Bài giảng Hóa đại cương - Chương V: Dung dịch

Nội dung text: Bài giảng Hóa đại cương - Chương V: Dung dịch

1. CHƯƠNG V: DUNG DỊCH * Dương lượng gam của 1 chất là số phần khối lượng của chất đó có thể kết hợp, thay thế với 1 phần khối I. Dung dịch-nồng độ dung dịch. lượng Hydro(đlg=1) hoặc 8 phần khối lượng Dung dịch là 1 hệ đồng thể chứa ít nhất 2 chất hòa Oxy(đlg=8) tan hoàn toàn vào nhau. 1 chất đóng vai trò dung môi, các chất còn lại là chất tan. MA(g) A: nguyên tử MA: nguyên tử gam Đ = ─── A A: phân tử MA: phân tử gam a. Nồng độ dung dịch. n nA(mol) C = ──── (M) . A: nguyên tử; n: hóa trị của nguyên tử đó. . Nồng dộ mol/lit (CM) M Vdd(l) Td1: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ n = 2 đlg(Fe) = 56/2 = 28g NA(đlg) Td2: Fe + 3/2Cl2 → FeCl3 . Nồng độ Đlg/lit(CN) CN = ───── (N) n = 3 đlg(Fe) = 56/3 = 18,7g Vdd(l) * A: hợp chất Với 1 hóa chất A có khối lượng mA(g): m m N m /Đ M Acid: + - A A A A A A n = ∑H = ∑OH trao đổi ; N = ─── Baz nA= ─── A ── = ──── = ── = n NA= n.nA M Đ n m /M Đ Td: H SO + 2NaOH → Na SO + 2H O A A A A A A 2 4 2 4 2 N C N /V n = 2 n = 1 nA A N A C = ──;CN = ── ── = ─── = n CN= nCM Muối M n = ∑(+) = ∑(-) của công thức phân tử đó. V V CM nA/V Oxyt Td: NaCl:(n=1); Na2SO4(n=2); MgO(n=2) Td: hòa tan 4,9g H2SO4 vào nước để tạo thành 1l dd. Chất oxy hóa khử: n= ∑e trao đổi 4,9/98 2+ - + 3+ 2+ 5Fe + MnO4 + 8H →5 Fe + Mn + 4H2O CM = ──── = 0,05M CN = 2CM = 2.0,05 = 0,1N n= 1 n=5 1 2. Dung dịch không điện ly – dung dịch điện ly. . Độ điện ly của chất điện ly là tỷ số giữa số mol đã * Dd không điện ly là dd mà chất tan là chất không diện ly và số mol ban đầu của chất điện ly. diện ly(là chất khi hòa tan trong nước không diện ly x x: số mol(hay nồnh độ) đã điện ly thành các ion trái dấu). α = ── a: số mol(hay nồng độ) ban đầu * Dd điện ly là dd mà chất tan là chất điện ly(là chất a khi hòa tan trong nước phân ly thành các ion trái dấu) α↑và α → 1 chất điện ly càng mạnh . Chất điện ly mạnh: phân ly hoàn toàn , quá trình α↓ và α → 0 chất điện ly càng yếu phân ly là 1 chiều(→) . Để tiện so sánh, người ta qui ước: HCl → H+ + Cl- ; NaCl → Na+ + Cl- α > 0,3 chất điện ly mạnh . Chất điện ly yếu: chỉ phân ly 1 phần, quá trình phân ly là thuận nghịch( ) α< 0,03 chất điệ ly yếu - + 0,03 ≤ α ≤ 0,3 chất diện ly trung bình CH3COOH CH3COO + H
