Gt hóa học phân tích ts.lê thị trình
|
Giáo trình này được viết bởi TS Ngô Văn Tứ, giảng viên khoa Hóa, trường ĐHSP – Đại học Huế. Giáo trình này được dùng để giảng dạy và học tập học học phần Hóa học phân tích. Mã số: HOA iv MỤC LỤC
Mục tiêu Biết biểu diễn trạng thái các chất điện li trong dung dịch. Dự đoán chiều hướng phản ứng trong dung dịch chất điện li. Biết biểu diễn các định luật cơ bản của hóa học áp dụng cho các hệ trong dung dịch chất điện li, gồm: định luật bảo toàn vật chất, định 2 Định luật tác dụng khối lƣợng Biết đánh giá gần đúng thành phần cân bằng trong dung dịch. 1. Dung dịch và nồng độ ...........................................................................1. Dung dịch1. Định nghĩaDung dịch là hệ đồng nhất gồm dung môi và chất tan, trong đó chất tan ở dạng phân tử và ion, dung môi thường là nước hoặc dung môi hữu cơ. Ví dụ. Dung dịch cồn iot: dung môi C 2 H 5 OH, chất tan I 2 b. Dung dịch chất điện li mạnh, chất điện li yếu, không điện li
tan ban đầu (n 0 ). α = 0 n n . 100% (0 ≤ α ≤ 100)
MX M+ + X- K C C 0 0 [ ] C(1-α) αC αC K = 2 1 C Khi α << 1 thì α K C α phụ thuộc nồng độ và nhiệt độ; K không phụ thuộc nồng độ, phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của chất điện li, dung môi.
Vì đương lượng gam một chất là một đại lượng biến đổi vì vậy nồng độ đương lượng cũng là một đại lượng biến đổi. H 3 PO 4 + NaOH → NaH 2 PO 4 + H 2 O ĐH 3 PO 4 = MH PO 3 4 : 1 = 98; CN = CM H 3 PO 4 + 2NaOH → Na 2 HPO 4 + 2H 2 O ĐH 3 PO 4 = MH PO 3 4 : 2 ; CN = 2CM Tương tự tỉ lệ 1:3 thì ĐH 3 PO 4 = MH PO3 4: 3 ; CN = 3CM MnO4- + 8H+ +5e Mn2+ + 4H 2 O ĐMnO 4 = M MnO 4 : 5 ; CN = 5CM MnO4- + e MnO42- ĐMnO 4 = M MnO 4 : 1 ; CN = CM
Quan hệ giữa độ tan với nồng độ phần trăm (theo khối lượng): C% = 100 100 SS (S :là độ tan biểu thị số gam chất tan trong 100g nước) c) Một số quy ước về nồng độ
Ví dụ: 20 mL dung dịch NaOH 1M + 20 mL dung dịch HCl 0,5M Nồng độ gốc: NaOH 1M, HCl 0,5M Nồng độ ban đầu: NaOH 0,5M, HCl 0,25M Nồng độ cân bằng: [Na+] = 0,5M, [OH-] = 0,25M, [Cl-] = 0,25M. 2. Các định luật hóa học cơ sở 2. Định luật bảo toàn vật chất
Ví dụ 1: dung dịch Na 3 PO 4 0,1M. Na 3 PO 4 → 3Na+ + PO43- Na+ : điện li không liên hợp PO43- : điện li liên hợp PO43- + H 2 O HPO42- + OH- HPO42- + H 2 O H 2 PO4- + OH- H 2 PO4- + H 2 O H 3 PO 4 + OH- C Na+ = Na = 0,3 M CPO 43 PO 4 3 HPO 4 2 H PO 2 4 H PO 3 4 = 0,1 M Ví dụ 2: dung dịch NH 4 HCO 3 0,2M. NH 4 HCO 3 → NH4+ + HCO3- NH4+ + H 2 O NH 3 + H 3 O+ HCO3- H+ + CO32- Trong dung dịch các chất điện li