Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
-----------o0o-----------
NGUYỄN HUY LINH
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI
CÁC BÀI TOÁN VỀ ĐIỀU KIỆN
ĐỂ KẾT TỦA XẢY RA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Phân Tích
Người hướng dẫn khoa học
ThS. NGUYỄN THỊ THANH MAI
HÀ NỘI - 2011
NguyÔn Huy Linh
1
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
NguyÔn Huy Linh
2
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
các loại phản ứng thông dụng sẽ trang bị cho học sinh phương pháp, kỹ năng
giải các bài toán tổng hợp về phản ứng ion một cách hệ thống và chính xác.
Mặc dù vậy, tuy chiếm một vị trí quan trọng đối với chương trình Hóa
Học, nhưng trong thực tế do thời gian phân phối cho chương trình quá ít, nên
nội dung kiến thức này còn chưa được mở rộng. Lượng bài tập vận dụng và
nâng cao còn nghèo nàn, nội dung bài tập còn nặng về minh họa cho lý
thuyết cơ bản, thiếu sự liên hệ, kết hợp với kiến thức về các loại phản ứng
khác. Trong các giáo trình và tài liệu hiện hành, chủ yếu đề cập nhiều về phản
ứng Axit – Bazơ và phản ứng Oxi hóa – khử. Còn phản ứng tạo thành kết
tủa,mặc dù thực tế cũng gặp không ít, nhưng phần lớn chỉ được đưa ra ở mức
độ đại trà, chưa hệ thống và toàn diện.
Muốn hiểu được sâu sắc và có thể học tập tốt kiến thức về phản ứng tạo
thành kết tủa, thì việc phân loại các dạng bài tập cụ thể, cũng như xây dựng
tiêu chí, cấu trúc cho từng dạng bài tập và xác định phương pháp giải tổng
quát cho mỗi dạng bài tập về phản ứng tạo ra kết tủa là một yêu cầu rất thiết
thực.
Xuất phát từ những yêu cầu đó, tôi mạnh dạn chọn đề tài “ Phân loại
và phương pháp giải các bài toán về điều kiện để kết tủa xảy ra”. Với mong
muốn trước hết là mở mang vốn kiến thức của bản thân. Sau là góp một phần
dạng cơ bản. Từ đó vận dụng lý thuyết chủ đạo để đưa ra phương pháp giải
tổng quát cho các dạng bài toán này.
Thực hiện giải chi tiết một số bài toán điển hình có liên quan trong
chương trình Hóa Học.
Đề xuất một số bài toán tương tự có tính chất vận dụng, nâng cao ( kèm
theo gợi ý cách giải và đáp số).
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Cơ sở lý thuyết về điều kiện để kết tủa xảy ra, về phản ứng tạo thành
các hợp chất ít tan trong dung dịch điện ly.
Một số bài tập cơ bản điển hình thường gặp về điều kiện để kết tủa xảy
ra được tổng hợp từ các giáo trình, sách giáo khoa và tài liệu hiện hành.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết chung về phản ứng tạo thành hợp chất ít tan và
điều kiện để kết tủa xảy ra trong các giáo trình, tài liệu hiện hành có liên
quan. Nghiên cứu các ứng dụng của lý thuyết này đối với chương trình hóa
học. Và nghiên cứu mối quan hệ giữa các loại phản ứng khác nhau có liên
quan đến phản ứng tạo thành kết tủa.
NguyÔn Huy Linh
4
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
Điều tra, thu thập và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến phản ứng
* Dung dịch quá bão hòa: Là dung dịch chứa lượng chất tan nhiều hơn
so với lượng chất tan trong dung dịch bão hòa ở điều kiện đó.
1.1.2. Độ tan
Khi hòa tan chất điện ly ít tan MmAn trong nước thì các ion Mn+, Am-,
các phần tử cấu trúc mạng lưới tinh thể chất điện ly, sẽ bị hiđrat hóa và
chuyển vào dung dịch dưới dạng phức chất aqua [M(H2O)x]n+ và [A(H2O)y]m-.
Khi hoạt độ của các ion [M(H2O)x]n+ và [A(H2O)y]m- trong dung dịch
tăng lên đến một mức độ nào đó thì xảy ra quá trình ngược lại, có nghĩa là
một số ion hiđrat hóa sẽ kết tủa trở lại trên bề mặt tinh thể. Đến một thời điểm
nào đó thì tốc độ quá trình thuận ( quá trình hòa tan chất rắn) bằng tốc độ quá
trình nghịch ( quá trình các ion kết tủa), tức là cân bằng đã được thiết lập giữa
pha rắn và pha dung dịch bão hòa ( nói cách khác: quá trình hòa tan chất điện
ly ít tan đạt tới trạng thái cân bằng).
NguyÔn Huy Linh
6
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
MmAn
(mx + ny) H2O ƒ
Khãa luËn tèt nghiÖp
m [M(H2O)x]n+ + n [A(H2O)y]m
H3PO4;
CaCO3;
36,0
5,0
0,0013
AgI
0,00000013
- Bản chất của dung môi.
Ví dụ: Độ tan của KI (theo % khối lượng) trong các dung môi khác
nhau ở 20 0C:
Dung môi: H2O; NH3(loãng); CH3OH; CH3COCH3; CH3NO2; CH3COOC2H5
Độ tan (S): 59,8
64,5
14,97
1,302
0,307
0,00012
- Nhiệt độ: Đa số quá trình hòa tan của chất rắn đều thu nhiệt, do đó độ
- Các muối nitrat, amoni (trừ NH4ClO4 ít tan), muối của kim loại kiềm
(trừ NaHCO3 ít tan), muối pemanganat: đều tan.
- Các muối nitrit, axetat (trừ (CH3COO)2Hg2, CH3COOAg, và AgNO2
là ít tan) : hầu như đều tan.
- Các muối sunfat hầu như đều tan ( trừ SrSO4, BaSO4, PbSO4, CaSO4
và Ag2SO4 là ít tan).
- Các muối halogenua hầu như đều tan (trừ muối của các cation Ag +,
Cu2+, Hg 22 , Pb2+ ít tan).
NguyÔn Huy Linh
8
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
- Các muối clorat, peclorat hầu như đều tan (trừ KClO4, NH4ClO4 ít
tan).
- Muối sunfit hầu như đều tan (trừ Ag2SO3, BaSO3, CaSO3 ít tan).
- Muối cacbonat, photphat, oxalat, xianua hầu như không tan (trừ muối
của amoni và kin loại kiềm tan).
- Muối sunfua hầu như đều không tan (trừ muối của kim loại kiềm và
Ba2+, Ca2+, NH 4 tan).
- Một số muối không tồn tại trong nước ( phản ứng hoàn toàn với
nước): muối cacbonat của kim loại hóa trị III; muối sunfua của kim loại hóa
trị III và Mg; muối ancolat; hầu như muối cacbua, nitrua, photphua, hiđrua
9
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
Ví dụ 3:
a) Độ tan của NaCl ở 25 0C là 35,90 gam. Tính nồng độ phần trăm của
dung dịch NaCl bão hòa
b) Có 200 gam dung dịch NaCl 11,7% ( dung dịch A) ở 25 0C. Phải
thêm bao nhiêu gam NaCl vào dung dịch A để thu được dung dịch
NaCl bão hòa ở 25 0C. Biết độ tan của NaCl ở 25 0C là 35,90 gam.
c) Dung dịch bão hòa CuSO4 có nồng độ 40% ( ở t 0C). Tính độ tan của
CuSO4(khan) và CuSO4.5H2O
Trả lời:
a) Nồng độ % của dung dịch NaCl bão hòa ở 25 0C:
C%NaCl =
S
35,9
.100%
.100% 26,42%
100 S
100 35,9
b) Áp dụng công thức tính nồng độ %:
.100%
100 S
S
.160
250
100 S
40%
S = 166,67 ( gam).
NguyÔn Huy Linh
10
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
1.2. TÍCH SỐ TAN
1.2.1. Lý thuyết về tích số tan
Có thể viết cân bằng (1.1) dưới dạng đơn giản như sau:
MmAn
ƒ
1
I
- 0,2I)
(1.5)
(Trong đó Zi là điện tích của ion).
Nếu trong dung dịch rất loãng, có nghĩa là các ion có mặt rất ít trong
dung dịch. Thì lực tương tác giữa các ion là rất nhỏ (I 0).
