Đang tải... (xem toàn văn)
Bài 2 nhắc lại một số kiến thức cần cho hóa phân tích tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập l...
9 Bài 2 NHẮC LẠI MỘT SỐ KIẾN THỨC CẦN CHO HÓA PHÂN TÍCH I. ĐƯƠNG LƯNG 1. Đònh nghóa đương lượng Đương lượng của một nguyên tố hay một hợp chất là số phần khối lượng của nguyên tố hay hợp chất kết hợp hay thay thế vừa đủ với một đơn vò đương lượng (bằng 1,008 phần khối lượng của H 2 hay 8 phần khối lượng của O 2 ), hoặc một đương lượng của một nguyên tố hay hợp chất khác. 2. Cách xác đònh đương lượng 2.1 Đương lượng của một nguyên tố X Đ X = n M X n - hóa trò của X trong hợp chất Ví dụ: đương lượng của nguyên tố N trong các hợp chất N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 và N 2 O 5 : Hợp chất N 2 O NO N 2 O 3 NO 2 N 2 O 5 Đ N = n 14 14/1 14/2 14/3 14/4 14/5 2.2 Đương lượng của hợp chất AB Đ AB = n M AB n - số đơn vò đương lượng tham gia phản ứng, thay đổi theo từng phản ứng mà AB tham gia: AB là chất oxy hóa hay chất khử Đương lượng của AB là lượng AB có khả năng cho hay nhận 1 mol điện tử. Do vậy, n là số điện tử trao đổi ứng với 1 mol. Ví dụ: Phản ứng Đ AB MnO 4 − + 5e − Mn 2+ Đ KMnO4 = M KMnO4 / 5 Đ MnCl2 = M MnCl2 / 5 Cl 2 + 2e − 2Cl − Đ Cl2 = M Cl2 / 2 Đ HCl = M HCl / 1 Cr 2 O 7 2− + 6e − 2Cr 3+ Đ K2Cr2O7 = M/ 6 Đ CrCl3 = M / 3 S 4 O 6 2− + 2e − 2 S 2 O 3 2 − Đ Na2S4O6 = M / 2 Đ Na2S2O3 = M / 1 Fe 2 (SO 4 ) 3 +2e − 2FeSO 4 Đ FeSO4 = M / 1 Đ Fe2(SO4)3 = M / 2 10 AB là acid hay baz Đương lượng của AB là lượng AB có khả năng cho 1 mol H + hay 1 mol OH − . Như vậy, n là số ion H + hay OH − thực sự tham gia phản ứng tính cho 1 mol chất. Với các phản ứng trung hòa hoàn toàn : Đ HCl = M/1 ; Đ H2SO4 = M / 2 ; Đ H3PO4 = M/ 3 Đ NaOH = M/1 ; Đ Ca(OH)2 = M/2 ; Đ NH3 = M/1 ; Đ Na2CO3 = M/2 AB là hợp chất ion (hay muối) Đương lượng của AB là lượng AB có khả năng trao đổi với 1 mol ion mang điện tích 1+ hay 1− : Đ BaCl2 = M/ 2 ; Đ NaCl = M/ 1 ; Đ FeSO4 = M/ 2 ; Đ Fe2(SO4)3 = M/ 6 AB là phức chất Nếu AB là phức chất [ ML x ] n+ được tạo thành theo phản ứng : M n+ + xL [ ML x ] n+ M n+ thường là nguyên tố kim loại chuyển tiếp, tức có phụ tầng d chưa lấp đầy điện tử; các ligand L là nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố có các electron tự do. Đương lượng của phức hoặc các thành phần của phức được xác đònh giống đương lượng của muối hoặc hợp chất ion. Ví dụ: Cu 2+ + 4 NH 3 → [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ Đ Cu2+ = M/2 ; Đ NH3 = M/ ½ = 2M ; Đ ([Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ ) = M/2 II. DUNG DỊCH – NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH 1. Đònh nghóa Dung dòch là hệ đồng thể thu được do sự phân tán của phân tử hay ion (được gọi là chất tan) trong môi trường phân tán (được gọi là dung môi). Chất tan và dung môi đều có thể tồn tại dạng rắn (R), lỏng (L) hoặc khí (K). Nói cách khác, dung dòch bao gồm hai hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong một giới hạn rộng. Tùy trạng thái tập hợp của chất tan và dung