Đang tải... (xem toàn văn)
tổng hợp, phân loại tất cả các bài tập về tích số tan, bài tập ;iên quan đểm tích số tan trong các kỳ thi olympic hóa học Có sự chọn lựa, giải bài tập bằng phương pháp mới. Sắp xếp từ dễ đến khó, phù hợp cho việc luyện tập của các học sinh rèn luyện kĩ năng, chuẩn bị cho kì thi Olympic hóa học.
Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực đề tài “Phân loại giải tập tích số tan kì thi Olympic” hồn thành mục tiêu yêu cầu đề Để có kết hơm nay, ngồi nổ lực cố gắng thân em nhận quan tâm, hướng dẫn tận tình quý thầy cơ, bạn bè gia đình Vì vậy, trang tiểu luận em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: - Ban chủ nhiệm mơn hóa tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành tốt - tiểu luận Cơ Phan Thị Ngọc Mai – tổ trưởng tổ Hóa Lý đã trực tiếp hướng dẫn, sữa tập cách tận tình tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành tiểu luận - Gia đình bạn bè quan tâm động viên em Em xin chân thành cám ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang i Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang ii Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .ii MỤC LỤC iii 1.Lý chọn đề tài 2.Mục đích nghiên cứu .1 3.Nhiệm vụ nghiên cứu 4.Đối tượng nghiên cứu 5.Phương pháp nghiên cứu .2 SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang iii Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Nghiên cứu tài liệu: CHƯƠNG CÁC ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN .3 1.1.Dung dịch 1.1.1.Khái niệm dung dịch 1.1.2.Các đặc tính dung dịch 1.1.3.Dung dich chưa bão hòa, dung dich bão hòa dung dịch bão hòa .3 CHƯƠNG 12 PHÂN LOẠI VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP TÍCH SỐ TAN CỦA HỢP CHẤT ÍT TAN .12 2.1 Tính tích số tan từ độ tan 12 2.1.1 Bài tập .12 2.1.2 Bài tập nâng cao 20 2.1.2.1 Dạng tập tìm điều kiện tạo thành hợp chất tan .20 2.1.2.2 Tính tích số tan từ độ tan của hợp chất tan dung dịch chứa ion đồng dạng bỏ qua trình phụ 41 2.1.2.3 Tính tích số tan từ độ tan có q trình phụ ion tạo từ hợp chất tan .47 2.1.2.3.1 Bài tốn tính đến q trình phụ gốc anion gốc cation 47 2.1.2.3.2 Bài tốn xét q trình phụ gốc cation anion 68 H3PO4 .71 Hằng số axit 71 Nồng độ mol/l Mg2+: 72 72 Do sự tạo thành kết tủa không bị ảnh hưởng tới nhau: 72 72 72 Các trình diễn ban đầu: 72 72 Ta có: .72 73 SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang iv Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Mặt khác: 73 73 73 73 Thay (2), (3) (4) vào (1) ta được: .73 73 2.2 Tính tích số tan từ điện cực, sức điện động pin đại lượng nhiệt động 77 2.2.1 Tính tích số tan từ điện cực, sức điện động pin 77 2.2.2 Tính tích số tan từ đại lượng nhiệt động 89 KẾT LUẬN .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang v Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mỗi năm vào dịp kỉ niệm ngày giải phóng hồn tồn miền Nam, thống Tổ Quốc, trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, thành phố Hồ Chí Minh lại tổ chức kì thi truyền thống Olympic 30/4 Kì thi tổ chức liên tục từ năm 1994 đến nay, với quy mô ngày lớn, chất lượng ngày cao Kỳ thi tổ chức với nhiều mơn thi như: Tốn, Vật lí, Địa lí, Tin học…trong có Hóa học – mơn thi khó kì thi Trong nội dung thi mơn hóa học ta thường bắt gặp dạng tập liên quan tới tích số tan Tích số tan đại lượng số cân bằng, có vai trò quan trọng dùng để đánh giá độ tan chất dung