Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Lời cam đoan Khoá luận em hoàn thành hướng dẫn tận tình cô giáo Ths Nguyễn Thị Huyền với nỗ lực thân Em xin cam đoan kết nghiên cứu kết thực thân em, không trùng với kết tác giả khác Trong trình làm đề tài em không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn sinh viên để khoá luận em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2011 Sinh viên Đào Thị Vịnh Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học i Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Lời cảm ơn! Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo Ths Nguyễn Thị Huyền tận tình dìu dắt hướng dẫn em suốt trình thực đề tài nghiên cứu Cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Ts Trần Công Việt, thầy giúp em chọn đề tài hướng dẫn em để em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Hoá phân tích khoa Hoá học, trường ĐHSP Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em để khoá luận hoàn thành Cuối cùng, cho em gửi lời cảm ơn tới bố mẹ em, chị em em, bạn bè động viên ủng hộ, giúp đỡ em suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học ii Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC Mở đầu Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Chương 1: Các khái niệm 1.1 Dung dịch 1.1.1 Khái niệm dung dịch 1.1.2 Dung dịch chưa bão hòa, dung dịch bão hòa, dung dịch bão hòa 1.2 Hidrat hóa dehidrat hóa .3 1.3 Cân dung dịch chứa hợp chất tan 1.3.1 Độ tan 1.3.2 Tích số tan 1.3.3 Nguyên tắc đánh giá độ tan từ tích số tan 1.3.4 Các phương pháp tính toán cân 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 tập 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 không xét đến trình phụ 20 2.2.2 Tính độ tan theo tích số tan có xét tới trình phụ ion tạo từ hợp chất tan 27 2.2.2.1 Tính độ tan theo tích số tan hợp chất tan có trình proton hóa .27 Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học iii Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 2.2.2.2 Tính độ tan theo tích số tan hợp chất tan có trình tạo phức .35 2.2.2.3 Tính độ tan theo tích số tan hợp chất tan có trình tạo phức trình proton hoá 43 Kết luận Tài liệu tham khảo Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học iv Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Định luật tác dụng khối lượng: ĐLTDKL Điều kiện proton: ĐKP Đại học Sư Phạm: ĐHSP Thạc sĩ: Ths Tiến sĩ: Ts Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học v Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Mở đầu Lý chọn đề tài Trong chương trình hoá học phổ thông có đề cập tới hai loại phản ứng hoá học 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) phản ứng tạo thành hợp chất tan Phản ứng tạo thành hợp chất tan có vai trò quan trọng chương trình hoá học phổ thông chương trình chuyên, đặc biệt chương trình hoá học phân tích trường cao đẳng, đại học; thường sử dụng nhận biết, tách định lượng chất Cân pha rắn dung dịch bão hoà hợp chất tan liên quan chặt chẽ với cân axit-bazơ, tạo phức, oxi hoá khử Vì việc tính toán độ tan hợp chất tan cần xem xét toàn diện trình xảy dung dịch Tuy nhiên, theo biết năm gần có đề tài nghiên cứu hợp chất tan Chính chọn đề tài: ‘‘Phân loại phương pháp giải tập tính độ tan theo tích số tan’’ Với mong muốn trau dồi kiến thức cho thân góp phần nhỏ bé vào việc nâng cao chất lượng học bạn học sinh, sinh viên học hoá học Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu nhằm khái quát hoá lý thuyết sở liên quan đến cân dung dịch hợp chất từ phân loại tập đưa phương pháp giải tập tính độ tan theo tích số tan Nhiệm vụ nghiên cứu Tóm tắt lý thuyết cân dung dịch chứa hợp chất tan Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Phân loại tập tính độ tan theo tích số tan đưa phương pháp giải tập Đối tượng nghiên cứu Độ tan hợp chất tan dung dịch Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu viết cân dung dịch chứa hợp chất tan Từ đó, khái quát hoá lý thuyết có liên quan, phân loại tập tính độ tan theo tích số tan đưa phương pháp giải cho dạng tập Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Dung dịch 1.1.1 Khái niệm dung dịch Dung dịch hỗn hợp đồng bao gồm chất tan dung môi  Chất tan: chất tan chất khác  Dung môi: chất hòa tan chất khác VD: Nước hòa tan muối ăn gọi dung môi, muối ăn gọi chất tan Và ta dung dịch natriclorua, hay ta thường gọi nước muối 1.1.2 Dung dịch chưa bão hòa, dung dịch bão hòa, dung dịch bão hòa Dung dịch bão hòa: Là dung dịch hòa tan thêm chất tan điều kiện cho Dung dịch chưa bão hòa: Là dung dịch hòa tan thêm chất tan điều kiện cho Dung dịch bão hòa: Là dung dịch chứa lượng chất tan nhiều so với lượng chất tan dung dịch bão hòa điều kiện Như vậy, dung dịch bão hòa bao gồm: Dung dịch bão hòa lượng chất tan nguyên chất không tan Độ bão hòa dung dịch phụ thuộc vào chất tan chất rắn, lỏng hay khí thay đổi theo nhiệt độ, áp suất 1.2 Hydrat hóa dehydrat hóa Hydrat tạo nên từ phần tử nước tiều phân chất tan Có thể biểu diễn dạng phức chất aqua: M(H2O)xn+, A(H2O)ym- Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Sự hydrat hóa trình tạo nên hydrat Ngược lại, dehydrat hóa trình phá hủy hydrat hay tách H2O khỏi tiểu phân chất tan 1.3 Cân dung dịch chứa hợp chất tan 1.3.1 Độ tan Khi hòa tan chất điện li tan MmAn nước ion Mn+, Am- phần tử cấu trúc mạng lưới tinh thể chất điện li bị hydrat hóa chuyển vào dung dịch dạng phức chất aqua: M(H2O)xn+, A(H2O)ym- Khi hoạt độ ion M(H2O)xn+, A(H2O)ym- dung dịch tăng lên đến mức độ xảy trình ngược lại, có nghĩa số ion hydrat hóa kết tủa lại bề mặt tinh thể Đến lúc tốc độ trình thuận (quá trình hòa tan chất rắn - hydrat hóa) nghịch (quá trình ion kết tủa - dehydrat hóa), có cân thiết lập pha rắn dung dịch bão hòa: mMmAn↓ +(mx+ny) H2O ⇄ mM(H2O)n+ x +nA(H O) y (pha rắn) (1.1) (dung dịch bão hòa) Khi cân (1.1) đạt trạng thái cân bằng, lúc thu dung dịch bão hòa dung dịch có chứa lượng chất tan định, lượng chất tan gọi độ tan (S) Độ tan S biểu diễn đơn vị khác nhau: g/100g dung môi, g/l, mol/l Nếu theo (1.1) ta hiểu khái niệm độ tan sau: Độ tan nồng độ chất điện li dung dịch bão hòa điều kiện cho Khái niệm đề cập đến chất rắn tan dung môi nước độ tan lượng chất tan điện li thành ion Đây vấn đề cần hiểu độ tan hợp chất tan cân ion Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp * Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan:  Bản chất chất tan: Mỗi chất tan có độ tan định Các dạng đa hình thù hình chất có độ tan khác VD: Độ tan (theo g/100 g H2O) số chất tan nước 20oC: Chất CaI2 NaCl H3PO3 CaCO3 AgI Độ tan(s) 209,0 36,0 5,0 13.10-4 13.10-8  Bản chất dung môi: Với dung môi khác nhau, độ tan chất khác điều kiện VD: Độ tan KI (theo % khối lượng) dung môi 20oC : Dung môi H2O NH3(lỏng) CH3OH CH3COOH Độ tan (S) 59,8 64,5 14,97 1,302  Nhiệt độ : Nhiệt độ thay đổi độ tan thay đổi Sự thay đổi có liên quan đến hiệu ứng nhiệt hòa tan Đối với chất thu nhiệt hòa tan, độ tan tăng theo nhiệt độ ngược lại + Với chất tan chất rắn, trình hòa tan thường thu nhiệt nên độ tan thường tăng tăng nhiệt độ + Với chất tan