NguyÔn Huy Linh
11
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Theo (1.5) thấy fi = 1
Khãa luËn tèt nghiÖp
KS = K S c , biểu thức(1.4) có thể viết thành:
[Mn+]m.[Am-]n
KS
0,129 ( M)
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
Xét cân bằng:
KClO4 ƒ K
[]
ClO4 KS
( 1)
0,129 0,129
Theo ( 1) và giả thiết ta có:
- Tích số tan nồng độ:
K SC = [K+].[ClO 4 ] = 0,129.0,129 = 1,66.10-2
- Tích số tan nhiệt động:
KS = (K+).( ClO 4 ) = [K+].[ClO 4 ].fK .f ClO4 = 0,1292.0,762 = 9,61.10-3.
b) Dung dịch bão hòa AgCl có cân bằng:
AgCl ƒ Ag
Ag+ + H2O ƒ
Cl
NguyÔn Huy Linh
13
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
1.3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TAN VÀ TÍCH SỐ TAN
1.3.1. Tính tích số tan từ độ tan
Để đánh giá tích số tan từ độ tan trong một dung dịch nước bất kỳ, dù
có hay không có các quá trình phụ của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan, chúng
ta cũng nên thực hiện theo các bước cơ bản sau:
+ Mô tả đầy đủ các cân bằng có thể xảy ra trong dung dịch. Phân tích
để nhận định cân bằng nào là chính, cân bằng nào là phụ, cân bằng nào có thể
bỏ qua (để đánh giá mức độ xảy ra của các cân bằng cần căn cứ nhiều dữ
kiện: các hằng số cân bằng, giá trị pH…).
+ Xác định thành phần giới hạn của hệ.
+ Thiết lập biểu thức tính tích số tan tổng quát.
+ Biểu diễn nồng độ của các cấu tử theo độ tan và tích số tan.
+ Dựa vào các cân bằng, áp dụng các định luật: ĐLTDKL, ĐLBTNĐ,
ĐLBTĐT v.v… để thực hiện tính toán nồng độ cân bằng của các ion tạo ra từ
hợp chất ít tan. (Với các ion không tham gia vào các quá trình phụ, có thể tính
trực tiếp nồng độ cân bằng từ độ tan).
Lưu ý: Thường những bài toán đơn giản sẽ cho chấp nhận lực ion I =
0, tức là hệ số hoạt độ f = 1. Trong trường hợp bài có cho I và f các giá trị xác
định thì trong biểu thức của các hằng số phải tính theo hoạt độ.
KS = ?
(1)
S
Vì trong môi trường axit mạnh nên không có quá trình tạo phức
hiđroxo của Ba2+. Bài này cần xét đến các quá trình phụ sau:
H+ + SO 24 ƒ HSO4
K a 1 = 102
(2)
- Để đơn giản có thể giải gần đúng:
S = [SO 24 ] + [HSO 4 ] = [Ba2+]
Theo (2):
[HSO4 ]
[SO24 ]
K a 1.[H ] 102.0,2 20
(vì sự proton xảy ra không quá lớn nên coi [H+] = CH )
[HSO 4 ]
20[SO 24 ]
S = 21[SO 24 ]
=
Khãa luËn tèt nghiÖp
[SO 24 ] = 3.10-5- 2,857.10-5 = 1,43.10-6 (M)
Như vậy 2 cách giải cho cùng một kết quả. Tùy điều kiện bài toán
mà ta có thể giải theo hệ thống hoặc giải gần đúng có kiểm tra điều kiện gần
đúng hợp lý.
* Một số dạng toán tính tích số tan từ độ tan
- Tính tích số tan từ độ tan của hợp chất ít tan khi bỏ qua các quá trình phụ.
- Tính tích số tan từ độ tan của hợp chất ít tan trong một dung dịch bão
hòa chứa ion đồng dạng nhưng có thể bỏ qua các quá trình phụ.
- Tính tích số tan từ độ tan của hợp chất ít tan khi xét đến cả các quá
trình phụ của ion tạo ra từ hợp chất ít tan:
+ Chỉ xét quá trình phụ của riêng gốc axit hoặc cation kim loại.
+ Xét đồng thời quá trình phụ của cả gốc axit và catiion kim loại.
1.3.2. Tính tích số tan từ thế điện cực và sức điện động của pin
Trong nhiều trường hợp, bài tập liên quan đến hợp chất ít tan cho các
dữ kiện về thế điện cực và sức điện động của pin tương ứng.