dịch bão hòa Tích số tan độ tan có mối liên hệ với ta tính tích số tan từ độ tan ngược lại Do đó, chương phản ứng tạo thành hợp chất tan có vai trò quan trọng, giúp phân loại số dạng tập liên quan tới tích số tan độ tan Tuy nhiên, năm gần đây, đề tài nghiên cứu tập liên quan đến phản ứng tạo thành hợp chất tan đề thi Olympic 30/4 mơn Hóa học, nên việc xây dựng sở lí thuyết để vận dụng giải tập liên quan tới tích số tan việc cần thiết Chính lý chọn đề tài “Phân loại giải tập tích số tan Olympic 30/4” Nhằm học hỏi nâng cao hiểu biết thân, tạo nguồn tài liệu cho học sinh thầy cô việc ơn luyện chuẩn bị kì thi Olympic 30/4 có hiệu đạt kết cao Mục đích nghiên cứu Xây dựng sở lí thuyết đơn giản tích số tan, độ tan phản ứng trao đổi tạo thành hợp chất tan dung dịch Từ mà phân loại số dạng tập thường gặp tính tích số tan đề thi Olympic Hóa học 30/4 giải tập dựa vào sở lí thuyết Làm quen với nghiên cứu khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Tóm tắt lí thuyết phần tích số tan, độ tan, yếu tố ảnh hưởng tới độ tan Nghiên cứu cách vận dụng kiến thức đơn giản độ tan, sức điện động để giải dạng tập tích số tan SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Đối tượng nghiên cứu Cơ sở lí thuyết đơn giản tích số tan số dạng tập thường gặp vềmtích số tan chương trình phổ thơng, đề thi chương trình cao đẳng đại học Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu: Từ sách giáo trình đại học đưa lí thuyết đơn giản phản ứng tạo thành hợp chất tan Giải tập tích số tan dựa vào độ tan, điện cực sức điện động pin, số nhiệt động từ mà phân dạng rút phương pháp giải SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai CHƯƠNG CÁC ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN 1.1 Dung dịch 1.1.1 Khái niệm dung dịch Dung dịch hỗn hợp đồng dung môi chất tan 1.1.2 Các đặc tính dung dịch • Dung dịch hỗn hợp đồng • Các cấu tử tan dung dịch khơng thể nhìn thấy mắt thường • Dung dịch không chùm ánh sáng phân tán • Dung dịch có tính ổn định • Chất tan từ dung dịch tách cách lọc (hoặc phương pháp học) 1.1.3 Dung dich chưa bão hòa, dung dich bão hòa dung dịch bão hòa Dung dich chưa bão hòa dung dịch hòa tan thêm chất tan điều kiện cho Dung dịch bão hòa dung dịch khơng thể hòa tan thêm chất tan điều kiện cho Dung dịch bão hòa dung dịch chứa lượng chất tan nhiều so với lượng chất tan dung dịch bão hòa điều kiện Ví dụ: hồ tan muối ăn vào nước dung dịch Nếu tiếp tục thêm muối vào dung dịch đến lúc muối tan thêm Ta thu dung dịch bão hòa 1.2 Độ tan 1.2.1 Khái niệm Độ tan (S) chất số gam chất tan 100 g nước để tạo thành dung dịch bão hòa nhiệt độ xác định 1.2.2 Độ tan hợp chất 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 hyđrat 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 SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai độ xảy q trình ngược lại, có nghĩa số ion hyđrat hóa kết tủa lại bề mặt tinh thể Đến lúc tốc độ q trình thuận (q trình hòa tan chất rắn) nghịch (quá trình ion kết tủa), có cân thiết lập pha rắn dung dịch bão hòa: n+ m− M m An + (mx + ny ) H O ‡ˆ ˆ† ˆˆ mM ( H 2O) x + nA(H O) y (pha rắn) (1.1) (dung dịch bão hòa) Khi cân (1.1) đạt trạng thái cân bằng, lúc đo 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 mơi nước độ tan lượng chất tan điện li thành ion Đây vấn đề cần hiểu độ tan hợp chất tan cân ion 1.2.3 Tích số tan Cân (1.1) ta biểu diễn đơn giản dạng sau: n+ m− M