Tài liệu Báo cáo thực tập-phản ứng tạo kết tủa

  • Số trang: 25 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 316 |
  • Lượt tải: 3
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

PHẢN ỨNG TẠO KẾT TỦA TS Vi Anh Tuấn Khoa hóa học – Trường Đại học KHTN - ĐHQG Hà Nội Phản ứng tạo kết tủa là phản ứng tạo thành chất rắn từ các chất tan trong dung dịch. Thí dụ: Ag+ + Cl- → AgCl (r) Ca2+ + C2O42- → CaC2O4 (r) Trong hoá phân tích, phản ứng tạo kết tủa được sử dụng để: • Tách chất cần xác định khỏi các chất cản trở. • Phân tích khối lượng. • Phân tích gián tiếp. • Chuẩn độ kết tủa. 1. Tích số tan và độ tan 1.1 Tích số tan Quá trình hoà tan là quá trình thuận nghịch, do đó cũng tuân theo định luật tác dụng khối lượng. Xét cân bằng hòa tan (Mn+ là ion kim loại, Xm- là gốc axit hoặc OH-): MmXn mMn+ + nXm- T = [M]m[X]n (*) T được gọi là tích số tan (solubility product). Tích số tan được sử dụng để: • So sánh độ tan của các chất ít tan "đồng dạng". • Xem một dung dịch đã bão hoà hay chưa: m n  Q = CM C X > T: dung dịch quá bão hoà => xuất hiện kết tủa. m n  Q = CM C X = T: dung dịch bão hoà. m n  Q = CM C X < T: dung dịch chưa bão hoà => không xuất hiện kết tủa. • Tính độ tan của các chất ít tan (muối, hidroxit). Câu 1.1. 13 So sánh độ tan của AgCl và AgBr trong nước cất. Biết T AgCl = 10-10, TAgBr = 10- . 1 Hướng dẫn giải (AgCl > AgBr) *Chú ý: Mặc dù TAgCl= 10-10 > TMg(OH)2= 1,2.10-11, nhưng trong nước cất, độ tan của Mg(OH)2 lại lớn hơn độ tan của AgCl. Câu 1.2. (a) Trộn 1 ml dung dịch K2CrO4 0,12M với 2 ml dung dịch Ba(OH)2 0,009M. Có kết tủa BaCrO4 tạo thành không? Biết TBaCrO4= 1,2. 10-10. (b) Tính nồng độ cân bằng của các cấu tử sau khi trộn. Hướng dẫn giải (a. Q= 0,04 × 0,006 = 2,4.10-4 > T => có kết tủa tạo thành; (b) TPGH: CrO42-: 0,034 M BaCrO4 Ba2+ + CrO42- Cb x 0,034 + x T = x (0,034 + x) = 1,2.10-10 ⇒ x = 3,53. 10-9 M. ⇒ [CrO42-] = 0,034 M; [Ba2+] = 3,53.10-9 M) Câu 1.3. Metylamin, CH3NH2, là một bazơ yếu phân li trong dung dịch như sau: CH3NH2 + H2O  → ←  CH3NH3+ + OH- (a) Ở 25°C, phần trăm ion hoá của dung dịch CH3NH2 0,160M là 4,7%. Hãy tính [OH-], [CH3NH3+], [CH3NH2], [H3O+] và pH của dung dịch. (b) Hãy tính Kb của metylamin. (c) Nếu thêm 0,05 mol La(NO3)3 vào 1,00 L dung dịch chứa 0,20 mol CH3NH2 và 0,20 mol CH3NH3Cl. Có kết tủa La(OH)3 xuất hiện không? Cho tích số tan của La(OH)3 là 1.1019 . Hướng dẫn giải (a) [CH3NH2]= 0,152 M; [CH3NH3+]=[OH-]= 7,5.10-3; pH= 11,9 (b) 3,7.10-4 (c) Q = 2,56.10-12 > T, có kết tủa) Câu 1.4. MgF2(r)  → ←  Mg2+(aq) + 2 F-(aq) Trong dung dịch bão hoà MgF2 ở 18° C, nồng độ của Mg2+ là 1,21.10-3 M. (a) Hãy viết biểu thức tích số tan, T, và tính giá trị này ở 18° C. 2 (b) Hãy tính nồng độ cân bằng của Mg2+ trong 1,000 L dung dịch MgF2 bão hoà ở 18°C chứa 0,100 mol KF. (c) Hãy dự đoán kết tủa MgF2 có tạo thành không khi trộn 100,0 mL dung dịch Mg(NO3)2 3.10-3 M với 200,0 mL dung dịch NaF 2,00.10-3 M ở 18°C. (d) Ở 27°C nồng độ của Mg2+ trong dung dịch bão hoà MgF2 là 1,17.10-3 M. Hãy cho biết quá trình hoà tan MgF2 là toả nhiệt hay thu nhiệt? Giải thích. Hướng dẫn giải (a) 7,09.10-9 (b) 7,09.10-7M (c) Q < T, không có kết tủa (d) Toả nhiệt) Câu 1.5. Dung dịch bão hòa H2S có nồng độ 0,100 M. Hằng số axit của H2S: K1 = 1,0 × 10-7 và K2 = 1,3 × 10-13. (a) Tính nồng độ ion sunfua trong dung dịch H2S 0,100 M khi điều chỉnh pH = 2,0. (b) Một dung dịch A chứa các cation Mn2+, Co2+, và Ag+ với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng 0,010 M. Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh pH = 2,0 thì ion nào tạo kết tủa? Cho: TMnS = 2,5× 10-10 ; TCoS = 4,0× 10-21 ; TAg2S = 6,3× 10-50. (c) Hãy cho biết có bao nhiêu gam kết tủa chì(II) sunfua được tách ra từ 1,00 lit dung dịch bão hòa chì(II) sunfat? biết nồng độ sunfua được điều chỉnh đến 1,00 .10-17 M? Cho các giá trị tích số tan: TPbSO4 = 1,6 ·10-8 và TPbS = 2,5 ·10-27. Hướng dẫn giải [S 2− ] = a) K a1K a 2 CH S = 1,3.10−17 [ H + ]2 + [ H + ]K a1 + K a1K a 2 2 [Mn2+] [S2-] = 10-2 × 1,3 .10-17 = 1,3 .10-19 < TMnS = 2,5 .10-10 b) Có: ; không có kết tủa [Co2+] [ S2-] = 10-2 × 1,3 .10-17 = 1,3 .10-19 > TCoS = 4,0 .10-21 ; có kết tủa [Ag+]2[S2-] = (10-2)2× 1,3 .10-17 = 1,3 .10–21 > TAg2S = 6,3 .10-50 ; có kết tủa CoS Ag2S c) Có: [Pb2+][SO42-] = 1,6.10-8. 3 ⇒ [Pb2+] = [SO42-] = 1,265.10-4. Khi nồng độ sunfua đạt 1,00.10-17 M thì nồng độ Pb2+ còn lại trong dung dịch là: [Pb2+] = 2,5.10-27/ 1,00.10-17 = 2,5.10-10. ⇒ 1.2 mPbS = (1,265.10−4 − 2,5.10−10 ) × 239,2 × 1 = 3,03.10−2 gam = 30,3mg ) Quan hệ giữa độ tan và tích số tan Độ tan (S, solubility) của một chất là nồng độ của chất đó trong dung dịch bão hoà. Độ tan thường được biểu diễn theo nồng độ mol/l. Độ tan và tích số tan là những đại lượng đặc trưng cho dung dịch bão hoà của chất ít tan. Do đó, tích số tan và độ tan có mối quan hệ với nhau, điều đó có nghĩa là ta có thể tính được độ tan của một chất ít tan từ tích số tan của nó và ngược lại. MmXn  → ←  m Mn+ + n XmmS nS 1 m Có: n m n T = [M] [X] = [mS] [nS] ⇒  T  m+n S = m n  m n  *Nhận xét: Công thức trên chỉ đúng nếu Mn+ và Xm- không tham phản ứng nào khác. Câu 1.6. Cho tích số tan của Ag2CrO4 ở 25oC là 2,6.10-12. (a) Hãy viết biểu thức tích số tan của Ag2CrO4. (b) Hãy tính [Ag+] trong dung dịch bão hòa Ag2CrO4. (c) Hãy tính khối lượng Ag2CrO4 có thể tan tối đa trong 100 ml nước ở 25oC. (d) Thêm 0,1 mol AgNO3 vào 1,0 lit dung dịch bão hòa Ag2CrO4. Giả thiết thể tích dung dịch không thay đổi. Hãy cho biết [CrO42-] tăng, giảm hay không đổi? Giải thích. Trong dung dịch bão hòa Ag3PO4 ở 25oC, nồng độ Ag+ là 5,3.10-5 M. (e) Hãy tính tích số tan của Ag3PO4 ở 25oC. (g) Làm bay hơi 1,00 lit dung dịch bão hòa Ag3PO4 ở 25oC đến còn 500 ml. Hãy tính [Ag+] trong dung dịch thu được. Đáp số b. 8,66.10-5 M. c. 2,88.10-3 gam; d. giảm; e. 2,63.10-18. g. không đổi, 5,3.10-5 M) 4 2. Kết tủa phân đoạn Nếu trong dung dịch có chứa hai hay nhiều ion có khả năng tạo kết tủa với cùng một ion khác, nhưng các kết tủa hình thành có độ tan khác nhau nhiều thì khi thêm chất tạo kết tủa vào dung dịch, các kết tủa sẽ lần lượt được tạo thành. Hiện tượng tạo thành lần lượt các kết tủa trong dung dịch được gọi là kết tủa phân đoạn. *Điều kiện kết tủa hoàn toàn: • [X] < 10-6M, hoặc • %X còn lại trong dung dịch < 0,1% Câu 2.1. Thêm AgNO3 rắn vào dung dịch NaCl 0,10 M và Na 2CrO4 0,0010 M. Cho tích số tan của AgCl là 1,8.10-10 và của Ag2CrO4 là 2,4.10-12. (a) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất hiện kết tủa AgCl. (b) Hãy tính nồng