môi, ta có các loại dung dòch R / R như hợp kim, dung dòch R / L như đường trong nước, dung dòch L / L như rượu trong nước, dung dòch R / K như bụi trong không khí và dung dòch L /K như sương mù Trong HPT, 2 loại dung dòch thường gặp phổ biến nhất là dung dòch R/L hoặc L/L. 2. Nồng độ của dung dòch 2.1 Cách biểu diễn nồng độ của dung dòch Nồng độ dung dòch được sử dụng để biểu diễn lượng chất tan có trong một lượng dung môi hoặc dung dòch xác đònh. Người ta phân biệt: - Dung dòch loãng: lượng chất tan chiếm tỷ lệ nhỏ - Dung dòch đậm đặc:lượng chất tan chiếm tỷ lệ lớn - Dung dòch bão hoà:dung dòch chứa chất tan tối đa (ở t o C, P xác đònh) - Dung dòch quá bão hòa: được tạo thành khi đun nóng dung dòch bão hòa trong sự hiện diện của chất tan và làm nguội từ từ dung dòch thu được. Trạng thái quá bão 11 hòa là trạng thái kém bền, chỉ cần lắc, khuấy hay thêm một ít tinh thể chất tan, lượng chất tan dư trong dung dòch sẽ lập tức tách ra trả về trạng thái bão hòa bền vững. Hòa tan m(g) hoặc V X (ml) chất tan (có phân tử gram M X hoặc đương lượng gram Đ X ) vào q(g) dung môi nhận được V(ml) dung dòch có khối lượng riêng d(g/ml). Các loại nồng độ phổ biến của dung dòch gồm có: Độ tan S Độ tan S biểu diễn lượng chất tan trong dung dòch bão hòa ở nhiệt độ và áp suất nhất đònh, thường được tính bằng số gam chất tan có trong 100g dung môi: S = 100⋅ q m Nồng độ khối lượng Cg/l Biểu diễn số gram chất tan có trong 1 lít dung dòch: C g/l = 1000⋅ V m Độ chuẩn Biểu diễn số gram hoặc số mg chất tan có trong 1 ml DD, ký hiệu bằng chữ T: T g/mL = V m Hay T mg/ml = 1000⋅ V m Nồng độ phần trăm % (khối lượng/ khối lượng): biểu diễn số gram chất tan/100 gram DD: % (khối lượng/ thể tích) : biểu diễn số gram chất tan/ 100ml dung dòch % (thể tích/ thể tích) : biểu diễn số ml chất tan/ 100 ml dung dòch Nồng độ phần triệu ppm (part per million) Biểu diễn khối lượng chất tan chứa trong 10 6 lần khối lượng mẫu tính cùng đơn vò : 1 ppm = 1 g chất tan / 10 6 g hay 1000 kg mẫu = 1 mg chất tan / 10 6 mg hay 1 kg mẫu 100 qm m )KL/KL%(C + = 100 V m )TT/KL%(C = 100 V V )TT/TT%(C x = 6 10 qm m Cppm + = 12 Nếu mẫu ở dạng lỏng và có nồng độ chất tan bé (dung dòch loãng) và nếu dung môi có d o ~ 1 tức d ≈ 1 , 1 ppm = 1 mg chất tan/ 1 kg hay 1 lít dung dòch. Nồng độ phần triệu bây giờ trở thành một loại nồng độ khối lượng (mg/l). Ngoài ppm, để biểu diễn nồng độ các dung dòch loãng hơn, người ta còn sử dụng ppb (nồng độ phần tỉ ); ppt (phần ngàn của tỉ). Nồng độ mol C M Biểu diễn số mol chất tan / 1 lít dung dòch : Nồng độ molan C m Biểu diễn số mol chất tan/ 1000 gram dung môi: C m = qM m 1000 × Nồng độ phân mol N i Biểu diễn tỷ số giữa số mol của cấu tử i (n i ) trên tổng số mol N của các chất tạo thành dung dòch: Nồng độ đương lượng C N Biểu diễn số đương lượng chất tan trong 1 lít dung dòch: 2.2 Nồng độ của dung dòch sau khi pha trộn Trộn dung dòch a% với dung dòch b% (của cùng một chất) sẽ được dung dòch c % với a > c > b nếu a>b. Tỷ lệ pha trộn được xác đònh bằng quy tắc đường chéo : a (c−b) = m a c b (a−c) = m b tức: ca bc m m b a − − = 2.3 Mối liên hệ giữa một số nồng độ thông dụng VM m C M 1000 ×= N n N i i = :cóta, mq m %C; VĐ m C; VM m CTừ NM 100 10001000 × + =×=×= VĐ m C N 1000 ×= 13 C g / l = C M .M = C N .