ml dung dịch bão hòa có chứa 0,84 mg Mg(OH)2.Giải

ế ề ố ấ




Từ giả thiết về số mg chất tan trong dung dịch bão hòa

suy ra:

2

4

Mg(OH)

0,84 1000S . 1, 4.10

1000.58 100

−= =

Mg(OH)2 ⇌ Mg2+ + 2OH-

S S 2S

2

2+ - 2

Mg(OH)

3

T [Mg ].[OH ]

4.S

=

=

4.(1, 4.10 )−=




111,1.10−=

Ví d ụ 2 : Tính độ tan của CaSO4 ở 200C biết T của CaSO4 tạinhiệt độ đó là 9,1.10-6

5.3 Các yếu tố ảnh hưở ng đến độ tan

Chất điện l y lạ

Ion chung Phản ứng phụ

Nhiệt độ

Kích thước kết tủa. Lực ioncủa dung dịch:




Lực ioncủa dung dịch:

2

i i1 C Z2

µ = ∑

f thay đổi S thay đổi


Ví d ụ: Tính độ tan của AgCl trong nước nguyên chất và trong dungdịch có KNO3 0,1M. TAgCl = 1,1.10-10

Giải

Trong nước:AgCl ⇌ Ag+ + Cl-

S S S= 2 → = -5

, .




Trong KNO3 0,1M: Dung dịchcóK+, NO3-, Ag+, Cl- (bỏ qua sự phân ly của nước)

2

i i

1C Z

2µ = ∑ = ½ (0,1.12 + 0,1.12 + 1,05.10-5.12 + 1,05.10-5.12)

= 0,1


+ -

2

Ag Cl

1 0,1l ogf l ogf .1 . 0,12

2 1 0,1

→ = = − = −

+

Ag Clf f 0, 76+ −= =

2 2 5

AgClT f .S S 1, 38.10f

−= ⇒ = =




f


2. Dung dịc h c ó mặt các ion chung: Ví d ụ: Tính độ tan của BaSO

4trong nước và trong dung

dịch có Na2SO4 10-2M. Biết T = 1,03.10-10

Giải

Trong nước:

10 5S T 1 03.10 1 02.10− −= = =

Trong dung dịch Na2SO4 10-2M:




Na2SO4 →

2Na+

+ SO4

2-

10-2 2.10-2 10-2

BaSO4 ⇌ Ba2+ + SO42-

S S S + 10-2


Lực ion trong dung dịch:

2 2 2 5 2 21 (1 .2.10 2 .1, 02.10 2 .10 )2

− − −µ = + +

= 3.10-2

SO42-Ba2+Na+

21 3.10

l ogf l ogf 2 0 295−

= = − = −




2+ 2-4Ba SO 2

l ogf l ogf .2. 0, 295

2 1 3.10−

= = − = −

+

f = 0,51 T = [Ba2+].[SO42-].f2 = S.10-2.0,512

S = 4.10-8 (giảm hơn 250 lần)


3. Dung dịch có mặt các chất lạ có khả năng phản ứng phụ

với ion trong kết tủa:

AnB

m⇌ nA + mB

T T’

, Lcókhả năng tạo phức với A




Mcókhả năng tạo phức với B[A]’ = [A].αA(L)

[B]’ = [B].αB(M)

T’ = T. αnA(L). αmB(M)


Ví d ụ 1: Tính độ tan của CaC2O4 trong dung dịch có pH

=4 .B iết T của CaC2O4 là 2,3.10-9

. Ví d ụ 2 : Tính độ tan của CuS trong nước biết T của

CuS là 6,3.10-36

H2ScópK1 = 7 ; p K2 = 12,89 Cu2+ tạo hức với OH- có = 107 = 1013,68

, ,= 1017; β1,4 = 1018,5

Ví dụ 3: Tính độ tan của Ca (PO ) biết T 1 0-26




Ví d ụ 3 : Tính độ tan của Ca3(PO4)2 biết T = 1 0 26

H3PO4 có pK1 = 2,1; pK2 = 7,2; pK3 = 12,6 β của Ca(OH)+ là 104,46


4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan: Độ tan của kết tủa

tăng hay giảm phụ thuộc vào nhiệt hòa tan của chất5. Ảnh hưởng của kích thước kết tủa






5.5 Kết tủa phân đoạn




Ag+ (aq) + I- (aq) → AgI (s)Ag+ (aq) + Cl- (aq) → AgCl (s)


HÓA PHÂN TÍCH 1GV: Trần Mai Liên





Chươ ng 6: Phản ứng oxy hóa – khử

6.1 Thế điện cực c â n bằng. Phương trình Nernst

6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thế oxy hóa khử. Thế tiêuchuẩn

6.3 Thế của cặp oxy hóa khử liên hợp

.