tổng điện tích dương của các cation bằng tổng điện tích âm của các anion. Ví dụ 1: dung dịch CH 3 COOH CH 3 COOH H+ + CH 3 COO- H 2 O H+ + OH- => H CH COO 3 OH Ví dụ 2: dung dịch KH 2 PO 4 KH 2 PO 4 → K+ + H 2 PO4- H 2 O H+ + OH- H 2 PO4- H+ + HPO42- HPO42- H+ + PO43- H 2 PO4- + H+ H 3 PO 4 K H 3 PO 4 3 2 HPO 4 2 H PO 2 4 OH 2 Định luật tác dụng khối lƣợng Xét cân bằng: mA + nB pC +qD (*) Biểu thức định luật tác dụng khối lượng: [ ] [ ] [ ] .[ ] p q m n K C DA B (1) Trong đó: [A], [B], [C], [D] là nồng độ cân bằng các chất A, B, C, D K: là hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu A, B, C, D là những ion, khi kể đến lực tương tác giữa chúng, biểu thức hằng số cân bằng cần phải thay nồng độ bằng hoạt độ. Hoạt độ a của một chất được xác định bằng hệ thức: a = f Trong đó: C là nồng độ của ion f là hệ số hoạt độ, phụ thuộc vào lực ion của dung dịch. Lực ion biểu diễn tương tác tĩnh điện giữa các ion trong dung dịch Nếu Z 1 , Z 2 ... là điện tích và C 1 , C 2 ... là nồng độ của các ion trong dung dịch, lực ion được xác định bằng hệ thức: 1 .( 12. 1 22. 2 ...) 2 Z C Z C Hoặc dưới dạng tổng quát: n i Zi Ci 1 . 2.2 1
không đáng kể, thì f 1, hoạt độ gần bằng nồng độ.
Ví dụ: Tính hoạt độ của các ion trong dung dịch hỗn hợp KCl 10-3M và MgSO 4 10 -3M. Lực ion của dung dịch: .( 1. 10 1. 10 2. 10 2. 10 ) 5. 10 7. 10 0 , 07 2 1 3 3 2 3 2 3 3 2 Hệ số hoạt độ của các ion: lg f K= lg f Cl= - 0,5.1,07 = - 0,035 f K= f Cl= 0, lg f Mg 2 = lg f SO 24 = - 0,5 2 .0,07 = - 0,14 f Mg 2 = fSO 42 = 0, Hoạt độ các ion: a K = a Cl = 0,92-3 = 9,2-4 (iong/lit) a Mg 2 = aSO 24 = 7,2-4 (iong/lit) dịch, thì [A], [B], [C], [D] chỉ bằng một phần của tổng nồng độ [A’], [B’], [C’], [D’], đó tức là: [A’] = A.[A] ; [B’] = B.[B] ; [C’] = C .[C] ; [D’] = D.[D] Trong đó các hệ số A, B, ... lớn hơn hoặc bằng 1, là những đại lượng biểu thị ảnh hưởng của các phản ứng phụ tới nồng độ của A, B, ... Thay các nồng độ cân bằng [A], [B], ... trên vào hệ thức biểu diễn hằng số cân bằng nồng độ của phản ứng trên, ta có: ' [ '] .[ '] ... [ ]. .[ ]. ...[ '] .[ '] ... [ ]. .[ ]. ...p q p p q q C D C m n m m n n A B C D C DKA B A B [ ] .[ ].. .... ....[ ] .[ ].. .... ...p q q p q p D C D C m n n m C n m B A B A C DKA B (3). ... '. . ... p q C D c m n A B K K Đại lượng K’ trong phương trình (3) được gọi là hằng số cân bằng điều kiện, nó không những phụ thuộc vào nhiệt độ, vào lực ion của dung dịch mà còn phụ thuộc vào cả nồng độ của các chất khác tham gia vào phản ứng phụ với các chất A, B, C, D.