Đ Các nồng độ còn lại, dựa vào đònh nghóa, có thể chuyển đổi rất dễ dàng từ nồng độ này sang nồng độ kia và ngược lại: 3. Hoạt độ của dung dòch Nếu chất tan trong dung dòch hiện diện dưới dạng ion và nếu dung dòch đồng thời hiện diện nhiều ion thì giữa chúng có lực tương tác µ làm cho khả năng hoạt động của các ion thay đổi theo chiều hướng giảm đi. Lúc đó trong dung dòch ion không còn hiện diện với nồng độ thực c mà xem như hiện diện với nồng độ hiệu dụng a (còn gọi là hoạt độ) với : a = f.c f là hệ số hoạt độ, thay đổi theo lực tương tác (lực ion) µ với C i , Z i - nồng độ và điện tích của ion i trong dung dòch. Sự thay đổi của f theo µ có thể được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm sau đây: µ 0 < 0,02 0,02 < µ < 0,2 > 0,2 lg f 0 h : hệ số hiệu chỉnh. Giá trò gần đúng của hệ số hoạt độ f khi dung dòch có lực ion µ khác nhau còn có thể được tóm tắt trong bảng sau: Lực ion, µ Điện tích của ion 0 0,001 0,002 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 1 1 0,97 0,95 0,93 0,90 0,87 0,81 0,76 0,70 2 1 0,87 0,82 0,74 0,66 0,57 0,44 0,33 0,24 3 1 0,73 0,64 0,51 0,39 0,28 0,15 0,08 0,04 4 1 0,56 0,45 0,30 0,19 0,10 0,04 0,01 0,003 1(H + ) 1 0,98 0,97 0,95 0,92 0,90 0,88 0,84 0,83 1(OH - ) 1 0,98 0,97 0,95 0,92 0,89 0,85 0,81 0,80 Ví dụ:tính hoạt độ của dung dòch KCl và của K + , Cl − trong nước có C =0,01M: KCl → K + + Cl − ∑ =−×++×==µ 01010101010 2 1 2 1 222 ,])(,)(,[ZC ii 89,005,001,015,0lg02,0 2 =⇒−=××−=⇒< ff µ a KCl = a K + = a Cl − = 0,89×0,01 = 0,0089 M ∑ = =µ n i ii ZC 1 2 2 1 µ− 2 50 i Z, µ+ µ− 1 50 2 i Z, µ+ µ+ µ h Z, i 1 50 2 14 Hoạt độ thường được ký hiệu bằng dấu ( ). Nếu dung dòch loãng µ ≈ 0 ⇒ f = 1 ⇒ a = c. Trong HPT, các dung dòch được sử dụng có nồng độ thường không lớn, điều này làm cho f tiến khá gần đến 1. Trong các bài sau, để đơn giản hóa việc tính toán, f thường được lấy = 1 . III. ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG ĐƯƠNG LƯNG Đònh luật tác dụng đương lượng được Dalton phát biểu như sau : “Trong một phản ứng hóa học, số đương lượng của các chất tham gia phản ứng phải bằng nhau. Nói cách khác, trong một phản ứng hóa học, một đương lượng của chất này chỉ thay thế hay kết hợp với một đương lượng của chất khác mà thôi”. Xét phản ứng : A + B → D+ E Gọi: - m A , m B : khối lượng (tính bằng g) của A, B nguyên chất tác dụng vừa đủ với nhau . - Đ A , Đ B : đương lượng gram của A, B. - V A , V B : thể tích (tính bằng ml) của A, B tác dụng vừa đủ với nhau - C A , C B : nồng độ đương lượng của dung dòch A, B Áp dụng đònh luật tác dụng đương lượng đối với các tác chất A, B (số đương lượng của A bằng số đương lượng của B), ta có: B A B A B B A A Đ Đ m m hay Đ m Đ m == và V A . C A . 10 – 3 = V B . C B . 