m An ( r ) ‡ˆ ˆ† ˆˆ mM + nA K Áp dụng định luật tác dụng khối lượng ta thu được: K= ( M n + ) m ( Am − )n ( M m An ) (1.2) Trong đó: ( M n + ), ( Am − ), ( M m An ) hoạt độ phần tử M n + , Am − , M m An Cho chất rắn trạng thái tinh thể hồn chỉnh, ngun chất nên ta chấp nhận chất rắn trạng thái tiêu chuẩn Nghĩa (MmAn) = Khi (1.2) trở thành: K = (M n + ) m ( Am − ) n (1.3) Ta thay số cân K biểu thức (1.3) ký hiệu tích số tan K sp, ta thu được: K sp = ( M n + ) m ( Am − ) n (1.4) Như vậy, dung dịch xác định nhiệt độ không đổi tích số hoạt độ ion dung dịch bão hòa hợp chất tan giá trị không đổi SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai tích số tan Tích số tan khơng phụ thuộc vào giá trị hoạt độ phần tử mà phụ thuộc vào nhiệt độ chất chất tan Để đánh giá độ tan từ Ksp cần biểu diễn (1.4) dạng nồng độ Ta thay: (Mn+) = [Mn+].fM ; (Am-) = [Am-].fA => K sp = f Mm f An [M n + ]m [A m − ]n [M n + ]m [A m − ]n = K sp.c f M− m f A− n = K sp.c (1.5) m n Trong đó: K sp.c gọi tích số tan nồng độ ; f M , f A hệ số hoạt độ tương ứng với phần tử M n + A m − Để tìm hệ số hoạt độ ta cần tính lực ion ( µ ): µ = 0, 4∑ Z i2 Ci (1.6) Với: Z i điện tích ion i Ci nồng độ ion i Lực ion µ biểu thị tương tác tĩnh điện ion dung dịch + Với dung dịch có lực ion µ < 0, 01 hệ số hoạt độ tính theo cơng thức: log f = −0,5.Z2 µ + Với dung dịch có lực ion 0, 01 < µ ≤ 0,5 hệ số hoạt độ tính theo cơng thức: log f = − 0,5.Z2 µ 1+ µ + Với dung dịch có lực ion µ > 0,5 hệ số hoạt độ tính theo cơng thức: log f = − 0,5.Z2 µ + 0,33.108.r µ +A r : bán kính ion ngậm nước tính theo cm A : hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chất chất điện ly dung môi Trong dung dịch lỗng, tương tác tĩnh điện ion khơng đáng kể µ ≈ , f = nên ta có nồng độ hoạt độ (A) = [A].1 = [A] Trong dung dịch muối tan, khơng chứa chất điện ly phụ, lực ion dung dịch thường bé µ ≈ , ta coi f = Khi đó, biểu thức tích số tan có dạng gần đúng: SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai CuS + H + + H 2O2 ƒ Cu 2+ + S + H 2O −15 55,25 = 1040,15 => K pu = K1.K = 10 10 Ta thấy Kpu >> K1 nên CuS tan hỗn hợp H2O2 + HCl tốt HCl Bài Một lít dung dịch chứa 0,2 mol Fe 2+ 0,2 mol Fe3+ Dung dịch chỉnh đến pH = Xác định dung dịch Nếu thêm vào dung dịch ion OH – đạt pH = (bỏ qua thay đổi thể tích dung dịch) dung dịch đo 0,152 V Chất kết tủa khối lượng ? Tính tích số tan Fe(OH)3 Biết ϕ Fe 3+ Fe 2+ = 0, 77V ; Fe = 56 ; O=16 ; H = (Olympic 2006 - chuyên Bến Tre, Bến Tre) Giải: + Thế dung dịch: Fe3+ + 1e → Fe 2+ ϕ Fe3+ Fe2+ 0, 059 [ Fe3+ ] log Fe 2+ n [ Fe 2+ ] 0, 059 0, = 0, 77 + lg = 0, 77 V 0, = ϕ Fe3+ + + Khi pH chỉnh đến 5, dung dịch giảm 0,152 V nồng độ [Fe 3+] giảm xuống => Fe3+ tạo kết tủa Fe(OH)3 Tính nồng độ [Fe3+]: 0, 059 [ Fe3+ ] 0,152 = 0, 77 + log 0, => [ Fe3+ ] = 6, 71.10−12 M Khối lượng kết tủa: mFe (OH )3 = (0, − 6, 71.10 −12 ).(56 + 17.3) = 21, g 3+ − Tích số tan: K sp.Fe (OH ) = [ Fe ].[OH ] (pH = => [H + ] = 10−5 ,[OH − ] = 10 −9 ) => K sp Fe (OH )3 = 6, 71.10−12.(10−9 )3 = 6, 71.10−39 Bài Xét chiều phản ứng: 2Cu2+ + 4I- 2CuI(r) + I2(r) 298 K Trong dung dịch có [Cu2+] = 1M; [ I − ] = 0,1M Biết ϕ I 2I − = 0,54V , ϕCu 2+ Cu + = 0,15V , Ksp.CuI = 10-12 (Olympic 2013 – THPT Chun Hồng Hoa Thám, TP Hồ Chí Minh) SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 79 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Giải: Ta có: 0, 059 [Cu + ] lg Cu + Cu + [Cu + ] K sp.CuI + − + Mặt khác: K sp.CuI = [Cu ].