2. II. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH ĐIỆN LY * Với 1 dd (dung môi là H2O) bất kỳ nào đó,ta vẫn có: -14 0 1. Sự điện ly của nước – chỉ số pH và pOH Kn = CH+.COH- = 10 ở 25 C Nước nguyên chất là chất điện ly yếu. -lgKn = -lgCH+ -lgCOH- = 14 + - H2O H + OH Kđly Đặt: pKn = -lgKn ; pH = -lgCH+ ; pOH = -lgCOH- + - [H ][OH ] 0 -16 0 pKn = pH + pOH = 14 ở 25 C Kđly = ────── = 1,8.10 ở 25 C -7 . Môi trường trung tính: CH+ = COH- = 10 [H2O] pH = pOH = -lg10-7 = 7 -7 Vì lượng H2O đã điện ly rất nhỏ so với lượng H2O . Môi trường axit: CH+ > COH- CH+ > 10 ban đầu [H2O] xem như không đổi. pH = -lgCH+ 7 -16 -14 -7 Kn = Kđly[H2O] = (1000/18).1,8.10 = 10 . Môi trường baz: CH+ 7 ; pOH < 7 n axit trung tính baz ׀ K : tích ion của H O n 2 7 2. Tính pH của dung dịch axit- baz H+ a. Định nghĩa axit-baz - + xem pư: AH + BOH A + BOH2 + α. Quan điểm Arhénius axit baz H . Dm = H O; 1 2 n- + 2 baz1 axit2 AHn → A + nH . Axit: n chức; baz: m chức - + - m+ - AH A + H AH/A : cặp axit/baz liên hợp(1) B(OH)m → B + mOH . CH+↑ axit↑; COH-↑ baz↑ + + + BOH2 BOH+H BOH2 /BOH: cặp a/b liên hợp(2) Td: HCl(k) + NH3(k) → NH4Cl(r): không là pư(a-b) b. Quan điểm Bronsted pư(a-b) phải có sự tham gia của 2 cặp a/b liên hợp. . Dm không bắt buộc là H O n- + 2 γ. Quan điểm Lewis AHn → A + nH . Axit n chức, baz m chức + m+ + Axit + ne → . + e ↑ axit↑ B + mH → [B(OH)m] . Phóng thích H ↑ axit↑ + H . Nhận H+↑ baz↑ Baz → me . → e ↑ baz ↑ FeCl Td: HCl(k) + NH3(k) → NH4Cl(r) + Cl 3 Cl + HCl axit baz 2 b. pH của dung dịch axit β. Dung dịch axit yếu * Dung dịch axit yếu đơn chức α. Dung dịch axit mạnh - + n- + AH A + H x AHn → A + nH CH+ = nCA t C 0 0 C = C = nC 0 a αAH = ── x = αCa t C (M) 0 0 H+ N M 0 A CN = nCA tcb Ca – x x x Ca t 0 C nC - + 2 ∞ A A pH = -lgCH+ = -lg(nCA) [A ][H ] αCa.αCa α Ca K = ───── = ────── = ─── . HCl 0,1N: CH+= CN= 0,1(iong/l) pH= -lg0,1= 1 a :α<< 1 1- α = 1 [AH] C – αC 1 - α . HCl 0,1M: n=1 CH+ = CN=CM=0,1(iong/l) pH= -lg0,1=1 a a 2 Ka↑ α↑ . H2SO4 0,1N CH+= CN=0,1(iong/l) pH= -lg0,1=1 K = α C Ka a a α = Ca . H SO 0,1M: n=2 C =C =2C =2.0,1=0,2(iong/l) Ca↑ α↓ ; Ca↓ α↑ 2 4 H+ N M Td: dung dịch CH COOH 0,1M, K = 10-5 có: Vậy: pH= -lg0,2= 0,67 3 a 10-5 α = ─── = 10-4 = 10-2 = 0,01 10-1
3. -2,1 -7,2 -12,3 5 Ka Với : H3PO4 có: Ka1/Ka2/Ka3 = 10 /10 /10 =10 [H+] = x = αC = C = Ka.Ca a a Ca 1 1 -2,1 pH = 2 (pKa- lgCa) = 2 (-lg10 -lg0,1) = 1,55 1 pH = - lg Ka .Ca = 2 (- lgKa – lgCa) c. pH của dung dịch baz 1 Đặt: pKa= - lgKa :Ka↑ pKa↓ pH = 2 (pKa – lgCa) α. Dung dịch baz mạnh -5 n+ - Td: dung dịch CH3COOH 0,1M , Ka = 10 có B(OH)n → B + nOH pH = 1 (- lg10-5 – lg10-1) = 3 2 t0 Cb 0 0 * Dung dịch axit yếu đa chức + - + - -2,1 t∞ 0 Cb nCb H3PO4 ↔ H + H2PO4 Ka1 = [H ][H2PO4 ]/[H3PO4]= 10 - + 2- + 2- - -7,2 COH- = nCb mà: CN= nCM COH- = CN = nCM H2PO4 ↔ H + HPO4 Ka2 = [H ][HPO4 ]/[H2PO4 ]= 10 2- + 3- + 3- 2- -12,3 HPO4 ↔ H + PO4 Ka3 = [H ][PO4 ]/[HPO4 ] = 10 pOH = -lgCOH- pH = 14 - pOH 4 * trường hợp tổng quát: Ka1/Ka2/Ka3 ≥ 10 chỉ chú ý Vậy pH = 14 – (- lgCOH-) chức thứ nhất, xem như là axit yếu đơn chức có Ka=Ka1 * Dd NaOH 0,1 N β. Dd baz yếu COH- = CN = 0,1iong/l pH = 14 –(-lg0,1) = 13 * Dung dịch baz yếu đơn chức + - * Dd NaOH 0,1 M BOH ↔ B + OH COH-= CN= CM = 0,1iong/l pH = 13 t0 Cb 0 0 * Dd Ba(OH)2 0,1 N tcb Cb - x x x x COH- = CN = 0,1iong/l pH= 14 – (-lg0,1) = 13 α = Cb x = αCb 2 Dd Ba(OH) 0,1 M [B ][OH ] ( Cb).( Cb) α Cb * 2 K = = = ──── b [BOH] Cb(1 ) 1 = α COH- = CN = 2CM = 2.0,1 = 0,2iong/l pH = 14 – (-lg0,2) = 13,33 α << 1 1 - α = 1 2 Kb Kb = α Cb α = Cb [OH-] = x = αC = C Kb = 3. pH của dung dịch muối b b Cb Kb.Cb Muối được xem là sản phẩm của pư giữa axit và baz - 1 pOH = -lg[OH ] = -lg Kb .Cb = (-lgKb – lgCb) 2 Axit + Baz → Muối + H2O 1 Đặt pKb = -lgKb pOH = 2 (pKb – lgCb) m m y y 4 loại muối 1 pH = 14 - pOH pH = 14 - 2 (pKb – lgCb) a. Muối tạo thành bởi axit mạnh và baz mạnh mAHn + nB(OH)m → AmBn + m.nH2O(tỷ lệ trung hòa) Td: dung dịch NH4OH 0,1 M có pKb = 5 n- m+ AmBn → mA + nB pH = 14 -1 (pK – lgC ) = 14 - 1(5 – lg0,1) = 11 2 b b 2 An- và Bm+ là gốc của axit và baz mạnh không bị 4 * Trường hợp baz yếu đa chức: nếu Kb1/Kb2/Kb3≥10 thủy phân : dung dịch có pH = 7 ta chỉ chú ý đến chức thứ nhất,và xem nó như là 1 Td: NaCl, NaNO3, Na2SO4, KCl, KNO3, K2SO4 . baz yếu đơn chức với Kb = Kb1.
4. b. Muối của axit yếu và baz mạnh (đơn chức) AH ↔ A- + H+ - + [AH] hC AH + BOH → AB + H2O [A ][H ] + m - Ka = ────── [H ] = Ka ─── = Ka ───── AB → A + B+ [AH] [A-] C (1 – h) t C 0 0 m 0 m + Kn h 7 Cm Cm t0 Cm 0 0 1 h = x/Cm(độ tp) pH = (-lgK – lgK + lgC ) t C – x x x 2 n a m cb m x = hC C (1 – h) hC hC m 1 m m m pH = (pKn + pKa + lgCm) [AH][OH-] [AH][OH-][H+] Kn 2 K = ────── = ───────── Kt = ── t - - + [A ] [A ][H ] Ka Td: dd CH COONa 0,1 M 1 3 Kt Kn pH = (14 + 5 + lg0,1) = 9 h = Cm = Ka.Cm 2 c. Muối của baz yếu và axit mạmh d. Muối tạo bởi axit yếu và baz yếu AH + BOH → AB + H2O AH + BOH → AB + H2O AB → A- + B+ AB → A- + B+ + + - B + H2O ↔ BOH + H pH Kb pKa pKb pH > 7 2 Ka = Kb pKa = pKb pH = 7 4. Dung dịch độn Gọi Ca và Cm là nồng dộ của axit yếu và muối; - + Dung dịch độn là dd có pH thay đổi không đáng kể CH3COONa → CH3COO + Na ,khi ta thêm vào dd 1 lượng nhỏ axit mạnh hay baz t0 Cm 0 0 mạnh, hoặc pha loãng dd. t∞ 0 Cm Cm - + pH nghịch(H+↓); H+ bị pư hết pH không đổi * Ca Ca Ca + OH- : OH- + H+ →H O C ↓; cb≡>thuận(H+↑) pH = -lg(K ) = -lgK -lg pH = pK -lg * 2 H+ aCm a Cm a Cm OH- bị pư hết pH không đổi.
5. Ca Gọi C và C là nồng độ của NH OH và NH Cl, pH = pK -lg ; C = C pH = pK b m 4 4 a Cm a m a chứng minh tương tự trường hợp dd độn axit: Td: dd độn (CH3COOH 0,1 M và CH3COONa 0,01M) Cb pH = 14 – ( pK – lg ) pH = 5 – lg(0,1/0,01) = 5 – lg10 = 4 b Cm b.dd độn tạo bởi baz yếu và muối của nó với axit mạnh . Cb = Cm pH = 14 - pKb Xem dd độn( NH4OH và NH4Cl): dd độn axit yếu Td: dd độn: NH4OH 0,1 M và NH4Cl 0,1 M có: + - NH4Cl → NH4 + Cl pH = 14 – ( 5 – lg 0,1/0,1) = 5 + - pH > 7 NH4OH ↔ NH4 + OH + + - - Thêm H : H + OH → H2O OH ↓: cb≡> thuận(OH-↑) H+ bị pư hết pH không đổi. Thêm OH- OH-↑ cb≡> nghịch(OH-↓) OH- bị pư hết pH không đổi. 5. Chuẩn độ Axit - Baz a. phản ứng : Axit{Ca,Va}? + Baz{Cb,Vb}đã biết → Muối + AHn + NaOH → NaA + H2O H O Baz{C2 b,Vb}? + Axit{Ca,Va}đã biết → Muối + Ca,Va Cb,Vb Với C0,C: nồng độ(CN) H O Dd2 cần ch.độ dd chuẩn ↑ sự ch.độ * Tại điểm tương đương(là thời điểm mà lượng chất (có thể mạnh (mạnh) cần chuẩn độ pư vừa hết với lượng chất chuẩn nhỏ từ hoặc yếu) ống nhỉ giọt xuống). * Chất cần chuẩn độ: ở dưới Theo định luật đương lượng ta có: bình tam giác. NA = NB CaCa = CbVb * Dung dịch chuẩn: ở trên ống b. Để xác định điểm tương đương: dùng chất chỉ nhỉ giọt. thị màu. Chất chỉ thị màu là chất cho vào dd cần chuẩn độ.Tại điểm tương đương: màu cũa dd thay đổi. * Chất chỉ thị màu thường là 1 axit hoặc baz yếu, mà c. Các thí dụ: màu của dd thay đổi tùy theo pH của dd. Td1: Chuẩn