độ Ag+ cần thiết để bắt đầu xuất hiện kết tủa Ag2CrO4. (c) Kết tủa nào được tạo thành trước khi cho AgNO3 vào dung dịch trên? (d) Hãy tính phần trăm ion Cl- còn lại trong dung dịch khi Ag2CrO4 bắt đầu kết tủa? Đáp số (a) 1,8.10-9M (b) 4,9.10-5M (c) AgCl (d) 3,7.10-3%) Câu 2.2. Độ tan là một yếu tố quan trọng dùng để đánh giá mức độ gây ô nhiễm môi trường của muối. Độ tan của muối phụ thuộc nhiều vào bản chất của muối, dung môi và các điều kiện thí nghiệm như nhiệt độ, pH và sự tạo phức. Một dung dịch chứa BaCl2 và SrCl2 có cùng nồng độ là 0,01 M. Câu hỏi đặt ra là liệu có thể tách hoàn toàn hai muối này ra khỏi nhau bằng cách thêm dung dịch bão hòa natri sunfat hay không. Biết điều kiện để tách hoàn toàn là ít nhất 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa ở dạng BaSO4 và SrSO4 chiếm không quá 0,1 % khối lượng kết tủa. Biết các giá trị tích số tan như sau: TBaSO4 = 1× 10-10 và TSrSO4 = 3× 10-7. (a) Hãy tính nồng độ của Ba2+ còn lại trong dung dịch khi 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa và cho biết phương pháp này có dùng được để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau hay không? 5 Sự tạo phức có thể làm tăng đáng kể độ tan. Biết tích số tan của AgCl là 1,7× 10-10, hằng số bền tổng cộng của phức Ag(NH3)2+ là 1,5× 107. (b) Hãy chứng minh (bằng phép tính cụ thể) độ tan của AgCl trong dung dịch amoniac 1,0 M cao hơn so với độ tan trong nước cất. Hướng dẫn giải [ Ba 2 + ] = a. 100 − 99,9 × 0,01 = 1,0.10 −5 M 100 Sau khi 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa thì nồng độ SO42- trong dung dịch là: 1.10 −10 [ SO ] = = = 10 −5 M 2+ −5 [ Ba ] 1,0.10 TBaSO4 2− 4 3.10−7 [ Sr ] = = = 3.10 − 2 M > 0,01 M 2− −5 [ SO4 ] 1,0.10 TSrSO4 2+ ⇒ ⇒ Sr2+ chưa kết tủa. Vậy có thể sử dụng phương pháp này để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau. b. Độ tan của AgCl trong nước cất: S1 = [ Ag + ] = TAgCl = 1,30.10 −5 M Tính độ tan của AgCl trong dung dịch amoniac 1,0 M. AgCl + 2 NH3 bđ cb  → ←  Ag(NH3)2+ + Cl K = 1,5.107 × 1,7.10−10 = 2,55.10−3 1,0 1,0 - 2x x x2 = 2,55.10 −3 2 (1,0 − 2 x ) ⇒ K= ⇒ S2 = x = 4,59.10-2 M; x ⇒ x = 4,59.10-2 M ⇒ S2 = 4,6.103 lan ) S1 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan Trong thực tế, ion kim loại của kết tủa có thể tạo phức với OH - và anion của kết tủa có thể phản ứng với H+ trong dung dịch. Ngoài ra, những cấu tử khác có trong dung dịch cũng có thể tham gia phản ứng với các ion của kết tủa hoặc ít nhất cũng làm biến đổi hệ số hoạt độ của chúng. Những yếu tố đó đều ảnh hưởng đến độ tan của kết tủa. 3.1 Ảnh hưởng của pH 6 Câu 3.1. (a) Hãy cho biết dung dịch của các muối sau có tính axit, bazơ hay trung tính? Giải thích. Natri photphat, đồng (II) nitrat và xesi clorua. (b) Hãy tính khối lượng bạc photphat cần dùng để pha 10 lit dung dịch bão hòa. Khi tính bỏ qua sự thủy phân của ion photphat. Biết bạc photphat có T = 1,3 .10–20. (c) Hãy cho biết trong thực tế nếu hòa tan lượng bạc photphat tính được ở phần (b) vào 10 lit nước thì dung dịch thu được đã bão hòa hay chưa? Giải thích. Hướng dẫn giải a. Na3PO4: bazơ; Cu(NO3)2: axit; CsCl: trung tính; b. 3 Ag+ + PO43- Ag3PO4 3S S ⇒ T = (3S )3 S ⇒ T 1,3.10 −20 4 S= = = 4,68.10− 6 M 27 27 ⇒ mAg3PO4 = 4,68.10-6× 10× 419 = 1,96.10-2 gam 4 c. Chưa, vì PO43- bị thủy phân làm tăng độ tan của muối) Câu 3.2. Tính độ tan của AgOCN trong dung dịch HNO3 0,001M. Cho TAgOCN= 2,3.10-7; HOCN có Ka=3,3.10-4. Hướng dẫn giải AgOCN -  → ←  + OCN + H Ag+ + OCN → ←  HOCN T = [Ag+][OCN-] Ka = (1) [ H + ][OCN − ] [ HOCN ] (2) Lập phương trình [Ag+] = [OCN-] + [HOCN] [H+] + [HOCN] = 10-3 (3) (4) Giải hệ: (2, 4) ⇒ ⇒ 3,3.10 −4 (10−3 − [ HOCN ])[OCN − ] = [ HOCN ] 10 −3.