10 – 3 hay V A . C A = V B . C B IV. CÂN BẰNG HÓA HỌC- ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG KHỐI LƯNG Khi cho các chất tác dụng với nhau, có những phản ứng hóa học xảy ra hoàn toàn, nghóa là toàn bộ các tác chất phản ứng hết với nhau để tạo thành sản phẩm, ví dụ : 2H 2 + O 2 → 2H 2 O Trong thực tế, đa số các phản ứng thường gặp lại là thuận nghòch, nghóa là các phản ứng không diễn ra đến cùng mà chỉ diễn ra đến trạng thái cân bằng, trong đó có sự tồn tại song song giữa sản phẩm và tác chất. Ví dụ : H 2 + I 2 2HI Theo đònh luật tác dụng khối lượng, tỷ số giữa tích hoạt độ sản phẩm trên tích hoạt độ tác chất là một hằng số, được gọi là hằng số cân bằng K. Xét phản ứng thuận nghòch tổng quát: (1) aA + bB dD + eE (2) Đònh luật tác dụng khối lượng áp dụng cho phản ứng thuận nghòch trên: 15 K = ba ed )B.()A( )E.()D( Nếu dung dòch loãng : K = ba ed ]B.[]A[ ]E.[]D[ Hằng số cân bằng K cho biết phản ứng thuận nghòch đang xét diễn ra với mức độ nào. K càng lớn, phản ứng thuận (1) càng chiếm ưu thế và ngược lại K càng nhỏ, phản ứng nghòch (2) càng chiếm ưu thế. Tuy nhiên, vì cân bằng đạt được là cân bằng động nên khi có sự thay đổi của một trong số các yếu tố: nồng độ, áp suất, nhiệt độ thì cân bằng sẽ dòch chuyển tuân theo nguyên lý Le Châtelier (khi có các yếu tố bên ngoài tác động lên hệ, cân bằng sẽ dòch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi). Phương trình trên chỉ hoàn toàn nghiệm đúng đối với dung dòch lý tưởng. Với các dung dòch thực, phương trình này có thể áp dụng khá đúng đối với các chất không điện ly hoặc các chất điện ly yếu trong các dung dòch nước loãng và hoàn toàn không thể áp dụng đối với các chất điện ly mạnh (kiềm, acid mạnh, muối) hoặc các chất điện ly yếu trong các dung dòch đậm đặc có dung môi là nước. Các giá trò hằng số cân bằng cho bởi các sổ tay hóa học, hóa lý, hóa phân tích… thường đã kể luôn nồng độ của nước khi nước đóng vai trò dung môi. Khi đó để tính toán, nồng độ của nước được lấy bằng 1. BÀI TẬP 1. Cân bằng các phản ứng và xác đònh n trong biểu thức tính đương lượng Đ= n M của các chất có gạch dưới: 1.1 H 2 S + NaOH → Na 2 S + H 2 O 1.2 SO 2 + NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O 1.3 NH 4 Cl + NaOH → NH 3 + NaCl + H 2 O 1.4 FeCl 3 + NaOH → Fe(OH) 3 + NaCl 1.5 ZnCl 2 + NaOH → Na 2 ZnO 2 + NaCl + H 2 O 1.6 H 3 PO 4 + Ca(OH) 2 → CaHPO 4 + H 2 O 1.7 FeO + HCl → FeCl 2 + H 2 O 1.8 FeS + HCl → H 2 S + FeCl 2 1.9 AgCl + NH 4 OH → [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl + H 2 O 1.10 Cu + + CN - → [Cu(CN) 3 ] 2- 1.11 Fe 2+ + CN - → [Fe(CN) 6 ] 4- 1.12 Zn + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + S + H 2 O 1.13 Zn + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2 S + H 2 O 1.14 Zn + HNO 3 → Zn(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O 1.15 PbO 2 + HCl → PbCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O 1.16 SO 2 + H 2 S → S + H 2 O 1.17 SO 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O 1.18 KMnO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + O 2 + K 2 SO 4 + H 2 O 1.19 