[ I ] => [Cu ] = − [I ] + Thay [Cu ] vào ϕCu 2+ Cu + ta được: ϕCu 2+ = ϕCu 2+ + 0, 059 [Cu + ].[ I − ] lg Cu + Cu + K sp.CuI 0, 059 1.0, =0,15+ log −12 = 0, 799V 10 + − ˆ ˆ† Cu + I CuI + I ‡ ˆˆ Xét phản ứng: ϕCu 2+ = ϕCu 2+ E pin = ϕCu 2+ Cu + + − ϕ 0I 2I − = 0, 799 − 0,54 = 0, 259V > => ∆G < => phản ứng xảy theo chiều thuận Bài Cho cặp oxi hóa khử : Cu 2+ / Cu + ϕCu = 0,15V 2+ / Cu + I / 2I − ϕ I0 /2 I − = 0, 62V Viết phương trình phản ứng oxi hóa khử phương trình Nernst tương ứng Ở điều kiện chuẩn xảy oxi hóa I- ion Cu2+ ? Khi đổ dung dịch KI vào dung dịch Cu2+ thấy có phản ứng : Cu 2+ + I − → CuI ↓ + I 2 Hãy xác định số cân phản ứng Biết tích số tan Ksp CuI 10-12 (Olympic 2007 – Kì thi Olympic thức Huế) Giải : Theo đề ta có: + 2x Cu 2+ + e ‡ˆ ˆ† ˆˆ Cu ϕ Cu 2+ / Cu + = 0,15 V I − − 2e ‡ˆ ˆ† ˆˆ I ϕ I− / I = −0, 62 V 2 Cu + I ‡ˆ ˆ† ˆˆ I + Cu 2+ − 2+ E pin = ϕ Cu 2+ / Cu + + ϕ 2I− / I = 0,15 + (−0, 62) = −0, 47 V => ∆G > 0 Do ∆G > nên khơng thể oxi hóa I- Cu2+ Từ đề ta có: SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 80 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai + (a) Cu 2+ + e ‡ˆ ˆ† ˆˆ Cu ∆G 0a = −1FϕCu 2+ / Cu + I2 + − (c) CuI ‡ˆ ˆ† ˆˆ Cu + I (b) I − − 1e ‡ˆ ˆ† ˆˆ ∆G b0 = −1Fϕ I0− / I ∆G 0c = − RT ln K sp Lấy (a) + (b) – (c) ta : Cu 2+ + I − ‡ˆ ˆ† ˆˆ CuI ↓ + I 2 K ∆G = − RT ln K = ∆Ga0 + ∆Gb0 − ∆Gc0 − RT ln K = −1FϕCu − 1Fϕ I0− / I − (− RT ln K sp ) 2+ / Cu + − RT ln K = −1F (ϕ Cu 2+ / Cu + +ϕ I − / I2 ) + RT ln K sp −1F (ϕCu + ϕ I0− / I ) − ln K sp 2+ / Cu + − RT −1.96500 ln K = (0,15 − 0, 62) − ln10 −12 −8,314.298 ln K = ln K = ln1,12.10−8 − ln10 −12 1,12.10−8 = ln1,12.104 10−12 K = 1,12.104 ln K = ln Bài Tính độ tan AgI dung dịch Fe2(SO4)3 0,05M môi trường H2SO4 0 Cho ϕ I /2I − = +0,54 V ; ϕ Fe3+ / Fe2+ = +0, 77 V ; K sp ( AgI ) = 10 −16 (Olympic 2006 – THPT Chuyên Trần Hưng Đạo, Bình Thuận) Giải: Gọi s độ tan AgI dung dịch Fe2(SO4)3 0,05M 2+ Fe3+ + e ‡ˆ ˆ† ˆˆ Fe ϕ Fe 3+ − I + 2e ‡ˆ ˆ† ˆˆ I ϕ I0 Fe 2+ 2I − = +0, 77V = +0,54V (1) (2) Lấy 2.(1) - (2) ta được: 2+ Fe3+ + I − ‡ˆ ˆ† ˆˆ Fe + I 0 => E pin = ϕ Fe 3+ / Fe 2+ n3 E 0pin −ϕ 0 I /2 I − (3) K3 = 0, 77 − 0,54 = 0, 23 V 2.0,23 => K = 10 0,059 = 10 0,059 = 6, 26.107 + − ˆˆ Ag + I Mặt khác: AgI ‡ˆ ˆ† K sp.AgI = 10−16 (4) Lấy (3) + 2.(4) ta được: SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 81 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai 2+ + Fe3+ + AgI ‡ˆ ˆ† ˆˆ I + Fe + Ag (5) bd : 0,1 cb : 0,1- s s s s => K = K ( K sp AgI ) = 6, 26.107.(10−16 ) = 6, 26.10 −25 K4 = [ I ].[ Fe 2+ ]2 [ Ag + ]2 (1 2).s.s s = = 10−24,21 [ Fe3+ ]2 (0,1 − s ) => s = 6,58.10−6 mol / l Bài Một dung dịch chứa CuSO4 0,1 M; NaCl 0,2 M; CuCl dư Cu dư Chứng minh xảy phản ứng sau: Cu + Cu 2+ + 2Cl − ‡ˆ ˆ† ˆˆ 2CuCl Tính nồng độ ion Cu2+, Cl- phản ứng trạng thái cân −7 Biết: K sp.CuCl = 10 ; ϕCu 2+ / Cu + = 0,15 V ; ϕCu = 0,52 V + / Cu (Olympic 2012 – THPT Chun Lê Q Đơn, Ninh Thuận) Giải: Theo đề ta có: + − (1)CuCl ‡ˆ ˆ† ˆˆ Cu + Cl K sp.CuCl = 10 −7 + (2)Cu 2+ + 1e ‡ˆ ˆ† ˆˆ Cu ϕCu = 0,15V ; K 2+ / Cu + (3)Cu + + 1e ‡ˆ ˆ† ˆˆ Cu ϕCu = 0,52V ; + / Cu K3 Lấy (2) – (3) – 2.