Để giải nhanh và kết quả có thể chấp nhận được khi giải phương trình cần phải có sự lập luận một cách hợp lí và khoa học. Ví dụ : dung dịch axít yếu HA nồng độ Ca với hằng số axit Ka. Tính nồng độ cân bằng các cấu tử trong dung dịch. Các cân bằng HA H+ + A- [ ] [ ] a [ ] K H AHA (a) H 2 O H+ + [OH-] K H O 2 = [H+][OH-] (b) Phương trình bảo toàn điện tích: [H+] = [OH-] – [A-] (c) Theo định luật bảo toàn nồng độ ban đầu: Ca = [HA] + [A-] (d) Từ a,b,c,d qua một số biến đổi đơn giản ta có : [H+] - 2 [H+] K H O - a [H ]a+ a K CK = 0 (1) Nếu KaCa >>K H O 2 thì phương trình (1) trở thành : [H+] 2 + Ka [H+] - KaCa =0 (2) Nếu Ca >> [H+] thì ta có phương trình tính nồng độ ion H+: [H+] = K Ca a Từ đó tính được: [OH-] = [ ] 2 H K H O ; [A-] = [ ] .K HC K a a a [HA] = Ca - [ ] .K HC K a a a = [ ] .[ ] K H C H a a Tóm tắt chƣơng 1 Bài 1. Viết biểu thức định luật bảo toàn nồng độ ban đầu và định luật bảo toàn điện tích đối với các cấu tử trong dung dịch Na 2 CO 3 C 1 M + NaHCO 3 C 2 M. Giải : Cân bằng : CO32- + H 2 O HCO3- + OH- HCO3- + H 2 O H 2 CO 3 ( CO 2 + H 2 O) Bảo toàn nồng độ ban đầu: 32 3 1 2 32 3 2 3 1 2 [ ] [ ] [ ]C 2 [ ] CO HCO Na C C C C CO HCO H CO C C Na Bảo toàn điện tích : 2 [ H ] [Na ] - 2[CO 3 ] [HCO 3 ] [ OH ] 0 Bài 2. Viết biểu thức định luật bảo toàn nồng độ ban đầu và định luật bảo toàn điện tích đối với các cấu tử trong dung dịch Fe(CH 3 COO) 3 C M, biết rằng sắt tồn tại dưới dạng FeOH2+, Fe(OH)2+, Fe 2 (OH)24+, FeCH 3 COO2+, Fe(CH 3 COO)2+. Giải : Bảo toàn nồng độ ban đầu đối với Fe3+: 3 3 2 2 2 24 2 3 3 2 [ ] [ ] [ ( ) ] 2[ ( ) ][ OO ] [ ( OO) ] C Fe C Fe FeOH Fe OH Fe OH FeCH C Fe CH C Bảo toàn nồng độ ban đầu đối với CH 3 COO- : 3 3 3 3 2 3 2 CCH C OO 3 C [ CH COO ] [ CH COOH] [ Fe CH C( OO ] 2[ Fe CH C( OO) ] Bảo toàn điện tích : 3 2 2 2 3 2 3 2 3 [ ] 3[ ] 2[ ] [ ( ) ] 4[ ( ) ]2[ OO ] [ ( OO) ] - [ ] [ OO ]= H Fe FeOH Fe OH Fe OH FeCH C Fe CH C OH CH C Bài 3. Cho dung dịch X gồm : AlCl 3 3-3M + HCl 2-2M. 5. Tính pH của dung dịch muối axit
Áp dụng công thức : lg 0,5. 2. 1 f i Zi ta có : lg 0,5. 2 0, 038 0, 082 1 0, 038 0, H H f f 3 3 lg 0,5. 2 0, 038 0, 734 1 0, 038 0, Al Al f f Bài 4. Biểu diễn định luật tác dụng khối lượng cho các cân bằng sau đây (coi hệ số hoạt độ của các ion bằng 1) :
|