6.5 Chất oxy hóa, khử đa bậc




6.6 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử

6.7 Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử

Một số khái niệm

Phản ứng oxy hóa – khử Chất oxy hóa Chất khử

Cặp oxy hóa khử liên hợp




6.1 Thế điện cực cân bằng. Phươ ng trình Nernst

Phương trình Nernst:

0 OxaRTE E ln= +

Ox + ne ⇌ Kh

0 Oxa0,059E E lo= +KhnF a Khn a




6.2 Các yếu tố ah đến thế OXH - Kh. Thế tiêu chuẩn

1. Ảnh hưởng của H+:

Thế tiêu chuẩn trong các bảng là giá trị thế khi [H+

] = 1 Thực tế trong các dung dịch [H+] ≠ 1 → giá trị thế thay

đổi:

E0

→ E0’

ụ: n ox – u c u n c a c p s 4-

/AsO33- trong môi trường pH = 8, biết khi pH = 0 thì

thế tiêu chuẩn là 0 57V




thế tiêu chuẩn là 0,57VGiảiGiải

Phương trình phản ứng:AsO

4

3- + 2H+ + 2e ⇌ AsO3

3- + H2O


Phương trình Nernst:

3-

4

3-

3

AsO0 2

H

AsO

a0,059 0,059E E log a log

2 2 a+= + +

Để đơn giản thay hoạt độ bằng nồng độ:3-

0 + 2 4

3-

3

[AsO ]0,059 0,059E E log[H ] log

2 2 [AsO ]= + +




3

Thế tiêu chuẩn điều kiện khi pH = 8:

' 0 8 2

0

0,059E E log(10 ) 0,1V

2

−= + = Nhận xét?


Ví d ụ 2 : Thiết lập sự phụ thuộc của thế khử vào pH đốivới phản ứng:

Cr2O72- + 14H+ + 6e ⇌ 2Cr3+ + 7H2O

2 32 7

20 142 7

3 2Cr O / 2 Cr

0,059 [Cr O ]

E E lo g [H ]6 [Cr ]− +

−

+

+

= +

2 3

20 14 2 70,059 0,059 [Cr O ]

E E log[H ] log−

+

= + +




2 32 7 3 2Cr O / 2 Cr

E E log[H ] log6 6 [Cr ]

− + + + +

2 3

2 7

20 ' 2 7

3 2Cr O / 2 Cr

0,059 [Cr O ]E E log

6 [Cr ]− +

−

+= +


Trong đó:

2 32 7

0 ' 0 16 0

Cr O / 2 Cr

0,059E E lg[H ] E 0,138pH

6− +

+

= + = −

Như vậy môi trường càng axít tính oxi hóa của Cr2O72-

c ng mạn





2. Ảnh hưởng của phản ứng tạo phức: Ví d

ụ: Tính thế oxy hóa khử tiêu chuẩn của cặpFe3+ /Fe2+ trong dung dịc h c ó dư F- để tạo phức FeF33- có

hằng số bền tổng cộng β1,6 = 1016. Thế của cặp đó khikhông có sự tạo phức là 0,77V

GiảiGiải

Các phản ứng:

Fe2+ - e ⇌ Fe3+




Fe e ⇌ Fe

Fe3+ + 6F-⇌ FeF6

3-

Fe2+

+ 6F-

- e⇌

FeF6

3-

+


Phương trình Nernst cho hệ oxh – kh trên:

E = E0’ khi: 3-

62+ - 6[FeF ] 1=

3+ - 6

1,62+ - 6

[Fe ].[F ] 1β =

3-' 60 2+ - 6

[FeF ]0,059E E log1 [Fe ].[F ]

= +

. .

3+' [Fe ]




3+

2+

1,6

[Fe ] 1[Fe ]

=β

Do đó: 0 0 2+

'

0 0

1,6

E E 0,059log [Fe ]

1E E 0,059log 0,16V

= +

= + = −β


3. Ảnh hưởng của phản ứng kết tủa:

Ví d ụ: Tính thế khử oxh – kh điều kiện của cặpCu(II)/Cu(I) khi có dư ion I- để tạo kết tủa với Cu+, TCuI =10-12. Thế tiêu chuẩn khi không có pư tạo tủa là 0,17V

Từ đó đánh giá khả năng phản ứng giữa Cu2+ với I- biếtE0

Cu2+/Cu= 0,153V; E0I3-/3I-= 0,5355V.




6.3 Thế của cặp oxy hóa khử liên hợ p

Thế oxh-kh của hỗn hợp một cặp oxh-kh liên hợp thay đổi rất ít khithêm vào đó một lượng nhỏ chất oxh hoặc chất khử

Ví d ụ: Thế oxh-kh của dung dịch hỗn hợp Fe3+ 1M và Fe2+ 1M:

3+

02+[Fe ]E E 0,059log 0,77(V)= + =

Nếu thêm 1 lít dung dịch hỗn hợp 0,1mol Ce4+ và H2SO4 để xảy raả ứ




phản

ứng:

Ce4+ + Fe2+ = Ce3+ + Fe3+

Nồng độ Fe2+ giảm xuống còn 0,9 mol/L

Nồng độ Fe3+ tăng lên là 1,1 mol/L

6.3 Thế của cặp oxy hóa khử liên hợ p

Thế của hỗn hợp là:

1,1E 0,77 0,059log 0,785(V)0,9

= + =




6.4 Thế của cặp oxy hóa khử không liên hợ p

Giả sử dung dịch có chất: Ox1 của cặp liên hợp Ox1 /Kh1

Kh2 của cặp liên hợp khác Ox2 /Kh2

Pt cho nhận e của từng cặp:Ox1 + n1e ⇌ Kh1

Ox2 + n2e⇌

Kh2

n2Ox1 + n1Kh2 = n2Kh1 + n1Ox2

Phương trình Nernst của 2 cặp:




0 11 1

1 1

[Ox ]0,059E E log

n [Kh ]= +

0 22 2

2 2

[Ox ]0,059E E log

n [Kh ]= +


Ví d ụ 1: Tính thế oxy hóa khử của dung dịch hỗn hợp[Ce4+] = 1,1.10-1M và [Fe2+] = 1 0-1M biết E0 (Ce4+ /Ce3+) =

1,55V và E0 (Fe3+ /Fe2+) = 0,77V.GiảiGiải

Phản ứng:

Ce4+ + Fe2+ = Fe3+ + Ce3+

Toàn bộ lượng Fe2+ bị oxy hóa hoàn toàn:[Fe3+] = [Ce3+] = 10-1




Nồng độ Ce4+ trong dung dịch:[Ce4+] = 1,1.10-1 – 10-1 = 10-2

Thế của dung dịch được tính theo cặp [Ce4+]/[Ce3+]

E = 1,56V


Ví d ụ 2 : Tính thế oxy hóa khử của dung dịch hỗn hợpCe4+ 9.10-2MvàFe2+ 10-1M.

Đs: E = 0,8V Ví d ụ 3 : Tính thế oxy hóa khử của dung dịch hỗn hợp

Ce4+ 0,1M và Fe2+ 0,1M.

Đs: E = 1,16V





Chất oxy hóa đa bậc làchất c ó t hể bị khử theo nhiều nấc

Fe3+

+ e⇌

Fe2+

E10

= 0,77VFe2+ + 2e ⇌ Fe0 E2

0 = -0,44V

Đối với những chất oxy hóa và khử đa bậc, nếu biết thế

tiêu chuẩn của 2 nấc thì có thể tính được thế tiêu chuẩnc a n c

Ví d ụ: Biết thế tiêu chuẩn của 2 nửa phản ứng:




Fe3+ + 3e ⇌ Fe0 E10 = -0,036VFe2+ + 2e ⇌ Fe0 E2

0 = -0,44V

Hãy tính thế oxy hóa khử của cặp: Fe3+ /Fe2+


Quy tắc Luther: Nếu m , n v à p l à n hững bậc của oxy hóacủa chất oxy hóa hoặc chất khử đa bậc (giả sử m > n >p) thì:

0 0 0

(m,p) (m,n) (n,p)(m p)E (m n)E (n p)E− = − + −




6.6 Hằng số cân bằng của phản ứng oxy hóa khử Giả sử có phản ứng oxy hóa khử:

Ox1 + Kh2 ⇌ Ox2 + Kh1

Hằng số cân bằng của phản ứng:

1 2

2 1

a b[Kh ] [Ox ]K =

a b[Kh ] [Ox ]

Bán phản ứng 1: aOx1 + ne ⇌ aKh10 1

0 1

1

0 2

[ ]0,059lg

[ ]

[ ]0,059l

= +

= +

a

a

b

Ox E E

n Kh

Ox E E Bán phản ứng 2: bOx2 + ne ⇌ bKh2

2[ ]n Kh

[ ] [ ]0 059 bKh O

Khi phản ứng đạt cân bằng thì E1 = E2, nên:




0 01 21 2

1 2

[ ] [ ]0,059 0,059lg lg

[ ] [ ]+ = +

a b

a b

Ox Ox E E

n Kh n Kh

0 0 1 21 2

1 2

0 0

1 2 )

[ ] [ ]0,059lg

[ ] [ ]

(lg

0,059

− =

−=

a b

a b

Kh Ox E E

n Ox Kh

n E E K

6.7 Vận tốc của phản ứng oxy hóa khử Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa khử:

Chất xúc tác Sự cảm ứng





HÓA PHÂN TÍCH 1GV: Trần Mai Liên




Chươ ng 7: CB giữa hai dung môi không trộn lẫn. Sự chiết7.1. Khái niệm. Định ngh ĩ a

7.2. Phân loại các h

ệ chi

ết7.3. Ý ngh ĩ a và ứng dụng của phương pháp chiết




7.1. Khái niệm. Định ngh ĩ a

Chiết là quá trình táchvà phân ly các chất

Quá trình chiết có thể

chu n một lượn nhỏ

chất nghiên cứu từmột thể tích lớn vào

ột thể tí h hỏ d




một thể tích nhỏ dungmôi khác. (qt làmgiàu)

Extraction of carotene from carrots

7.2. Phân loại các hệ chiết Hệ chiết chelate. Hệ chiết liên hợp ion, trao đổi ion và dị đa acid




7.3. Ý ngh ĩ a và ứng dụng của phươ ng pháp chiết Tách, phân ly, làm giàu các chất




Bài giảng Kỹ thuật phòng thí nghiệm & Cơ sở lý thuyết Hóa phân tích 1 - Trần Mai Liên

Documents