chất khí trình hòa tan thường tỏa nhiệt nên độ tan thường giảm tăng nhiệt độ  Áp suất: Khi hòa tan chất khí chất lỏng, theo định luật Henry, ta có: Nồng độ chất khí chất lỏng (độ tan chất khí chất lỏng): C=K.P Đào Thị Vịnh – K33C – Khoa Hóa Học Trường ĐHSP Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Vì *β, Kb nhỏ, ta bỏ qua trình (4) (5) Tính theo (1),(2),(3): AgI + 2NH3⇄ Ag(NH3)2+ + IC 1,0 [] 1-2x x K=Ks.K1.K2=10-8,76 x Áp dụng ĐLTDKL: x2/(1-2x)2 = K x/(1-2x) = 10-4,38 → Với: x = S - độ tan AgI Coi 2S[Hg2+] Ta lại có: β1CCl-[...]... 1.3.3 Nguyên tắc đánh giá độ tan từ tích số tan Độ tan cũng như tích số tan là những đại lượng đặc trưng cho dung dịch bão hòa Do đó, tích số tan và độ tan có mối liên hệ với nhau và ta có thể tính độ tan theo tích số tan hoặc ngược lại Tuy nhiên phép tính phổ biến hơn cả là tính độ tan theo tích số tan Việc tính toán độ tan khá phức tạp vì cân bằng của hợp chất ít tan thường kèm theo các quá trình phụ,... 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... 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... 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 –... 1g/ml Tính độ tan của CaSO4 theo g/l và mol/l Giải 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 Khóa luận tốt nghiệp *Như vậy: Độ tan có thể được tính theo nhiều đơn vị khác nhau Và chúng ta có thể từ độ tan. .. 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. .. theo nhiều đơn vị khác nhau Và chúng ta có thể từ độ tan tính theo đơn vị này suy ra độ tan tính theo đơn vị khác Bài 2.1.4: Độ tan của BaSO4 trong dung dịch HCl 2M là 1,48.10-4M Tính tích số tan của BaSO4 Suy ra độ tan của BaSO4 trong nước nguyên chất rồi so với độ tan trong HCl Giải thích Cho pKa đối với nấc phân ly thứ 2 của H2SO4 là pKa=2 Giải Trong dung dịch sẽ xảy ra các quá trình: HCl → H+ +... phức tạp có thể xảy ra các quá trình phụ, người ta sử dụng tích số tan điều kiện Tích số tan điều kiện chỉ áp dụng cho một số điều kiện thực nghiệm xác định (lực ion, pH, chất tạo phức phụ…)  Tích số tan nồng độ chính là tích số tan điều kiện ỏ lực ion đã cho Trong biểu thức tích số tan điều kiện, hoạt độ của các ion được thay bằng tổng nồng độ các dạng tồn tại trong dung dịch của mỗi ion  Xét trường... dùng phương pháp lặp để tính + Bước 1: Ta lấy giá trị [M+]=[A-]=S0= K s Thay giá trị đó vào (1.34) tính ra h1 Thay h1 vào (1.32) ta tính được S1 Thay S1 vào (1.31) và (1.30) ta tính ra các giá trị [M+]1 và [A-]1 + Bước 2: Thay các giá trị [M+]1 và [A-]1 vào (1.34) tìm ra h2 Và tiếp tục thay giá trị h2 vào (1.32) tìm ra S2 + Lặp đi lặp lại như vậy cho đến khi Si ≈ Si-1 thì dừng lại và ta được độ tan. .. thuộc vào nồng độ đầu của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan, các hằng số cân bằng, pH,… 2.2.2.1 Tính độ tan theo tích số tan của hợp chất ít tan trong đó có quá trình proton hóa: Bài toán đặt ra, trong dung dịch ngoài quá trình hòa tan còn có quá trình protron hóa của anion là bazơ yếu  Cách giải: + Mô tả các quá trình xảy ra trong dung dịch bằng các phương trình hóa học + So sánh các thông số nhiệt động ... đánh giá độ tan 12 Chương 2: Phân loại phương pháp giải tập 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 không... 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 tan lớn 1,0g 100g nước gọi chất dễ tan (gọi tan) ... vậy: Độ tan tính theo nhiều đơn vị khác Và từ độ tan tính theo đơn vị suy độ tan tính theo đơn vị khác Bài 2.1.4: Độ tan BaSO4 dung dịch HCl 2M 1,48.10-4M Tính tích số tan BaSO4 Suy độ tan BaSO4