(1) ta được: Cu + Cu 2+ + 2Cl − ‡ˆ ˆ† ˆˆ 2CuCl ; K pu K => K pu = K ( K sp CuCl ) Tìm K2; K3: ϕ n 0, 059 ϕ = log K => K = 10 0,059 n ϕ0 => K = 10 Cu 2+ / Cu + 0,059 ϕ0 => K = 10 => K pu = Cu + / Cu 0,059 0,15 = 10 0,059 = 102,54 = 10 0,52 0,059 = 108,81 K2 102,54 = = 107,73 8,81 −7 K ( K sp.CuCl ) 10 (10 ) Do Kpu lớn nên phản ứng dễ dàng xảy theo chiều thuận điều kiện thường SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 82 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Gọi c (mol/l) nồng độ Cu2+ phản ứng tạo thành CuCl 2Cl − ‡ˆ ˆ† ˆˆ 2CuCl ↓; Cu + Cu 2+ + bd : cb : K pu = 0,1 0,1 − c 0, 0, − 2c K pu = 107,73 2c 1 107,73 = => c = 0, 0983M − [Cu ].[Cl ] (0,1 − c).(0, − 2c) 2+ => [Cu 2+ ] = 0,1 − c = 0,1 − 0, 0983 = 1, 67.10−3 M => [Cl − ] = 0, − 2c = 0, − 2.0,983 = 3, 4.10 −3 M Bài Cho: ϕ Ag + Ag = 0,8 V ; ϕ AgI Ag = −0,15 V Hãy: Thiết lập sơ đồ pin để xác định tích số tan AgI Viết phương trình hóa học xảy điện cực pin Tính độ tan (s) 25oC AgI nước (Olympic 2013 – THPT Chun Lê Q Đơn, Khánh Hòa) Giải: Để xác định tích số tan Ksp.AgI, ta cần thiết lập sơ đồ pin có điện cực Ag làm việc thuận nghịch với Ag+ Điện cực Ag nhúng dung dịch có [Ag +] lớn đóng vai trò catot Nên ta có sơ đồ pin sau: (−) Ag I − ( aq ) , AgI ( r ) Ag + ( aq ) Ag ( r ) (+) − + Hay (−) Ag , AgI ( r ) I ( aq ) Ag ( aq ) Ag ( r ) (+) + ˆˆ Ag( r ) Phản ứng cực dương: Ag ( aq ) + 1e ‡ˆ ˆ† Phản ứng cực âm: Ag ( r ) + I − (aq) − 1e ‡ˆ ˆ† ˆˆ AgI ( r ) ϕ Ag + Ag = 0,8V ϕ AgI Ag = −0,15V (1) (2) Phản ứng xảy pin: + − AgI ( r ) ‡ˆ ˆ† ˆˆ Ag (aq) + I ( aq ) K sp AgI K cân phản ứng tích số tan AgI: => K pu = K sp AgI = K2 K1 + Tìm K1, K2: n.ϕ RT 0, 059 ϕ = lg K = lg K => K = 10 0,059 nF n n1 ϕ Ag + Ag => K1 = 10 SVTH: Lê Dũ Chiếc 0,059 = 10 1.0,8 0,059 = 1013,56 Trang 83 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai n2 ϕ 0AgI => K = 10 Vậy K sp AgI Ag 0,059 = 10 1.( −0,015) 0,059 = 10−2,54 K 10−2,54 = = 13,56 = 10−16,1 K1 10 Gọi s (mol/l) độ tan AgI H2O: + − AgI ‡ˆ ˆ† ˆˆ Ag + I s K sp AgI = 10−16,1 s K sp AgI = [ Ag + ].[ I − ] = s.s = s = 10−16,1 => s = 10−16,1 = 8,9.10−9 mol / l Bài Cho biết: ϕ Fe 2+ / Fe = −0, 44 V , ϕ Fe = −0, 04 V , K sp Fe (OH )2 = 10 −14 , 3+ / Fe K sp.Fe ( OH )3 = 10−36 Tính điện cực cặp Fe3+ / Fe 2+ dung dịch có [OH − ] = M (Olympic 2008– THPT Quốc học Huê, Thừa Thiên Huế) Giải: Theo đề ta có: Fe 2+ + 2e → Fe EFe = −0, 44V 2+ / Fe (1) Fe3+ + 3e → Fe EFe = −0, 04V 2+ / Fe (2) 2+ − −14 Fe(OH ) ‡ˆ ˆ† ˆˆ Fe + 2OH K sp.Fe ( OH )2 = 10 (3) 3+ − −30 Fe(OH )3 ‡ˆ ˆ† ˆˆ Fe + 3OH K sp.Fe ( OH )3 = 10 (4) Ta có: ϕ Fe + Tìm ϕ Fe 3+ 2+ / Fe 3+ / Fe2+ = ϕ Fe + 3+ / Fe 2+ 0, 059 [ Fe3+ ] lg [ Fe 2+ ] : lấy (2) – (1) ta được: Fe3+ + 1e → Fe 2+ (5) ∆G50 = - F ϕ Fe 3+ / Fe 2+ => ∆G5 = ∆G2 − ∆G1 Mặt khác: ∆G2 = -3Fϕ Fe 3+ / Fe ∆G1 = -2 Fϕ Fe2+ / Fe ∆G5 = ∆G2 − ∆G1 0 - F ϕ Fe = -3Fϕ Fe − (−2 Fϕ Fe ) 3+ 3+ 2+ / Fe2+ / Fe / Fe EFe3+ / Fe2+ = 3.(−0, 04) − 2.(−0, 44) = 0, 76 V + Tìm [ Fe3+ ] : [ Fe3+ ].[OH − ]3 = K sp.Fe(OH)3 => [ Fe3+ ] = SVTH: Lê Dũ Chiếc K sp.Fe(OH)3 [OH − ]3 = 10−36 = 10−36 Trang 84 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai + Tìm [ Fe2+ ] : [ Fe 2+ ].[OH − ]2 = K sp.Fe(OH)2 => [ Fe 2+ ] = => EFe3+ / Fe2+ = 0, 76 + K sp.Fe(OH)2 [OH − ]2 = 10−14 = 10−14 0, 059 10−36 log −14 = −0,538 V 10 Bài 10 Khả khử Fe 2+ nước hay dung dịch kiềm mạnh hơn? Tại ? Cho điện cực chuẩn ϕ Fe 2+ / Fe = -0,44 V; ϕ Fe 3+ / Fe = -0,04 V Tích số tan (Ksp) Fe(OH)2 = 1,65.10-15 Fe(OH)3 = 3,8.10-38 (Olympic 2008 - THPT Chuyên Lý Tự Trọng, Cần Thơ) Giải: + Trong môi trường H2O Fe 2+ + 2e → Fe ∆G1 = −2.F ϕ Fe 2+ / Fe Fe3+ + 3e → Fe ∆G2 = -3.F ϕ Fe 3+ / Fe Fe 2+ → Fe3+ + 1e ∆G3 = −1.F ϕ Fe 2+ / Fe3+ ∆G3 = ∆G1 − ∆G2 0 −1.F ϕ Fe = −2.F ϕ Fe − (−3.F ϕ Fe ) 2+ 2+ 3+ / Fe3+ / Fe / Fe ϕ Fe = 2+ / Fe3+ => ϕ Fe 3+ / Fe2+ 0 −2.