* Điện cực: Thường chỉ đề cập tới một loại điện cực là hệ gồm một
kim loại tiếp xúc với hợp chất khó tan của chính kim loại đó (điện cực loại 2).
Phản ứng điện cực:
AnBm
n A
nAm+ +mBn-
ƒ
me ƒ A
mE10
0,059
và E 2
n.m.E 02
0,059
(3)
E 0An Bm A )
0
* Tính E 2 , E 1 và KS:
Có thể tính theo tổ hợp cân bằng qua các phản ứng hoặc tính theo công
thức:
NguyÔn Huy Linh
16
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
0
Khãa luËn tèt nghiÖp
0,059
lgKs
n.m
(III)
* Biểu thức tính thế điện cực ở điều kiện bất kỳ:
0
- Theo E 1 :
0
E = E1 +
0,059
lg[Am+]
m
(IV)
0
- Theo E 2 : Từ (3) tính được:
0
E = E2 +
0,059
1
17
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
Nhận xét: Dạng toán này yêu cầu tự thiết lập một loại pin với nồng độ
các chất lấy tùy ý.Qua giá trị thế điện cực của các cặp oxi hóa – khử đã cho,
và dựa vào thực nghiệm đo sức điện động của pin, từ đó xác định được tích số
tan của hợp chất ít tan tiếp xúc với điện cực kim loại.
Trả lời:
Tùy theo cách trình bày, có thể áp dụng ngay hệ thức tính sức điện
động của pin:
Epin = Ephải - Etrái = E(+) - E(-) =
(E 0Ag
Ag
0,059
lg[Zn 2 ])
2
0,059lg KS(AgCl) 0,059lg 0,5) ( 0,763
Thay các giá trị thế điện cực tiêu chuẩn, nồng độ các chất và sức điện
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Mn+ + H2O ƒ
Khãa luËn tèt nghiÖp
M(OH)(n-1)+ + H+
*β
(2)
K m1
(3)
K m1 2
(4)
K1 1
(n+2)
+ Cân bằng proton hóa của anion gốc axit:
Am- + H+ ƒ
HA(m-1)-
NguyÔn Huy Linh
19
K33B- SP Hãa
Tr-êng §¹i häc s- ph¹m Hµ Néi 2
Khãa luËn tèt nghiÖp
Tính độ tan từ tích số tan, trong đó có xét tới quá trình phụ của ion tạo
ra từ hợp chất ít tan.
Đây là dạng bài toán tính độ tan từ tích số tan, có xét đến quá trình phụ,
nội dung của các bài toán này có sự nâng cao hơn. Các quá trình phụ của các
ion tạo ra từ hợp chất ít tan có thể chỉ tính đến quá trình tạo phức của ion kim
loại, hoặc chỉ tính đến quá trình proton hóa của gốc axit , hoặc có nhiều quá
trình đều được tính đến. Trong tính toán, dựa vào các cân bằng được xét đến
và trên cơ sở nồng độ đầu của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan với các giá trị
về hằng số cân bằng, độ pH, v.v...đã biết, từ đó tính ra nồng độ cân bằng của
các ion tọa ra từ hợp chất ít tan.
Thường gặp các bài toán nhỏ hơn:
- Tính độ tan của hợp chất ít tan trong đó có quá trình proton hóa:
+Chỉ xét đến một ion tham gia vào quá trình proton hóa.
+Xét đồng thời nhiều ion cùng tham gia vào quá trình proton hóa.
- Tính độ tan của hợp chất ít tan trong đó có quá trình tạo phức
1.4. ĐIỀU KIỆN ĐỂ KẾT TỦA XẢY RA
1.4.1. Sự kết tủa các chất ít tan từ dung dịch quá bão hòa
Điều kiện cần thiết để có kết tủa xuất hiện là phải tạo được dung dịch
lỏng (có thể là nước hoặc một dung dịch nước) thì thừa nhận một cách gần
đúng thể tích dung dịch không thay đổi.
Ví dụ 7: Trộn 1ml HCl 0,3M với 1ml Pb(NO3)2 0,01M. Hỏi có kết tủa PbCl2
tách ra không? Cho KS (PbCl2 ) = 1,6.10-5 ; *β Pb(OH) = 10-6,18
Nhận xét: Đây là bài toán cơ bản nghiên cứu sụ tạo thành kết tủa từ 2
ion sẵn có ban đầu của hai dung dịch trộn vào nhau. Trước hết cần tính lại
nồng độ ban đầu của mỗi ion sau khi trộn vào nhau. Sau đó xét xem các ion
tạo thành kết tủa có tham gia vào quá trình phụ nào nữa không, nếu có thì
phải tính lại nồng độ các ion đó ở các cân bằng phụ. Cuối cùng mới đem so
sánh tích số ion với tích số tan.
Trả lời:
- Nồng độ đầu của các chất sau khi trộn:
CHCl =
0,3
= 0,15 (M)
2
; C Pb(NO3 )2 =
0, 01
= 0,005 (M).
2
- Phương trình điện ly:
HCl
C
H+ + Cl0,15
Pb(OH)+ + H+ *β Pb(OH) = 10-6,18
C0: 0,005
(2)
0,15
C: 0,005-x
x
x(0,15 x)
10
0, 005 x
0,15+x
6,18
Với x
tới phương pháp chọn thuốc thử thích hợp để tách ion ra dưới dạng kết tủa.
Phép tách kết tủa được coi là hoàn toàn nếu nồng độ ion còn lại trong dung
dịch sau khi tách không gây cản trở đến các phản ứng được thực hiện trong
quy trình phân tích về sau, hoặc khi lượng còn lại của ion đó nằm trong phạm
vi sai số cho phép phân tích đinh lượng. Theo thực nghiệm là khi quan sát
thấy kết tủa không tăng lên nữa. Còn theo bán định lượng là khi một phản ứng
thấy hằng số cân bằng rất lớn. Thông thường, đối với phân tích hóa học người
ta chấp nhận có thể coi phép làm kết tủa là hoàn toàn khi nồng độ của ion còn
lại C
10-5 – 10-6M.
NguyÔn Huy Linh
22
K33B- SP Hãa
Tr-ờng Đại học s- phạm Hà Nội 2
Khóa luận tốt nghiệp
* Cỏc yu t nh hng n vic lm kt ta hon ton
nh hng ca lng d kt ta
Yu t quan trng nht quyt nh n vic lm kt ta hon ton l
lng d thuc th. Lng d thuc th cú th gõy ra cỏc hiu ng sau:
- Hiu ng lm gim tan do cú mt ion cựng loi vi ion ca kt ta.
Chng hn khi thờm d ion SO 24 vo dung dch Ba2+ thỡ vic lm kt ta Ba2+
di dng BaSO4 s hon ton hn.
Khãa luËn tèt nghiÖp
nồng độ của hai ion có mặt và quan hệ giữa tích số tan gai kết tủa tạo thành
giữa các ion này với thuốc thử.
- Thuốc thử dư phản ứng với kết tủa:
Thuốc thử dư phản ứng với kết tủa sẽ làm tăng độ tan của kết tủa. Điều
này xảy ra khi ion kim loại tạo được phức chất tan với thuốc thử (trong đó có
phức hiđroxo). Ta thường gặp các trường hợp cụ thể sau:
+ Kết tủa các ion kim loại tạo hiđroxit lưỡng tính bằng kiềm ( Al 3+,
Zn2+, Cr3+, Sn2+, Sn4+, Pb2+,....).
+ Kết tủa tan trong thuốc thử do tạo phức.
Ảnh hưởng của pH
Ta biết rằng, pH đóng vai trò quan trọng khi đánh giá độ tan. Ảnh
hưởng của pH thể hiện như sau:
- pH ảnh hưởng đến độ tan do sự tạo phức hiđroxo của các ion kim loại.
- pH ảnh hưởng đến độ tan do sự proton hóa anion của kết tủa là bazơ
yếu.
- pH ảnh hưởng đến quá trình tạo phức giữa ion kim loại với phối tử tạo
phức phụ L do đó ảnh hưởng đến độ tan của kết tủa.
Ảnh hưởng của các chất tạo phức
Các chất tạo phức có mặt trong dung dịch có thể làm hạn chế hoặc
ngăn cản quá trình kết tủa do sự tạo phức với ion kim loại. Tính chất này cũng
được dùng để che các ion cản trở.
NguyÔn Huy Linh
24
K33B- SP Hãa
NguyÔn Huy Linh
25
K33B- SP Hãa
Copyright: Tài liệu đại học ©