Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Lời cam đoan

Khoá luận của em được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Ths.
Nguyễn Thị Huyền cùng với sự nỗ lực của bản thân. Em xin cam đoan kết quả nghiên cứu
là kết quả thực của bản thân em, không trùng với kết quả của các tác giả khác.
Trong quá trình làm đề tài của em cũng không tránh khỏi những thiếu sót, em rất
mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên để khoá luận
của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2011
Sinh viên

Đào Thị Vịnh

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

i


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Lời cảm ơn!
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo Ths. Nguyễn Thị Huyền đã tận tình
dìu dắt và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu.

hòa....................................................................................................................3
1.2 Hidrat hóa và dehidrat hóa .......................................................................................3
1.3 Cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan
1.3.1 Độ tan....................................................................................................................4
1.3.2 Tích số tan ............................................................................................................7
1.3.3 Nguyên tắc đánh giá độ tan từ tích số tan ...........................................................9
1.3.4 Các phương pháp tính toán cân bằng
1.3.4.1 Tích số tan điều kiện .................................................................................10
1.3.4.2 Áp dụng định luật bảo toàn proton để đánh giá độ tan...........................12
Chương 2: Phân loại phương pháp giải bài tập về tính độ tan theo tích số tan
2.1 Bài tập minh họa lý thuyết ........................................................................................14
2.2 Bài tập nâng cao
2.2.1 Tính độ tan theo tích số tan khi không xét đến quá trình phụ ...........................20
2.2.2 Tính độ tan theo tích số tan khi có xét tới quá trình phụ của ion tạo ra từ hợp
chất ít tan ......................................................................................................................27
2.2.2.1 Tính độ tan theo tích số tan của hợp chất ít tan trong đó có quá trình
proton hóa .............................................................................................................27

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

iii


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.2.2.2 Tính độ tan theo tích số tan của hợp chất ít tan khi có quá trình tạo
phức.......................................................................................................................35
2.2.2.3 Tính độ tan theo tích số tan của hợp chất ít tan khi có cả quá trình tạo


5. Tiến sĩ:

Ts

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

v


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Mở đầu
1.

Lý do chọn đề tài
Trong chương trình hoá học phổ thông có đề cập tới hai loại phản ứng

hoá học cơ bản đó là:
+ Phản ứng oxi hoá khử
+ Phản ứng trao đổi bao gồm phản ứng axit - bazơ (trao dổi
proton), phản ứng tạo phức (trao đổi phối tử) và phản ứng tạo thành hợp chất
ít tan
Phản ứng tạo thành hợp chất ít tan có vai trò khá quan trọng trong
chương trình hoá học phổ thông cũng như chương trình chuyên, đặc biệt là
đối với chương trình hoá học phân tích trong các trường cao đẳng, đại học;
thường được sử dụng nhận biết, tách và định lượng các chất.
Cân bằng giữa pha rắn và dung dịch bão hoà của hợp chất ít tan liên

tan. Từ đó, khái quát hoá những lý thuyết có liên quan, phân loại các bài tập
tính độ tan theo tích số tan và đưa ra phương pháp giải cho các dạng bài tập
đó.

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

2


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1

Dung dịch

1.1.1 Khái niệm dung dịch
Dung dịch là hỗn hợp đồng nhất bao gồm chất tan và dung môi.


Chất tan: là chất có thể tan trong một chất khác



Dung môi: là chất có thể hòa tan được chất khác

VD: Nước có thể hòa tan được muối ăn thì được gọi là dung môi, muối ăn gọi
là chất tan .Và khi đó ta được một dung dịch natriclorua, hay ta thường gọi là