ϕ Fe − (−3.ϕ Fe ) 2+ 3+ / Fe / Fe −1 −2.(−0, 44) − (−3).(−0, 04) = −1 +0,88 − 0,12 = = −0, 76 V −1 = 0, 76 V 2+ Xét trình: Fe3+ + 1e ‡ˆ ˆ† ˆˆ Fe ϕ Fe = 3+ / Fe 2+ K 0, 059 lg K lg K = ϕ Fe 3+ / Fe2+ 0, 059 = 0, 76 = 12,88 0, 059 => K = 1012,88 = 7, 6.1012 Xét trình khử Fe2+: 3+ Fe 2+ − 1e ‡ˆ ˆ† K' ˆˆ Fe 1 => K ' = = = 1,3.10−13 12 K 7, 6.10 SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 85 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai + Trong môi trường bazo Fe 2+ → Fe3+ + 1e (1) K = 10-12,88 Fe(OH ) ƒ Fe 2+ + 2OH − (2) K sp Fe ( OH )2 = 1, 65.10 −15 Fe(OH )3 ƒ Fe3+ + 3OH − (3) K sp.Fe ( OH )3 = 3,8.10 −38 Lấy (1) + (2) – (3) ta được: Fe(OH ) − 1e + OH − ƒ K pu = K K sp Fe ( OH )2 K sp.Fe ( OH )3 = Fe(OH )3 10−12,88.1, 65.10−15 = 109,76 3,8.10−38 Nhận thấy Kpu >> K’, nên khả oxi hóa Fe2+ mơi trường kiềm tốt nước 2+ Bài 11 Cho Fe3+ + 1e ‡ˆ ˆ† ˆˆ Fe ϕ F0e3+ / Fe2+ = 0, 77 V K sp.Fe(OH )3 = 3,8.10−38 ; K sp Fe(OH ) = 4,8.10 −16 Có dung dịch chứa đồng thời Fe3+ Fe2+ có nồng độ 1M, pH = Thêm dần NaOH vào (thể tích thay đổi khơng đáng kể) để pH dung dịch tăng lên Thí nghiệm tiến hành nhiệt độ 25oC không đổi Xác định phụ thuộc cặp Fe3+/Fe2+ vào pH dung dịch (Olympic 2010 – THPT Chuyên Lê Khiết, Quảng Ngãi) Giải: Ta có: ϕ Fe 3+ / Fe 2+ = ϕ Fe + 3+ / Fe2+ 0, 059 [ Fe3+ ] lg 2+ ÷ [ Fe ] + Fe3+ bắt đầu kết tủa khi: K sp.Fe ( OH )3 = [ Fe3+ ].[OH − ]3 => [OH − ] = K sp Fe (OH )3 [ Fe3+ ] 3,8.10 −38 = 3.36.10−13 M pH = 14 − pOH = 14 − (− lg 3,36.10−13 ) = 1,53 = + Fe2+ bắt đầu kết tủa khi: K sp.Fe ( OH )2 = [ Fe 2+ ].[OH − ]2 => [OH − ] = K sp Fe (OH )2 [ Fe 2+ ] 4,8.10−16 = 2,19.10−8 M −8 pH = 14 − pOH = 14 − (− lg 2,19.10 ) = 6,34 = - Các trường hợp xảy ra: SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 86 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai + Khi ≤ pH < 1,53 , [Fe3+] [Fe2+] không đổi => pH không ảnh hưởng đến ϕ Fe3+ / Fe2+ : ϕ Fe3+ / Fe2+ = ϕ Fe + 3+ / Fe2+ = 0, 77 + 0, 059 [ Fe3+ ] lg [ Fe 2+ ] 0, 059 lg = 0, 77V 1 + Khi 1,53 ≤ pH < 6,34 , Fe3+ bắt đầu kết tủa, [Fe3+] giảm [Fe2+] không đổi => ϕ Fe3+ / Fe2+ giảm: ϕ Fe3+ / Fe2+ = ϕ Fe + 3+ / Fe 2+ 0, 059 [ Fe3+ ] lg [ Fe 2+ ] K sp Fe (OH)3 3+ − 3+ K sp.Fe (OH)3 = [ Fe ].[OH ] => [ Fe ] = ÷ [OH − ]3 K sp.Fe (OH)3 0, 059 = ϕ Fe + lg 3+ / Fe 2+ [OH − ]3 [ Fe + ] 0, 059 = ϕ Fe + lg K sp Fe(OH)3 − lg[OH − ] 3+ / Fe 2+ ( ) (do [ Fe 2+ ] = 1) Xét : pH = 14 − pOH = 14 + lg[OH − ] => lg[OH − ] = pH − 14 => ϕ Fe3+ / Fe2+ = ϕ Fe + 3+ / Fe2+ 0, 059 lgK sp.Fe (OH)3 − 3.( pH − 14) = 0, 77 + ( ) 0, 059 lg(3,8.10−38 ) − 3( pH − 14) ) ( = 0, 77 + 0, 059 ( −37, 42 − 3( pH − 14) ) = 1, 04 − 0,177 pH + Khi 6,34 ≤ pH ≤ 14 , Fe3+ Fe2+ bắt đầu kết tủa, [Fe3+] [Fe2+] giảm ϕ Fe3+ / Fe2+ = ϕ Fe + 3+ / Fe2+ 0, 059 [ Fe3+ ] lg [ Fe 2+ ] K sp Fe(OH)3 3+ − 3+ ;÷ K sp.Fe (OH)3 = [ Fe ].[OH ] => [ Fe ] = − [OH ] K sp.Fe (OH)3 2+ − 2+ K sp.Fe (OH)2 = [ Fe ].