độ 10ml dd HCl phải dùng hết 12ml Mỗi chất chỉ thị màu có 1 khoảng pH đổi màu xác dd NaOH 0,1 N CHCl = ? định. Tại điểm tương đương: Cb.Vb 0,1.12 C V = C V C = = = 0,12 N a a b b a Va 10 Td2: Chuẩn độ 10ml dd NaOH phải dùng hết 15 ml dd HCl 0,1N , CNaOH = ? Ca.Va 0,1.15 C V = C V C = = = 0,15 N a a b b b Vb 10 Td3: nhỏ 1 giọt metyl da cam vào nước , có màu ? Nước có pH = 7, khoảng pH đổi màu của metyl da cam từ 3,3→ 4,4 màu vàng
6. 6. Trộn lẫn dd axit – baz. b. Trộn lẫn dd axit yếu và baz mạnh a. Trộn lẫn dd axit mạnh và baz mạnh CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O CaVa = CbVb M[a(y)+b(m)] pH>7 mAHn + nB(OH)m → AmBn + m.nH2O NaOH pH>7 Na=CaVa = Nb=CbVb M(trung tinh) pH = CaVa 7 CH3COOH CaVa > CbVb AmBn CH3COONa pH CbVb pH CaVa pH > 7 NH4Cl III. Cân bằng hòa tan của chất khó tan(tích số tan) * TAmBn ↑ SAmBn ↑ 1. Tích số tan. * Các chất có công thức tương tự nhau(AmBn ≡ CmDn) chất nào có T ↑ S ↑ Đem hòa tan chất khó tan AmBn(r) vào nước: 1/2 Td: AgX TAgX SAgX = (TAgX) (M) lượng đã hòa tan rất nhỏ, Dd rất loảng: AgCl 10-10 10-5 phần đã hòa tan xem như diện ly hoàn toàn: có cb AgBr 10-13 10-6,5 n- m+ -16 -8 AmBn ↔ mA + nB : dd bảo hòa AmBn/H2O AgI 10 10 * Các chất có công thức không tương đương(AmBn t0 a 0 0 Nồng độ của dd bảo hòa và CpDq), phải tính cụ thể tcb -S mS nS gọi là độ tan(S) của AmBn. -10 -5 Td: AgCl TAgCl = 10 SAgCl = 10 K = [An-]m[Bn+]n = (mS)m(nS)n = mmnnS(m+n) 4.10-12 c Ag CrO T = 4.10-12 S= 3 =10-4 (m+n) T 2 4 22.11 K = T = mmnnS(m+n) S = AmBn Pha loãng dd tan nhiều hơn c AmBn AmBn mmnn * * Đun sôi:H2O bay hơi C(ion)↑ kết tủa nhiều hơn 2. Diều kiện để có kết tủa b. Trộn lẫn 2 dd: a. Hòa tan 1 lượng xác dịnh chất khó tan A B n- m+ m n dd(1)A {C1,V1} + dd(2)B {C2,V2}→ dd(3) có↓? * Gỉã sử tan hết: n- m+ ’ ’ n- m+ mA + nB → AmBn ↓ dd(3){C 1,C 2,V3=V1+V2) AmBn → mA + nB Giã sủ sau khi trộn lẩn nhưng chứa pư: t -C’ mC’ nC’ Với C’ = m /M ∞ 0 0 0 0 0 AmBn n =C V =n’ =C’ V C2.V 2 ’ ’ m ’ n 1 1 1 1 1 3 ’ C1.V1 ’ T AmBn = (mC 0) .(nC 0) ’ ’ C 1 = ; C 2 = So sánh T’ và T : ta có n2=C2V2=n 2=C 2V3 V 3 V 3 AmBn AmBn T’ = (An-)m.(Bn+)n ; so sánh với T T’ T dd quá bảo hòa: tan 1 phần, có (r ↔ l) T’ = T dd bảo hòa chưa có ↓ -3 ’ Td: hòa tan 10 mol Ag2CrO4(r) vào nước → 1l dd T > T dd quá bảo hòa có ↓ + 2- Ag CrO → 2Ag + CrO -3 -3 2 4 4 10ml dd(1) AgNO3(2.10 M) +10ml dd(2) Na2CrO4(2.10 M) ’ -3 ’ -3 2 -3 -9 ’ -3 -3 ’ -3 -3 C 0=10 M T =(2.10 ) .(10 ) =4.10 >T tan 1 phần C Ag+ = 2.10 .10/20 = 10 M ;C CrO4 = 2.10 .10/20 = 10 M ’ -3 2 -3 -9 T Ag2CrO4 = (10 ) .(10 ) = 10 > Tag2CrO4 có ↓