1.3.1. Độ tan
Khi hòa tan chất điện li ít tan MmAn trong nước thì các ion Mn+, Am- các
phần tử cấu trúc mạng lưới tinh thể chất điện li sẽ bị hydrat hóa và chuyển
vào dung dịch dưới dạng phức chất aqua: M(H2O)xn+, A(H2O)ym-..
Khi hoạt độ các ion M(H2O)xn+, A(H2O)ym- trong dung dịch tăng lên
đến một mức độ nào đó thì xảy ra quá trình ngược lại, có nghĩa là một số ion
hydrat hóa sẽ kết tủa lại trên bề mặt tinh thể. Đến một lúc nào đó thì tốc độ
của 2 quá trình thuận (quá trình hòa tan chất rắn - hydrat hóa) và nghịch (quá
trình các ion kết tủa - dehydrat hóa), chúng ta sẽ có cân bằng thiết lập giữa
pha rắn và dung dịch bão hòa:
mMmAn↓ +(mx+ny) H2O ⇄ mM(H2O)n+
x +nA(H 2 O) y

(pha rắn)

(1.1)

(dung dịch bão hòa)

Khi cân bằng (1.1) đạt trạng thái cân bằng, lúc đó thu được một dung
dịch bão hòa là dung dịch có chứa một lượng chất tan nhất định, lượng chất
tan đó được gọi là độ tan (S). Độ tan S có thể được biểu diễn bằng các đơn vị
khác nhau: g/100g dung môi, g/l, mol/l.
Nếu theo (1.1) ta có thể hiểu khái niệm độ tan như sau:
Độ tan là nồng độ của chất điện li trong dung dịch bão hòa ở điều kiện đã
cho.
Khái niệm này chỉ đề cập đến chất rắn tan trong dung môi nước và độ
tan chính là lượng chất tan điện li thành các ion. Đây là vấn đề cần hiểu về độ
tan của các hợp chất ít tan trong cân bằng ion.



5,0

13.10-4

13.10-8

 Bản chất của dung môi: Với các dung môi khác nhau, thì độ tan của
một chất là khác nhau ở cùng một điều kiện.
VD: Độ tan của KI (theo % khối lượng) trong các dung môi ở 20oC :

Dung môi

H2O

NH3(lỏng)

CH3OH

CH3COOH

Độ tan (S)

59,8

64,5

14,97

1,302


Trong đó: S1, S2 độ tan của các hạt hình cầu có bán kính lần lượt là r1, r2
M là khối lượng phân tử
δ - Sức căng bề mặt của chất lỏng(dung môi)
ρ - tỷ trọng của chât rắn
Với: r2
(1.3)

(() chỉ hoạt độ các ion)
Giả thiết chất rắn ở trạng thái tinh thể hoàn chỉnh, nguyên chất để có
thể chấp nhận làm trạng thái tiêu chuẩn. Nghĩa là: (MmAn) =1.
Khi đó (1.3) có dạng:
(Mn+)m .(Am-)n = Ks

(1.4)

Trong biểu thức (1.4) hằng số cân bằng K được ký hiệu bằng tích số tan
Ks. Như vậy, ở một nhiệt độ không đổi và trong một dung môi xác định, tích
hoạt độ các ion trong dung dịch bão hòa của muối ít tan là một giá trị không
đổi và bằng tích số tan. Tích số tan phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của chất
tan và dung môi.
Để đánh giá độ tan từ Ks cần biểu diễn (1.4) dưới dạng nồng độ. Ta
thay:

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

7


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

(Mm+)= [Mn+] .fM
(Am-) =[Am-]. fA
→

I
1+ I

-0,2.I)

(1.8)

+ Khi dung dịch rất loãng, tương tác tĩnh điện giữa các ion không đáng
kể, ta có f=1, và như vậy hoạt độ bằng nồng độ (A)=[A].1=[A].

(1.9)

Trong dung dịch của muối ít tan, không chứa chất điện ly phụ, thì lực
ion của dung dịch thường rất bé I ≈0, và ta coi fi=1 . Khi đó, biểu thức tích số
tan có dạng gần đúng:
Ks = [Mn+]m [Am-]n

(1.10)

Dung dịch có sự thiết lập cân bằng giữa tướng rắn và các ion của chất ít
tan được gọi là dung dịch bão hòa .
Trong dung dịch bão hòa: Tích số ion bằng tích số tan.
Trong dung dịch chưa bão hào: Tích số ion < tích số tan (tướng rắn có
thể hòa tan thêm được nữa).