[OH ] => [ Fe ] = ÷ [OH − ]2 K sp Fe (OH)3 0, 059 = ϕ Fe lg 3+ 2+ + / Fe K sp Fe (OH)2 [OH − ] K sp Fe (OH)3 − = ϕ Fe − lg[OH ] ÷ 3+ 2+ + 0, 059 lg / Fe K sp Fe (OH) ÷ SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 87 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Xét : pH = 14 − pOH = 14 − (− lg[OH − ]) => lg[OH − ] = pH − 14 K sp.Fe (OH)3 => ϕ Fe3+ / Fe2+ = ϕ Fe + 0, 059 lg − ( pH − 14) ÷ 3+ / Fe2+ K sp Fe (OH) ÷ 3,8.10−38 = 0, 77 + 0, 059 lg − (pH − 14) ÷ −16 4,8.10 = 0, 292 − 0, 059 pH Bài 12 Cho AgBr (r ) + e → Ag + Br − ϕ10 = 0, 0713 V Ag + + e → Ag ϕ20 = 0, 7996 V Trên sở tính K sp AgBr 250C + − ˆˆ Ag ( aq ) + Cl (aq) Từ tính ∆G q trình: AgCl (r ) ‡ˆ ˆ† −5 Biết S AgCl (25 C ) = 1, 274.10 M (Olympic 2009 - THPT Tiền Giang, Tiền Giang) Giải: Theo đề ta có: AgBr (r ) + e → Ag + Br − (1) ϕ10 = 0, 0713V Ag + + e → Ag ϕ20 = 0, 7996V (2) Lấy (1) – (2) ta được: AgBr (r ) ƒ Ag + + Br − (3) E pin = ϕ10 − ϕ 20 = 0, 0713 − 0, 7996 = −0, 7283V = Mặt khác ta có: E pin RT 0, 059 ln K = ln K nF n n E 0pin =>K = 10 0,059 = 10 1.( −0,7283) 0,059 = 4,57.10−13 Hằng số cân phản ứng (3) tích số tan AgBr −13 => K sp AgBr = K = 4,57.10 o −5 Theo đề ta có: S AgCl (25 C ) = 1, 274.10 M + − AgCl (r ) ‡ˆ ˆ† ˆˆ Ag (aq ) + Cl (aq ) S (4) S => K sp AgCl = [Ag + ].[Cl − ] = S.S = (1, 274.10 −5 ) = 1, 623.10 −10 SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 88 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Tích số tan AgCl số cân phản ứng (4) ∆G = − RT ln K = − RT ln K sp AgCl = − 8,314.293.ln(1, 623.10−10 ) = 55848,3 (J / mol ) 2.2.2 Tính tích số tan từ đại lượng nhiệt động Bài Cho hàm nhiệt động: ∆ H 0298 K (kJ / mol ) S 298 K ( J / K mol ) Ag + ( aq ) Cl − ( aq ) AgCl( r ) + 105,58 − 167,16 − 127, 07 + 72, 68 + 56,5 + 96, Hãy tính ∆G298 phản ứng kết tủa AgCl từ dung dịch hỗn hợp KCl AgNO3 Hãy tính tích số tan AgCl 298oK (Olympic 2009 – THPT Quốc học Huế, Thừa Thiên Huế) Giải: Xét phản ứng: Ag + (aq) + Cl − ( aq ) → AgCl( r ) (1) 0 0 ∆H pu = ∆H 298 AgCl − ∆H 298 Ag + − ∆H 298.Cl − = -127, 07 - (105,58 -167,16) = -65, 49 kJ / mol ∆S pu 0 = ∆S 298 AgCl − ∆S 298 Ag + − ∆S 298.Cl − = 96, - 56,5 - 72, 68 = 32,98 J / K mol 0 => ∆G298 = ∆H 0pu − T ∆S pu = -65, 49.103 − 298.(−32,98) = −55662 J / mol Tích số tan AgCl số cân Kcb phản ứng (1): K pu = K sp AgCl ∆G298 = − RT ln K pu = − RT ln K sp AgCl => K sp AgCl = e − ∆G298 RT =e − 55662 8,314.298 = e −22,47 = 1, 74.10−10 Bài Tích số tan AgCl 25oC 50oC 1,70.10-10 1,29.10-9 Coi ∆ H0 ∆ S0 không biến đổi theo nhiệt độ + − Tính ∆ H0 ∆ S0 trình AgCl ‡ˆ ˆ† ˆˆ Ag + Cl Tính độ tan AgCl 1000C (Olympic 2013– THPT Chun Lê Q Đơn, Đà Nẵng) Giải: SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 89 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai + − AgCl ‡ˆ ˆ† ˆˆ Ag + Cl K = K sp AgCl Tích số tan AgCl số cân K phản ứng K 298 = K sp AgCl 298 = 1, 7.10−10 K 323 = K sp AgCl 323 = 1, 29.10−9 −10 Ta có: ∆G298 = RT ln K 298 = 8,314.298.ln(1, 7.10 ) = −55, 73 kJ ∆G323 = RT ln K 323 = 8,314.323.ln(1, 29.10−9 ) = −54,97 kJ 0 Mặt khác ta có: ∆G = ∆H − T ∆ S Ta thu hệ phương trình: 0 ∆ G298 = ∆H − T298 ∆ S 0 ∆G323 = ∆H − T323 ∆ S −55, 73 = ∆H − 298.∆ S0 ∆H = −64, 79kJ => 0 ∆ S = −0, 0304kJ / K −54,97 = ∆H − 323.∆ S Gọi s (mol/l) độ tan AgCl 1000C + − AgCl ‡ˆ ˆ† ˆˆ Ag + Cl s ln K sp AgCl 373 K sp AgCl 298 = =− K sp AgCl s ∆H 1 − ÷ R T298 T373 64,92.103 1 − ÷ = 5, 27 8,314 298 373 => K sp AgCl 373 = K sp AgCl 298 e5,27 = 1, 7.10−10.e5,27 = 3,31.10 −8 K sp AgCl 373 = [Ag + ].[Cl − ] = s.s = s => s = K sp AgCl 373 = 3,31.10−8 = 1,82.10−4 mol / l Bài Độ tan Mg(OH)2 nước 180C 9.10-3 g/lít 1000C 4.10-2 g/lít Tính tích số tan Mg(OH)2 hai nhiệt độ pH dung dịch bão hòa Tính đại lượng H0, G0, S0 phản ứng hòa tan, coi H0, S0 khơng thay đổi theo nhiệt độ (Olympic 2006 - THPT Thăng Long, Lâm Đồng) Giải: Gọi s độ tạn Mg(OH)2 SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 90 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai Mg (OH ) ƒ Mg 2+ + 2OH − s 2s K sp = [ Mg 2+ ].[OH − ]2 = s.(2 s) = s + Tại T = 291oK s291 = 9.10−3 = 1,552.10−4 mol / l 58 K sp.291 = 4s291 = ( 1,552.10−4 ) = 1, 495.10−11 pOH = − lg[OH − ] = − lg(2s291 ) = − lg(2.1,552.10 −4 ) = 3,51 pH = 14 − 3,51 = 10, 49 + Tại T = 373oK s373 = 4.10−2 = 6,897.10 −4 mol / l 58 ( K sp.373 = 4s373 = 6,987.10−4 ) = 1,312.10−9 pOH = − log[OH − ] = − log(2s373 ) = − log(2.6,897.10 −4 ) = 2,86 pH = 14 − 2,86 = 11,14 Các đại lượng H0, G0, S0 phản ứng hòa tan đại lượng tiêu chuẩn (được tính p = atm, T = 2980K) Xét phản ứng hòa tan 250C: Mg (OH ) ƒ Mg 2+ + 2OH − s K sp.298 2s Hằng số cân K phản ứng tích số tan Ksp.298 ∆H o = ln RT373T291 Tt373 8,314.373.298 1,312.10−9 ln = ln = 49, 244 kJ/mol T373 − T291 Tt291 373 − 291 1, 495.10−11 K sp.298 K sp.291 =− ∆H o 1 49244 1 − − ÷= − ÷ = 0, 4781 R T298 T291 8,314 298 291 => K sp.298 = K sp.291.e0,4781 = 1, 485.10−11.e0,4781 = 2, 41.10−11 ∆G o = − RT ln(K sp.298 ) = −8,314.298.ln(2, 41.10 −11 ) = 60,474 kJ/mol ∆G o − ∆H o (60,573 − 49, 244).103 => ∆S = − =− = −38, 02 J / K mol T 298 o SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 91 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai KẾT LUẬN Qua tiểu luận làm được: Xây dựng sở lý thuyết tích số tan, độ tan chất dung dịch, điện cực tiêu chuẩn Phân loại số dạng tập tích số tan từ độ tan tích số tan từ điện cực sức điện động pin Do thời gian có hạn nên đề tài tơi dừng lại mức độ nhỏ chắn tránh khỏi thiếu xót, kính mong thầy giáo bạn sinh viên đóng góp ý kiến để đề tài tơi hồn thiện SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 92 Tiểu luận tốt nghiệp GVHD: TS Phan Thị Ngọc Mai TÀI LIỆU THAM KHẢO Cao Cự Giác (2011), Những viên kim cương hóa học, NXB Đại học Sư phạm Ban tổ chức kì thi (2014), Tuyển tập 20 năm đề thi Olympic 30 Tháng Hóa học 10, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Ban tổ chức kì thi (2014), Tuyển tập 20 năm đề thi Olympic 30 Tháng Hóa học 11, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Ban tổ chức kì thi (2007), Tuyển tập đề thi Olympic 30 Tháng lần thứ XIII - 2007 Hóa học, NXB Đại học Sư phạm Ban tổ chức kì thi (2016), Tuyển tập đề thi Olympic 30 Tháng lần thứ XXI - 2015 Hóa học, NXB Đại học Sư phạm Từ Vọng Nghi, Hóa học phân tích phần I: Cơ sở lý thuyết phương pháp hóa phân tích, NXB Đại học Qcs Gia Hà Nội Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải (2004), Bài tập hóa học đại cương, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội SVTH: Lê Dũ Chiếc Trang 93 ... 12 PHÂN LOẠI VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP TÍCH SỐ TAN CỦA HỢP CHẤT ÍT TAN .12 2.1 Tính tích số tan từ độ tan 12 2.1.1 Bài tập .12 2.1.2 Bài tập nâng cao ... bảo tồn điện tích ta có: x1a1 +y1b1 +z1c1 + =x a +y b +z c + CHƯƠNG PHÂN LOẠI VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP TÍCH SỐ TAN CỦA HỢP CHẤT ÍT TAN 2.1 Tính tích số tan từ độ tan 2.1.1 Bài tập Bài Ở 25oC,... học, nên việc xây dựng sở lí thuyết để vận dụng giải tập liên quan tới tích số tan việc cần thi t Chính lý chọn đề tài Phân loại giải tập tích số tan Olympic 30/4” Nhằm học hỏi nâng cao hiểu biết