Tài liệu Tiểu luận hóa học phân tích nâng cao-một số bài tập tổng hợp về tính toán cân bằng

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HOÁ HỌC TIỂU LUẬN HOÁ HỌC PHÂN TÍCH NÂNG CAO MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG Giảng viên hướng dẫn PGS.TS: Nguyễn Đình Luyện Sinh viên thực hiện Lê Thị Ngọc Thảo Huỳnh Thị Tý Hoàng Thị Tuyết Giang Niên khoá 2014 - 2016 MỤC LỤC A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG C KẾT LUẬN A. MỞ ĐẦU Hoá học phân tích là một nghành khoa học về các phương pháp xác định thành phần định tính, thành phần định lượng, cấu trúc của các chất trong đối tượng nghiên cứu. Trong đó, phân tích định tính giúp tính toán nồng độ cân bằng các cấu tử trong dung dịch khi đạt trạng thái cân bằng nhằm mục đích đánh giá khả năng phản ứng giữa các chất, các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng đó. Từ đó, tìm cách điều khiển phản ứng xảy ra theo ý muốn. Để tìm hiểu về phương pháp giải một số bài tập tính toán cân bằng, chúng tôi tìm hiểu đề tài “MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG” B. NỘI DUNG CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT LIÊN QUAN VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHƯƠNG MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP 2 VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG www.PowerPointDep.net CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG I. Cân bằng trong dung dịch axitbazơ 2 Axit mạnh: Bazơ mạnh: h - Ca .h - W = 0 2 h + Cb .h - W = 0 (1.1) (1.2) Axit yếu, đơn chức: W Ca .K a h=0 h h + Ka (1.3) Bazơ yếu, đơn chức: W Cb .K b x=0 x x + Kb (1.4) Axit đa chức: K ai W n h-  Ca i =0 h i=1 h + K ai (1.5) Cách 1 Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton) Cách 2 Giải theo phương pháp gần đúng liên tục h  W+K a1 .[HA1 ]  K a 2 .[HA 2 ] +...+ K a n .[HA n ] (1.5.1) h Và [HA i ] = Ca i K ai + h (1.5.2) Bazơ đa chức: K bi W x-  Cb i = 0 (1.6) x i=1 x + K bi n Cách 1 Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton) Cách 2 Giải theo phương pháp gần đúng liên tục x  K b1 .[A1 ]  K b2 .[A 2 ] +...+ K bn .[A n ]+W Và x [A ] = C bi (1.6.2) K bi + x  i (1.6.1) II. Cân bằng trong phản ứng oxi hoá-khử Xét bán phản ứng: Phương Nernst: aOx+ne ƒ bKh a RT (Ox) 0 trình E = Eoxh/kh + ln nF (Kh)b a 0, 059 (Ox) 0 E = Eoxh/kh + ln n (Kh)b Ở 250C, ln = 2,303lg và áp dụng cho dung dịch rất loãng: a 0, 059 [Ox] 0 E = Eoxh/kh + lg n [Kh]b (1.7) - Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng oxi hoá-khử: pH, chất tạo phức, chất ít tan. Phương trình tổng quát: Ox1 + Kh2 ƒ Kh1 + Ox2 - Khi D E = E OX - E Kh > 0 (1.8) thì phản ứng oxi hóa khử xảy ra. - Để biết mức độ mạnh-yếu của phản ứng: K = 10 0 0 n(EOx -EKh ) 0,059 (1.9) III. Cân bằng trong phản ứng tạo kết tủa - Xét cân bằng: A m Bn Û mA n + + nBm- KS K S = (A n+ )m .(B m- )n (1.10) Khi đó tích số tan - Tích số tan được viết dưới dạng nồng độ K C ,ta có: S K CS = [A n+ ]m . [B m- ]n .f Amn+ .f Bnm- (1.11) Trong đó: fi là hệ số hoạt độ của ion i - Trong dung dịch loãng, lực tương tác giữa các ion không đáng kể fi 1, nên: K S = K SC = [A n+ ]m . [B m- ]n (1.12) * Nếu độ tan lớn hơn 10-4 thì phải xét đến ảnh hưởng của lực ion hay phải tính theo hoạt độ). Khi có các quá trình phụ → Tích số tan điều kiện ' S K = [A]'[B]' . = Kα α. S. A Với B (1.13) α A = 1 + β1[L]+ β1β 2 [L]2 + ... + β1 ...β n [L]n (1.14) 2 n h h h αB = 1 + + + ... + (1.15) K n K n .K n-1 K n ....K 1 Mối quan hệ giữa độ tan và tích số tan: - Cân bằng: Khi đó: Suy ra: A m Bn ƒ mA n+ +nBm+ KS S mS nS m n n+ ù m- ù m n é é KS = ê A . B = (m.S) .(n.S) ë ú û ê ë ú û S= (m+n) KS m m .n n (1.16) - Nếu xét đến các quá trình phụ, thì độ tan (S’) của AmBn ' K được tính theo tích số tan điều kiện ( S): ' K (1.17) S' = (m+n) m S n m .n IV. Cân bằng trong dung dịch phức chất IV.1 Hằng số bền của phức chất IV.3.1. Hằng số bền từng nấc (k) Sơ đồ tạo phức M+L ƒ ML ML+L ƒ ML 2 +L ƒ ML 2 ML3 k1 k2 k3 ..................................... Các giá trị k cho biết độ bền của từng phức và cho phép so sánh khả năng tạo thành phức của từng nấc. IV. Cân bằng trong dung dịch phức chất Xét quá trình tạo phức chính M + nL ‡ˆ ˆ† ˆˆ ML n Hằng số bền điều kiện ba . ML b= a M .a L ' N' Với N a M = 1 + å bi h + å bj[X] -i i=1 aL = b j j=1 h n + K a1 h n- 1 +...K a1 K a 2 ...K a n- 1 h + K a1 K a 2 ....K a n K a1 K a2 ...K an H OH a ML = 1 +b h +b K H2O h LƯU Ý: C .  D  K= a b  A . B c * Cân bằng: aA+bB  cC+dD d * Bài tập có nhiều cân bằng : Ka - Cân bằng axit – bazơ: - Cân bằng oxi hóa – khử: - Cân bằng tạo kết tủa: - Cân bằng tạo phức: Cân bằng chung: K cb = 10 0 n(EOx -E0Kh ) 0,059 KS K f =β K = Ka.Kcb.KS.Kf CHƯƠNG 2: MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG I. Bài tập tổng hợp chương axit-bazơ và oxi hóa khử Câu 1: (trích [1]) Viết nửa phản ứng của hai cặp NO 3-/HNO2 và HNO2/NO trong môi trường axit. Chứng minh rằng HNO2 bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6. 0 0 Cho biết, ở 25oC: E NO3- /HNO2 =0,94V; E HNO2 /NO =0,98V Các nửa phản ứng trong môi trường axit: NO3- +3H + +2e ƒ HNO 2 +H 2O E 0NO- /HNO =0,94V HNO2 +H + +e ƒ NO+H 2 O E 0HNO2 /NO =0,98V E 0' NO 3- / HNO 2 =E 0 NO3- /HNO 2 3 2 3.0, 059 .pH 2 ' 0 E0HNO = E HNO2 /NO - 0, 059.pH 2 / NO + Ở pH = 0 E 0NO - /HNO >E 0HNO2 /NO → HNO2 bị phân hủy: 3 2 3HNO 2 ƒ + Ở pH = 6 E 0 NO3- /HNO 2 NO3- +2NO+H + +H 2 O (*) 3.0,059 =0,94.6=0,409V  E 0 0 >E HNO 2 /NO 2 NO3- /HNO 2 E 0HNO2 /NO =0,98-0,059.6=0,626V → HNO2 vẫn không bền, bị phân hủy như phương trình (*). Vậy: - pH có ảnh hưởng đến thế của cặp OXH-K. - từ pH = 0 đến pH = 6, HNO2 bị phân hủy theo phương trình (*) Câu 2: (trích [NTD dài]) Hãy đánh giá khả năng phản ứng của K2Cr2O7 với KBr. a) ở pH =1,00 b) ở pH = 3,50 Giả thiết hoạt độ các chất oxi hóa, khử được xét ở điều kiện chuẩn. Xảy ra các cân bằng sau: Cr2 O 72  14H   6e ƒ 2Br  ƒ 2Cr 3  7H 2O Br2  2e Cr2 O72  14H   6Br  ƒ E 0Cr O2 / 2Cr3  1,33V(1) 2 7 E 0Br /2Br   1, 065V(2) 2 2Cr 3  3Br2  7H 2O(*) Cân bằng (1) phụ thuộc pH, ta có: 2 [Cr O 0, 059 0, 059 0' 0  14 2 7 ] E E  lg  lg[H ] 3 2 n [Cr ] n