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

8



K -1m

(1.13)

K m11

(1.14)

Cân bằng tạo phức hidroxo của ion kim loại:
Mn+ + H2O ⇄ M(OH)(n-1) + H+
Cân bằng proton hóa của gốc axit:
Am- + H+ ⇄ HA(m-1)HA(m-1)- + H+ ⇄ H2A(m-2)…

…

…

H(m-1)A- + H+ ⇄ HmA

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

K 11

(1.15)

9


Trường ĐHSP Hà Nội 2


(1.11)

+ Các quá trình phụ:
Tạo phức hidroxo của M:
M+ + H2O ⇄ MOH + H+

*β1

(1.12)

Proton hoá của A:

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

10


Trường ĐHSP Hà Nội 2

A- + H+

Khóa luận tốt nghiệp

K -1a

⇄ HA

(1.13)

Tạo phức phụ của M với phối tử X:

Ks = [M].[A]

(1.19)
-1

→ Ks’ = Ks.(1 + *β1.h-1 + β.[X]).(1 + K a .h)
-1

(1.18)

(1.20)

-1

→ Ks’ = Ks. α M .α A

-1
Với: α M = (1 + *β1.h-1 + β.[X])-1

α -1A =

Ka
K a +h

Nếu cho pH và nồng độ chất tạo phức X ta có thể đánh giá Ks’. Từ đó,
tính độ tan của kết tủa theo định luật tác dụng khối lượng áp dụng cho (1.11)
dùng Ks’ thay cho Ks:
MA↓ ⇄ M+ + A- ;
[]:



(1.22)

H2O ⇄ H+ + OH-

KW

(1.23)

+ Các quá trình phụ:
M+ + H2O ⇄ MOH + H+

*β1

(1.24)

A- + H+

K -1a

(1.25)

⇄ HA

+ Các ẩn số chưa biết:
[M+] , [A-] , [MA] , [H+] , [OH-] , [MOH].
Cần phải thiết lập 6 phương trình liên hệ. Áp dụng ĐLTDKL:
[M+].[A-] = Ks
[H+].[OH-] = KW → [OH-] =



S = [M+] + [MOH] = [M+].(1 + *β1.h-1)
→ [M+] =

S
1+*βh -1

(1.30)
-1

Tương tự:

S = [A-] + [HA] = [A-].(1 + K a .h)

→ [A-] =

S
1+K a -1h

(1.31)

S2
 KS =
(1+*βh -1 )(1+K -1ah)
 S= K s .(1+*βh1 )(1+K a-1h)

(1.32)

Áp dụng điều kiện proton ta có:
[H+] = [OH-] + [MOH] - [HA]

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI
BÀI TẬP VỀ TÍNH ĐỘ TAN THEO TÍCH SỐ TAN
2.1. Bài tập minh họa lý thuyết:
Bài 2.1.1: Từ quy ước sau:
 Chất có khả năng tan được lớn hơn 1,0g trong 100g nước được gọi là
chất dễ tan (gọi là tan).
 Chất có khả năng tan được từ 0,01g → 1,0g trong 100g nước được gọi
là chất tan (chất tan vừa phải).
 Chất có khả năng tan được nhỏ hơn 0,01g trong 100g nước được gọi là
chất khó tan (thường gọi là chất khó tan).
Theo quy ước mang tính chất tương đối ở trên và dựa vào các giá trị tích số
tan của các hidroxit và các muối trong dung môi nước.
Giải
Đây là vấn đề mang tính chất định tính, rất cần cho học sinh phổ thông
vì chủ yếu học về lí thuyết phản ứng hóa học, cần phải nhìn nhận nhanh xem
có liên quan đến các phản ứng hóa học, cần phải nhìn nhận nhanh xem có
những phản ứng nào xảy ra, chất kết tủa nào được tạo ra, và chất nào sinh ra
trước, chất nào sinh ra sau… Vì vậy, việc khái quát hóa lí thuyết này là rất
quan trọng. Chúng ta có thể đưa ra một số quy ước tính tan của các hidroxit
và muối như sau:
 Các hidroxit hầu như không tan, trừ hidroxit của kim loại kiềm, NH4+,
Ba2+, Sr2+, riêng Ca(OH)2 ít tan.
 Hầu như các muối nitrit, axetat đều tan trừ Hg(CH3COO)2, hai muối
CH3COOAg và AgNO2 ít tan.
 Hầu như các muối clorat, peclorat đều tan trừ KClO4 và NH4Cl ít tan.