[OCN − ] [ HOCN ] = 3,3.10−4 + [OCN − ] (5) 7 (3, 5) ⇒ [ Ag + ] = [OCN − ] + 10−3[OCN − ] 3,3.10−4 + [OCN − ] (6) Đặt [OCN-]= x (1,6) ⇒ 10−3 x (x + ) x = 2,3.10 −7 −4 3,3.10 + x ⇒ x3 + 1,33.10-3 x2 - 2,3.10-7 x - 7,59.10-11 = 0 ⇒ x= 2,98.10-4 = [OCN-] (5) ⇒ [HOCN]= 4,75.10-4 (4) ⇒ [H+]= 5,25.10-4 [Ag+]= 7,72.10-4 = S. (1) => *Nhận xét: vì nồng độ của ion các ion và phân tử gần bằng nhau nên không thể giải gần đúng được) Câu 3.3. (a) 100 ml nước ở 25oC hòa tan được tối đa 440 ml khí H2S (ở đktc). Hãy tính nồng độ mol của H2S trong dung dịch bão hòa. Giả thiết rằng quá trình hòa tan H2S không làm thay đổi thể tích của dung dịch. (b) Dung dịch FeCl2 0,010 M được bão hòa H2S bằng cách xục liên tục dòng khí H2S vào dung dịch. Cho TFeS = 8,0 .10-19. H2S có Ka1 = 9,5 .10-8 và Ka2 = 1,3 .10-14. Hằng số ion của nước Kw = 1 .10-14. Hãy cho biết để thu được nhiều kết tủa FeS hơn thì cần phải tăng hay giảm pH của dung dịch? (c) Hãy tính pH cần thiết lập để nồng độ Fe2+ giảm từ 0,010 M xuống còn 1,0 .10-8 M. (d) Người ta thêm axit axetic vào dung dịch ở phần (b) để nồng độ đầu của axit axetic đạt 0,10 M. Hãy tính nồng độ đầu của natri axetat cần thiết lập để nồng độ Fe 2+ trong dung dịch thu được là 1,0.10-8 M. Khi tính chú ý sự tạo thành H+ do phản ứng: Fe2+ + H2S → FeS (r) + 2H+. Biết axit axetic có Ka = 1,8 .10-5. Giả sử việc thêm axit axetic và natri axetat không làm thay đổi thể tích của dung dịch. (e) Hãy tính pH của dung dịch đệm trước khi xục khí H2S. Hướng dẫn giải (a. [H 2 S ] = CH 2S 0,44 22,4 = = 0,196 M 0,1 (H2S phân li không đáng kể) 8 b. Tăng pH. c. Có: TFeS 8,0.10 −19 [S ] = = = 8,0.10 −11 2+ −8 [ Fe ] 1,0.10 Mặt khác: [S 2− ] = ⇒ 2− [ H 2 S ]K a1 K a 2 [ H + ]2 [ H 2 S ]K a1K a 2 0,196 × 9,5.10−8 × 1,3.10−14 [H ] = = = 1,77.10− 6 M 2− −11 [S ] 8.10 + ⇒ pH = 5,75; d. Fe2+ + H2S → FeS (r) + 2 H+ 0,01 0,02 CH3COO- + H+ → bđ a cb a-0,02 CH3COOH 0,02 0,1 - 0,1 + 0,02 Có: [CH 3COO − ] pH = pK a + log [CH 3COOH ] ⇒ 5,75 = 4,74 + log ⇒ a = 1,25 M e. [CH 3COO − ] 1,25 pH = pK a + log = 4,74 + log = 5,84 ) [CH 3COOH ] 0,1 Câu 3.4. (QG 2007) Một dung dịch có ba chất HCl, BaCl2, FeCl3 cùng nồng độ a − 0,02 0,12 0,0150M. Sục khí CO2 vào dung dịch này cho đến bão hoà. Sau đó thêm từ từ NaOH vào dung dịch đến nồng độ 0,120M. Cho biết: nồng độ CO2 trong dung dịch bão hoà là 3.102 M; thể tích của dung dịch không thay đổi khi cho CO2 và NaOH vào; các hằng số: pKa của H2CO3 là 6,35 và 10,33; pKs của Fe(OH)3 là 37,5 và của BaCO3 là 8,30; pKa của Fe3+ là 2,17. Hãy tính pH của dung dịch thu được. Hướng dẫn giải H+ + OH-  → ←  H2O 0,015 0,015 9 CO2 + 2 OH0,03 0,03  → ←  Fe(OH)3 0,045 Ba2+ + CO320,015 CO32- + H2O 0,06 Fe3+ + 3 OH0,015  → ←   → ←  BaCO3 0,015 TPGH: CO32-: 0,015 M; CO32- + H2O  → ←  HCO3- + OH- Kb1 = 10-3,67 0,015-x x x ⇒ x2 K b1 = = 10 −3, 67 0,015 − x ⇒ x = 1,69.10-3 M ⇒ pH = 14 + log (1,69.10-3) = 11,23) Câu 3.5. Dấu hiệu cho thấy một người có nguy cơ mắc bệnh gout là nồng độ axit uric (HUr) và urat (Ur-) trong máu của người đó quá cao. Bệnh viêm khớp xuất hiện do sự kết tủa của natri urat trong các khớp nối. Cho các cân bằng: HUr (aq) + H2O Ur- (aq) + Na+ (aq) Ur- (aq) + H3O+ (aq) pK = 5,4 ở 37°C NaUr (r) Ở 37°C, 1,0 lit nước hòa tan được tối đa 8,0 mmol natri urat. (a) Hãy tính tích số tan của natri urat. Bỏ qua sự thủy phân của ion urat. Trong máu (có pH = 7,4 và ở 37°C) nồng độ Na+ là 130 mmol/L. (b) Hãy tính nồng độ urat tối đa trong máu để không có kết tủa natri urat xuất hiện. Giá trị tích số tan phụ thuộc vào nhiệt độ. Biết thêm rằng bệnh gout thường xuất hiện đầu tiên ở các đốt ngón chân và ngón tay. (c) Hãy cho biết tích số tan phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào? Độ tan của axit uric trong nước ở 37°C là 0,5 mmol/L. (d) Chứng minh rằng nếu không có kết tủa natri urat xuất hiện thì cũng sẽ không có kết tủa axit uric xuất hiện. 10 Giả thiết rằng chỉ có HUr và Ur- là ảnh hưởng đến giá trị pH của dung dịch. Sỏi thận thường có axit uric. Nguyên nhân là nồng độ quá cao của axit uric và urat có trong nước tiểu và pH thấp của nước tiểu (pH = 5 - 6). (e) Hãy tính giá trị pH tại đó sỏi (chứa axit uric không tan) được hình thành từ nước tiểu của bệnh nhân. Giả thiết rằng nồng độ tổng cộng của axit uric và urat là 2,0 mmol/L. Hướng dẫn giải a. 6,4 ·10-5; b. 4,9·10-4 M; c. Nhiệt độ giảm thì tích số tan giảm. [Ur − ] pH = pK a + log [ HUr ] d. Có [Ur − ] = pH − pK a = 7,4 − 5,4 = 2 [ HUr ] ⇒ log ⇒ [Ur − ] = 10 2 = 100 [ HUr ] Vì trong máu không có kết tủa NaUr nên [Ur-] < 4,9·10-4 (kết quả tính được ở phần (b)). [Ur − ] 4,9.10 −4 [ HUr ] < = = 4,9.10 − 6 < S HUr = 5.10 − 4 M 100 100 ⇒ Vậy không có kết tủa axit uric xuất hiện. e. Có: [HUr] + [Ur-] = 2.10-3 Axit uric không tan khi: [HUr] = 5.10-4 ⇒ [Ur-] = 2.10-3 - [HUr] = 1,5.10-3 ⇒ [Ur − ] 1,5.10 −3 pH = pK a + log = 5,4 + log = 5,88 [ HUr ] 5.10 − 4 Vậy pH < 5,88 thì bắt đầu có axit uric kết tủa) 3.2. Ảnh hưởng của phản ứng tạo phức Câu 3.6. CuBr là một chất ít tan trong nước (pT = 7,4). (a) Hãy tích thể tích nước tối thiểu cần dùng để hòa tan hoàn toàn 1 gam CuBr. Ion Cu+ tạo phức với amoniac theo các phản ứng sau: 11 Cu+ + NH3  → ←  [Cu(NH3)]+  → ←  [Cu(NH3)]+ + NH3 lgβ1 = 6,18 [Cu(NH3)2]+ lgβ2 = 4,69 (b) Hãy tính thể tích dung dịch amoniac 0,1 M tối thiểu cần dùng để hòa tan hoàn toàn 1 gam CuBr. (c) Biểu thức tính tích số tan điều kiện của CuBr như sau: T' = ([Cu + ] + [Cu(NH3 )]+ + [Cu(NH3 ) 2 ]+ ) · [Br - ] Hãy tính giá trị T' của dung dịch thu được ở phần (b). Hướng dẫn giải  → ←  Cu+ + Br- a. CuBr Có: S = [Cu + ] = 10 -7,4 = 2,00.10 −4 Mặt khác: S= => V = 34,9 lit; 1 = 2,00.10 − 4 143,35V b. CuBr  → ←  Cu+ + Br- Cu+ + NH3  → ←  [Cu(NH3)]+ lgβ1 = 6,18 [Cu(NH3)]+ + NH3  → ←  [Cu(NH3)2]+ lgβ2 = 4,69 Có: [Br-] = [Cu+] + [Cu(NH3)+] + [Cu(NH3)2+] (1) [NH3] + [Cu(NH3)+] + 2[Cu(NH3)2+] = 0,1 (2) Giả sử: [Cu(NH3)2+] >> [Cu+], [Cu(NH3)+] (1) ⇒ [Br-] = [Cu(NH3)2+] (2) ⇒ [NH3] + 2[Cu(NH3)2+] = 0,1 Có: ⇒ pT = 7,4 β1, 2 [Cu(NH 3 ) +2 ] [ Br - ] [ Br - ] = = = [Cu + ][NH3 ] [Cu + ](0,1 - 2[Br - ]) 10- 7,4 (0,1 - 2[Br - ]) [ Br ] [Br ] = 0,05 ; [Cu+] = 1,99.10-6 ; [Cu(NH3)2+] = [Br-] = 0,05 [Cu(NH 3 ) +2 ] 0,05 [NH 3 ] = = = 3,39.10− 7 + −6 10 , 87 β1, 2 [Cu ] 1,99.10 × 10 [Cu(NH3)+] = β1[Cu+][NH3] = 106,18× 1,99.10-6× 3,39.10-7 = 1,02.10-6 KTGT: thỏa mãn; 12 S= ⇒ 1 = [ Br − ] = 0,05 143,35V2 ⇒ V2 = 0,140 lit c. T’= ([Cu+]+[Cu(NH3)+] + [Cu(NH3)2+]) × [Br] = (1,99× 106 +3,39× 107 +0,05) × 0,05 = 2,5× 103 Câu 3.7. Biết tích số tan của Zn(OH)2 là 1,80 × 10-17. (a) Hãy tính độ tan của Zn(OH)2 trong nước. (b) Hãy tính pH của dung dịch Zn(OH)2 bão hòa. Cho các giá trị thế khử chuẩn: [Zn(OH)4]2- + 2 e Zn2+ + 2e  → ←   → ←  Zn (r) + 4 OH- Zn (r) E° = -1,285 V E° = - 0,762 V (c) Hãy tính hằng số bền tổng cộng của phức tetrahidroxozincat(II). (d) Hãy tính độ tan của Zn(OH)2 trong dung dịch đệm có pH = 9,58. Bỏ qua sự tạo phức [Zn(OH)4]2-. (e) Hãy tính độ tan của Zn(OH)2 trong dung dịch đệm có pH = 9,58 và có tính đến sự tạo thành phức [Zn(OH)4]2-. (g) Hãy so sánh kết quả tìm được ở (d) và (e) và rút ra nhận xét. Hướng dẫn giải a. bỏ qua được sự phân li của nước; S = 1,65.10-6; b. 8,52; o o c. Cách 1: Thiết lập công thức tính EZn ( OH ) 24− / Zn theo EZn 2+ / Zn . Có EZn 2+ / Zn = E o Zn 2+ / Zn =E o Zn 2+ / Zn 0,0592 0,0592 [ Zn(OH ) 24 − ] 2+ o + lg[ Zn ] = EZn 2+ / Zn + lg 2 2 β [OH − ]4 0,0592 0,0592 [ Zn(OH ) 24− ] − lg β + lg 2 2 [OH − ]4 Khi [Zn(OH)42-] = [OH-] = 1 M thì: o o EZn2+ / Zn = EZn = EZn − 2+ ( OH )2− / Zn / Zn 4 ⇒ 0,0592 lg β 2 β = 4,67.1017; Cách 2: 13  → ←  Zn(r) + 4 OH- [Zn(OH)4]2- + 2 e E1° = +1.285 V ΔG1° = -z·F·E1° = -247.97 kJ/mol Zn2+ + 2e-  → ←  Zn(r) E2° = -0.762 V ΔG2° = -z·F·E2° = 147.04 kJ/mol Zn2+ + 4 OH- K =e − ∆G RT  → ←  =e − [Zn(OH)4]2- −100920 8, 314×298 ΔG = ΔG1° + ΔG2° = -100.92 kJ/mol = 4,90.1017 T = 1,25.10 −8 M . − 2 [OH ] d. [ Zn 2+ ] = e. S = [Zn2+] + [Zn(OH)42-] = [Zn2+] + β[Zn2+][OH-]4 = T (1 + β [OH − ]4 ) = 2,56.10 −8 M . − 2 [OH ] g. Kết quả khác nhau: (2,56- 1,25)/2,56 = 51%; rất lớn; như vậy sự tạo phức ảnh hưởng đáng kể đến độ tan) Câu 3.8. (IChO 43) PbO là một oxit lưỡng tính. Khi hòa tan vào nước xảy ra các cân bằng: PbO (r) + H2O  → ←  PbO (r) + 2 H2O Pb2+(aq) + 2 OH- (aq)  → ←  Pb(OH)3- (aq) + H3O+ (aq) T = 8,0×10-16 Ka = 1,0×10-15 (a) Hãy tính giá trị pH của dung dịch tại đó dung dịch Pb 2+ 1,00×10-2 M bắt đầu có kết tủa PbO xuất hiện? (b) Từ giá trị pH tính được ở phần (a), người ta tăng pH của dung dịch đến một giá trị nhất định thì kết tủa bắt đầu tan hoàn toàn. Hãy tính giá trị pH này? (c) Hãy viết biểu thức tính độ tan của PbO. (d) Độ tan của PbO đạt giá trị cực tiểu tại pH =9,40. Hãy tính nồng độ của các cấu tử và độ tan của PbO tại giá trị pH này. (e) Hãy tính khoảng pH tại đó độ tan của PbO nhỏ hơn 1,0×10-3 M. Hướng dẫn giải [Pb2+][OH-]2 = 8.10-16; a. ⇒ b. [OH-] = 2,83.10-7 ⇒ pH = 7,45; [Pb(OH)3-][H3O+] = 1.10-15 14 ⇒ [H3O+]= 1.10-13 ⇒ pH = 13; c. S = [Pb2+] + [Pb(OH)3-]; d. [Pb2+]= 8.10-16/ [OH-]2 = 1,27.10-6M; [Pb(OH)3-] = 10-15/ [H3O+]= 2,51.10-6 M; ⇒ S = 3,78.10-6M; Mở rộng: chứng minh rằng Smin tại giá trị pH = 9,40; S = [Pb 2 + ] + [Pb(OH)3- ] = 8.10-16 10 −15 10 −15 12 + 2 + = 8 . 10 [ H ] + [OH - ]2 [ H + ] [H + ] ⇒ 10 −15 S ' = 16.10 [ H ] − + 2 = 0 [H ] ⇒ [H+]= 3,97.10-10 (pH = 9,40); e. S = 8.1012 [ H + ]2 + ⇒ 8.1012 [ H + ]3 − 10−3[ H + ] − 10−15 = 0 ⇒ [H+]1 = 1,12.10-8; pH1 = 7,95; + 12 10 −15 = 10− 3 + [H ] [H+]2 = 1,0.10-12; pH2 = 12,00; ⇒ 7,95 ≤ pH ≤ 12,00) 3.3. Ảnh hưởng đồng thời của pH và phản ứng tạo phức Câu 3.9. Tính độ tan của AgI trong dung dịch NH3 0,1M. Biết TAgI = 8,3.10-17; NH3 có Kb = 1,75.10-5 và: Ag+ + 2NH3  → ←  Ag(NH3)2+ ; β1,2 = 1,7.107 Hướng dẫn giải Các cân bằng xảy ra: AgI  → ←  Ag+ + 2 NH3  → ←  NH3 + H2O  → ←  Ag+ + IAg(NH3)2+ NH4+ + OH- Thiết lập các phương trình: T = [Ag+][I-] = 8,3.10-17 (1) 15 β1, 2 + [ Ag ( NH 3 ) 2 ] = = 1,7.10 7 + 2 [ Ag ][ NH 3 ] Kb = (2) + [ NH 4 ][OH − ] = 1,75.10 −5 [ NH 3 ] (3) S = [I-] = [Ag+] + [Ag(NH3)2+] (4) [NH3] + 2 [Ag(NH3)2+] + [NH4+] = 0,1 M (5) [NH4+] = [OH-] (6) [NH4+] << [NH3] Giả sử [Ag+] << [Ag(NH3)2+] << [NH3] (5) ⇒ [NH3] = 0,1 M (3) ⇒ [ NH 4 ] = [OH − ] = 0,1×1,75.10 −5 = 1,32.10 −3 (4) ⇒ [I-] = [Ag(NH3)2+] (7) (1) ⇒ 8,3.10−17 8,3.10−17 [ Ag ] = = + [I − ] [ Ag ( NH 3 ) 2 ] (8) (2) ⇒ [ Ag ( NH 3 ) 2 ] = 1,7.107 −17 8,3.10 × 0,12 + [ Ag ( NH 3 ) 2 ] ⇒ [Ag(NH3)2+] = 3,76.10-6 M ⇒ 8,3.10−17 8,3.10−17 [ Ag ] = = = 2,21.10−11 + −6 [ Ag ( NH 3 ) 2 ] 3,76.10 + + + + KTGT: thỏa mãn ⇒ S = [I-] = [Ag(NH3)2+] = 3,76.10-6M) Câu 3.10. Tính nồng độ cân bằng của các ion Ag+, Br-, Cl-, Ag(NH3)2+, NH4+ và OH- trong dung dịch bão hoà AgCl và AgBr với NH3 0,020M. Giả thiết rằng phức Ag(NH3)+ tạo thành không đáng kể. Cho TAgCl = 10-10; TAgBr = 5.10-13; β1,2 = 108 và Kb= 1,8.10-5. Hướng dẫn giải AgCl  → ←  Ag+ + Cl TAgCl = 10-10 AgBr  → ←  Ag+ + Br TAgBr = 5.10-13 16 Ag+ + 2 NH3  → ←  NH3 + H2O  → ←  Ag(NH3)2+ β1,2 = 108 NH4+ + OH- Kb = 1,8.10-5 [AgL2] + [Ag+] = [Cl] + [Br] Có: (1) [NH3] + [NH4+] + 2[AgL2] = 0,02 Giả sử: (2) [Ag+] << [AgL2]; [Br] << [Cl] ; [NH4+] << [NH3] (1) ⇒ [AgL2] = [Cl-] (3) (2) ⇒ [NH3] + 2[AgL2] = 0,02 ⇒ AgCl AgCl 2 2 [AgL2] = β1,2[Ag+][NH3]2 = β1,2 [Cl − ] [ NH 3 ] = β1,2 [ AgL ] [ NH 3 ] ⇒ [AgL2]= 0,1 [NH3] (4) ⇒ [NH3] + 0,2[NH3] = 0,02 ⇒ [NH3]= 1,67.10-2M ⇒ [AgL2] = 1,67.10-3M; [Cl] = 1,67.10-3M; (4) T T 2 [ Ag + ] = [ Br − ] = TAgCl [Cl − ] T AgBr + [ Ag ] = 6.10 −8 M = 8,33.10 −6 M [OH-] = [NH4+] = 1,67.10 −2 ×1,8.10 −5 = 5,48.10 −4 M KTGT: thoả mãn) Câu 3.11. Thêm 0,1 ml Na2S 1M vào 10 ml dung dịch Cu+ 10-2M và CN- 1M ở pH= 12. Tính xem có kết tủa mầu đen Cu2S xuất hiện không? Biết: TCu2S= 10-47,6. Phức Cu(CN)43- có β1,4= 1030,3, HCN có pKa= 9, H2S có pK1= 7 và pK2= 12,9. Hướng dẫn giải ([S2-]= 1,11.10-3M; [Cu+]= 5,9.10-33 => Q= 3,86.10-68 < T => không có kết tủa) Câu 3.12. Cho TCu(OH)2 = 4,50 .10–21; MW (Cu(OH)2) = 97,59 g.mol–1 và pKb (NH3) = 4,76. (a) i. Hãy tính độ tan của Cu(OH)2 trong nước theo đơn vị g/100 mL. Bỏ qua quá trình tự phân li của nước. 17 ii. Hãy tính pH của dung dịch bão hòa Cu(OH)2. (b) Độ tan của nhiều hidroxit kim loại được tăng lên nhờ quá trình tạo phức của ion kim loại với phối tử như amoniac. Trong một thí nghiệm, người ta hòa tan hoàn toàn 5,00 mg Cu(OH)2 trong 25,00 mL dung dịch NH3. Biết nồng độ cân bằng của NH3 trong dung dịch thu được là 1,00 .10–3 M, hằng số bền tổng cộng của phức Cu(NH3)42+ là β1,4 = 1011,75. i. Hãy tính nồng độ mol tổng cộng của đồng trong dung dịch thu được. ii. Hãy tính nồng độ cân bằng của các cấu tử chứa đồng trong dung dịch. iii. Hãy tính nồng độ cân bằng của NH4+. iv. Hãy tính pH của dung dịch. v. Hãy tính nồng độ của dung dịch NH3 ban đầu. Hướng dẫn giải a. i. Cu(OH)2  → ←  Cu2+ + 2 OHS 2S Có: T = [Cu 2+ ][OH − ]2 = S (2 S ) 2 = 4,50.10 −21 ⇒ 4,50.10−21 S= = 1,04.10− 7 M 4 ⇒ S ' = 1,04.10−7 × 0,1 × 97,59 = 1,01.10−6 g / 100ml ii. Có: [OH-]= 2S = 2× 1,04 .10-7 = 2,08 .10-7 ⇒ pH = 14 + log[OH-] = 14 + log (2,08 .10-7) = 7,32; b. i. ii. 3 CCu 2+ 5,00.10−3 97,59 = = 2,05.10− 3 M 0,025 Cu(OH)2 Cu2+ + 2 OH- Cu2+ + 4 NH3 Có: Cu(NH3)42+ CCu2+ = [Cu2+] + [Cu(NH3)42+] = 2,05.10-3 β1, 4 [Cu ( NH 3 ) 24 + ] = [Cu 2 + ][ NH 3 ]4 T = 4,50.10-21 β1,4 = 1011,75 (1) (2) 18 (2) [Cu ( NH 3 ) 24 + ] [Cu ( NH 3 )24 + ] [Cu ] = = 11, 75 = 1,778[Cu ( NH 3 ) 24 + ] (3) 4 −3 4 β1, 4 [ NH 3 ] 10 × (10 ) (1, 3) ⇒ [Cu2+] = 1,31.10-3 2+ [Cu(NH3)42+] = 7,38.10-4 NH4+ + OH- iii. NH3 + H2O Có: [ NH 4+ ][OH − ] [ NH 4+ ]2 Kb = = [ NH 3 ] [ NH 3 ] ⇒ [ NH 4+ ] = Kb [ NH 3 ] = 10−4, 76 × 1,00.10−3 = 1,32.10−4 M Kb =10-4,76 [OH-] = [NH4+]= 1,32.10-4 iv. Có: ⇒ pH = 14 + log[OH-] = 14 + log(1,32.10-4) = 10,12 v. CNH3 = [NH3] + [NH4+] + 4[Cu(NH3)42+] = 1.10-3 + 1,32.10-4 + 4× 7,38.10-4 = 4,08.10-3 M) 4. Xác định tích số tan 4.1. Dựa vào độ tan Câu 4.1. Thêm từ từ dung dịch bari nitrat 0,0010 M vào 200 ml dung dịch NaF 0,040 M. Khi 35 ml dung dịch bari nitrat đã được thêm vào thì thấy kết tủa BaF 2 bắt đầu xuất hiện. Hãy tính tích số tan của BaF2. Đáp số: (1,72.10-7) Câu 4.2. Dung dịch bão hòa Cd(OH)2 có pH = 9,56. Hãy tính tích số tan của Cd(OH)2. Đáp số: (2,39.10-14) Câu 4.3. Biết 1 lit dung dịch NH3 1M hòa tan được tối đa 0,33 gam AgBr. Hãy tính TAgBr. Biết phức Ag(NH3)2+ có β1,2 = 5,88.106. Hướng dẫn giải [Ag(NH3)2+] = [Br-] = 0,33/188 = 1,76.10-3 M. ⇒ [NH3] = 1 – 2[Ag(NH3)2+] = 0,996 M ⇒ [ Ag + ] = ⇒ T = [Ag+][Br-]= 5,32.10-13) Câu 4.4. [ Ag ( NH 3 ) +2 ] = 3,02.10 −10 2 β1, 2 [ NH 3 ] Tính tích số tan của Ca(IO3)2 Thí nghiệm 1. Chuẩn hóa dung dịch natri thiosunfat. 19 Lấy 10,0 ml dung dịch KIO3 0,0120 M cho vào bình nón. Thêm 2 gam KI và 10 ml dung dịch HCl 1M. Dung dịch có mầu nâu thẫm. Chuẩn độ bằng dung dịch Na 2S2O3 đến mầu vàng rơm. Thêm 5 ml hồ tinh bột và tiếp tục chuẩn độ đến mất mầu xanh của phức tinh bột với I3- thấy hết 20,55 ml. Thí nghiệm 2. Tính độ tan của Ca(IO3)2 trong nước cất. Lấy 10,0 ml dung dịch bão hòa Ca(IO3)2 cho vào bình nón. Thêm 2 gam KI và 10 ml HCl 1M. Tiến hành chuẩn độ dung dịch thu được bằng dung dịch Na2S2O3 ở trên thấy hết 19,20 ml. Hãy: (a) viết các phản ứng được mô tả trong thí nghiệm. (b) tính nồng độ dung dịch Na2S2O3. (c) tính nồng độ của IO3-. (d) tính độ tan của Ca(IO3)2 trong nước. (e) tính tích số tan của Ca(IO3)2. Đáp số: a. IO3- + 5 I + 6 H+ → 3 I2 + 3 H2O I2 + 2 S2O32- → 2 I + S4O62b. 0,0350M; c. 0,0122 M. d. 5,6.10-3 M. e. 7,1.10-7) 4.2. Dựa vào giá trị thế khử chuẩn o o Cho EHg 22+ / Hg = 0,789V ; EHg 2Cl 2 / Hg = 0,268V . Hãy tính tích số tan và độ tan của Câu 4.5. Hg2Cl2. Hướng dẫn giải Hg22+ + 2 e Hg22+ + 2 Cl-  → ←   → ←  2 Hg Hg2Cl2 ; T = [Hg22+][Cl-]2 o o Thiết lập công thức tính EHg 2 Cl 2 / Hg theo EHg 22+ / Hg . Có o EHg 2+ / Hg = EHg + 2+ / Hg 2 2 0,0592 0,0592 T o lg[ Hg 22 + ] = EHg + lg 2+ / Hg 2 2 2 [Cl − ]2 o = EHg + 2+ / Hg 2 0,0592 lg T − 0,0592 lg[Cl − ] 2 20
- Xem thêm -