PbO 2 + H 2 O 2 + CH 3 COOH → Pb(CH 3 COO) 2 + O 2 + H 2 O 1.20 As 2 S 3 + H 2 O 2 + OH - → AsO 4 3- + SO 4 2- + H 2 O 16 1.21 Fe 2 (SO 4 ) 3 + KI → FeSO 4 + I 2 + K 2 SO 4 1.22 CH 3 CHO+ KMnO 4 + H 2 SO 4 → CH 3 COOH+MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O 1.23 C 2 H 5 OH + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 →CH 3 CHO +Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O 2. Cần bao nhiêu gam NaOH để pha 3 lít dung dòch NaOH 1O %, biết dung dòch NaOH 10 % có d =1,110g/ml. 3. Có dung dòch HCl 36,5 % ( d = 1,180g/ml): - Tính số gam HCl nguyên chất trong mỗi ml dung dòch ? - Tính nồng độ mol của dung dòch? - Tính số ml dung dòch trên cần dùng để pha 200 ml dung dòch HCl 3M? 4. Cần thêm bao nhiêu ml nước vào 100ml dd HCl 2O % (d=1,1O g/ml) để có dung dòch HCl 5% ? 5. Xác đònh lượng nước cần hòa tan 44,8 lít HCl (ở điều kiện tiêu chuẩn) để được dd HCl 14,6 %? 6. Phải hòa tan bao nhiêu ml dd HNO 3 98 % vào 100 ml nước để được dd HNO 3 có khối lượng riêng d = 1,200 g/ml? 7. Phải dùng bao nhiêu ml dd CH 3 COOH 98 % để pha 250 ml dd acid acetic 1M? 8. Cần bao nhiêu ml dd H 2 SO 4 96 % (d=1,84 g/ml) để pha l lít dd H 2 SO 4 0,5N? 9. Xác đònh nồng độ mol - nồng độ đương lượng theo chức thứ nhất, theo hai chức đầu và theo cả ba chức của dd H 3 PO 4 17,9 % ? 10. Tính khối lượng riêng của dd H 3 PO 4 17,87 %, biết C M = 2,005 M. 11. Tính khối lượng tinh thể Na 2 SO 4 . 10 H 2 O thu được khi cô cạn 500 ml dung dòch Na 2 SO 4 2N, biết rằng Na 2 SO 4 là sản phẩm của quá trình trung hòa hoàn toàn NaOH bằng H 2 SO 4 . 12. Tính nồng độ đương lượng của dd Al 2 (SO 4 ) 3 15% KL/KL (d=1,12 g/ml), biết rằng Al 2 (SO 4 ) 3 là sản phẩm của quá trình trung hòa hoàn toàn Al(OH) 3 bằng dd H 2 SO 4 . 13. Tính số gam K 2 Cr 2 O 7 cần dùng để pha 250 ml dung dòch 0,050 N, biết rằng K 2 Cr 2 O 7 sau khi tham gia phản ứng bò chuyển thành Cr 3+ ? 14. Cho phản ứng thuận nghòch A + B D + E. Tính hằng số cân bằng của phản ứng trên, biết rằng ở trạng thái cân bằng, [A] = [B] = 0,25M; [D] = [E] = 0,75M 15. Hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghòch A + B D + E bằng 9. Xác đònh nồng độ cân bằng của [D] và [E], biết nồng độ ban đầu của A và B đều bằng 1M. 16. Xác đònh nồng độ cân bằng của [D] và [E] sau khi trộn 1 lít dd chất A có nồng độ 2M với 1 lít dd chất B có nồng độ 4M, nếu hằng số cân bằng của phản ứng thuận nghòch A + B D + E bằng 9. So sánh kết quả với bài 16 và nêu nhận xét. . 9 Bài 2 NHẮC LẠI MỘT SỐ KIẾN THỨC CẦN CHO HÓA PHÂN TÍCH I. ĐƯƠNG LƯNG 1. Đònh nghóa đương lượng Đương lượng của một nguyên tố hay một hợp chất là số phần khối lượng của. hằng số cân bằng cho bởi các sổ tay hóa học, hóa lý, hóa phân tích thường đã kể luôn nồng độ của nước khi nước đóng vai trò dung môi. Khi đó để tính toán, nồng độ của nước được lấy bằng 1. BÀI. “Trong một phản ứng hóa học, số đương lượng của các chất tham gia phản ứng phải bằng nhau. Nói cách khác, trong một phản ứng hóa học, một đương lượng của chất này chỉ thay thế hay kết hợp với một