S
35 . 9
.100% =
. 100 % = 26,42%
100+S
100  35 .9

b. Độ tan của CuSO4(khan): S1(g)
C%=


S1
.100%=40%
100+S1

S1
=0,4
100+S1

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

15


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Độ tan của CuSO4.5H2O : S2

Ta có:

S=

0,2
=2.10-3 ( g 100gH 2 O )
100

→ Độ tan của CaSO4 tính theo g/ml sẽ là:
S=

0,2
=1,996 g ml
(0.2+100).10-3

Độ tan của CaSO4 tính theo mol/l sẽ là:

S=

1,996
=0,0147( mol l)
136

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

16


Trường ĐHSP Hà Nội 2


→ Tính theo (1) :
Gọi S là độ tan của BaSO4, ta có:
BaSO4  ⇄ Ba2+ + SO42[ ]:

S

Ks

S

Áp dụng ĐLTDKL ta có:
2+

2-

 [Ba ].[SO4 ] = Ks


S2

= Ks

Trong môi trường axit cân bằng (2) chuyển dịch mạnh sang phải do đó
[HSO4-]>>[SO42-]
→ [HSO4-] = 1,48 .10-4

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

17


PbI2↓ ⇄ Pb2+ + 2I-

Ks= 10-7,86

(1)

Pb2+ + H2O ⇄ PbOH+ + H+

*β= 10-7,8

(2)

Ta có: [Pb2+].[I-]2 = KS
[ PbOH+] = *β[Pb2+]h-1 = 10-7,8.106.[Pb2+]
→

[PbOH+] = 10-1,8.[Pb2+]

Gọi độ tan của PbI2 là S, khi đó:
S = CPb2+ = [Pb2+] + [ PbOH+] = [Pb2+](1+10-1,8)
Và: 2S = [I-]
→

[Pb2+].[I-] = Ks

Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học

18



(1)

Pb2+ + H2O ⇄ PbOH+ + H+

*β= 10-7

(2)

CH3COOH⇄ CH3COO- + H+

Ka=10-4,7

(3)

Pb2+ + CH3COO-⇄ PbCH3COO+

β= 10-2,52

(4)

Ka = [CH3COO-].[H+]/[CH3COOH]

Từ (3):

→ lgKa = lg[H+] + lg([CH3COO-]/[CH3COOH])
→ -pKa = pH - lg([CH3COO-]/[CH3COOH])
→ pH = pKa + lg([CH3COO-]/[CH3COOH])
→ pH ≈ pKa = 4,76
-1



(>S trong bài 2.1.5)

Khi đó: [Pb2+] = S’. α Pb2+ = 10-2,0.10-2,52 = 3.10-5 (M)
[PbCH3COO+]=β.[Pb2+].[CH3COO-]=3.10-5.102,52 ≈0,01(M)
2.2 Bài tập nâng cao:
Chúng ta cùng xét đến bài toán tính độ tan của một chất ở một nhiệt độ
xác định, tuy nhiên thành phần các chất trong dung dịch ở mỗi trường hợp là
khác nhau. Ta có thể chia các dạng bài tính tan theo tích số tan theo hai dạng
sau:


Dạng 1: Tính độ tan theo tích số tan khi không xét đến quá trình

phụ.


Dạng 2: Tính độ tan theo tích số tan khi có xét đến quá trình phụ
của ion tạo ra từ hợp chất ít tan. Bao gồm:

+ Tính độ tan của hợp chất ít tan trong đó có quá trình proton hóa.
+ Tính độ tan của hợp chất ít tan khi có quá trình tạo phức.
+ Tính độ tan của hợp chất ít tan khi có cả 2 quá trình trên.
Dưới đây tôi xin đưa cách giải của các dạng bài toán trên và một số bài tập
khách quan.
2.2.1 Tính độ tan theo tích số tan khi không xét đến quá trình phụ


Cách giải: