Phân loại và phương pháp giải bài tập cân bằng axit bazơ (đa aaxit đa bazơ)

Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Độ biến đổi số mol ni hoặc độ biến đổi nồng độ C i của mỗi chất tham gia phản ứng: ni =  . i hoặc Ci  x. i (1.7) Hệ số hợp thức  i có giá trị âm đối với các chất phản ứng và có giá trị dương đối với các sản phẩm phản ứng. Số mol các chất (ni) hoặc nồng độ các chất (Ci) sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn: ni = ni0 + ni ; Ci = Ci0 +  Ci (1.8) nio : số mol chất trước khi có phản ứng xảy ra. Cio : nồng độ chất trước phản ứng. 1.2.1.2. Tọa độ cực đại: Tọa độ phản ứng khi phản ứng xảy ra đạt hiệu suất cực đại:  max  min xmax  min nio i Cio i với  i < 0 (1.9) với  i < 0 (1.10) 1.2.1.3. Thành phần giới hạn (TPGH): Là thành phần hỗn hợp sau khi phản ứng xảy ra với tọa độ cực đại. 1.2.2. Định luật bảo toàn vật chất 1.2.2.1. Quy ước biểu diễn nồng độ Nồng độ gốc: nồng độ chất trước khi đưa vào hỗn hợp phản ứng (Co mol/l ). Nồng độ ban đầu: nồng độ chất trong hỗn hợp trước khi xảy ra phản ứng (Co mol/l). Nồng độ cân bằng: nồng độ chất sau khi hệ đạt tới cân bằng ([i]). Nguyễn Thị Thuận 11 K33C – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Nồng độ mol: biểu diễn số mol chất trong 1 lit dung dịch hoặc số mmol trong 1 ml dung dịch (C mol/l). Nồng độ %: biểu diễn số gam chất tan trong 100g dung dịch ( ww ). 1.2.2.2. Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu (BTNĐ) Nồng độ ban đầu của một cấu tử bằng tổng nồng độ cân bằng của các dạng tồn tại của cấu tử đó khi cân bằng. Ci   i  (1.11) Ví dụ: Dung dịch CH3COOH nồng độ C: C = [CH3COO-] + [CH3COOH] Dung dịch K2Cr2O7 nồng độ C: C = [Cr2O72-] + 1 1 [CrO42-] + [Cr3+] 2 2 Dung dịch K2CrO4 nồng độ C: C = [CrO42-] + [HCrO4-] + 2[Cr2O72-] 1.2.2.3. Định luật bảo toàn điện tích (BTĐT) Trong dung dịch tổng điện tích âm của các anion phải bằng tổng điện tích dương của các caiton.  i . i =0 (1.12) Zi là điện tích (âm hoặc dương) của cấu tử i có nồng độ cân bằng [i]. Ví dụ: Trong dung dịch H2CO3: [H+] = [OH-] + [HCO3-] + 2[CO32-] 1.2.3. Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) Đối với cân bằng: aA + bB c cC + dD K(a) (1.13) d C  . D  K(a)= a b  A .  B  (1.14) (i): chỉ hoạt độ của chất i; K(a): hằng số cân bằng nhiệt động; (i) = [i].fi ; fi là hệ số hoạt độ của i. Ví dụ: Nguyễn Thị Thuận 12 K33C – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Cân bằng axit – bazơ: Cân bằng phân li của axit  H  A  K =  HA + - H +A a   HA Ka là hằng số phân li axit (hay gọi tắt là hằng số axit). Cân bằng phân li của bazơ  HB  OH  =  + B + H2O - HB + OH Kb   B Kb là hằng số phân li bazơ (hằng số bazơ). Cân bằng tạo phức: + Ag + NH3 AgNH3  AgNH  k1 =  Ag   NH   3 +  3  Ag  NH    AgNH3+ + NH3 Ag(NH3)2+ k2 = 3 2  AgNH   NH   3 3 k1, k2 là hằng số tạo thành từng nấc của các phức chất AgNH3+ và Ag(NH3)2+  FeOH    Fe  OH  2 3+ - 2+ Fe + OH FeOH 1 3   Fe OH    Fe3+ + 2OH- Fe(OH)2+ 2  2  2  Fe OH  3  1,  2 là hằng số tạo thành tổng hợp của các phức chất FeOH2+ và Fe(OH)22+. Cân bằng tạo hợp chất ít tan: AgCl↓ Ag+ + Cl- Ks = (Ag+)(Cl-) Ks là tích số tan của AgCl. Nguyễn Thị Thuận 13 K33C – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Cân bằng phân bố: I2(nước) I2(benzen) KD =  I 2 benzen  I 2 nc KD là hằng số phân bố của I2 giữa benzen và nước. Cân bằng oxi hóa – khử:  6 3Cl2 + 2Fe 2Fe3+ + 6Cl- 3 2  Cl   Fe  K= 3  Cl2   Fe  2  Qui ước trạng thái tiêu chuẩn: Trong các dung dịch loãng hoạt độ của các phân tử dung môi bằng 1. Hoạt độ của các chất rắn nguyên chất hoặc các chất lỏng nguyên chất ở trạng thái cân bằng với dung dịch có hoạt độ bằng đơn vị. Hoạt độ của các chất khí ở trạng thái cân bằng với dung dịch bằng áp suất riêng phần của khí. Trong các dung dịch vô cùng loãng, hoạt độ của các ion và của các phân tử chất tan đều bằng nồng độ cân bằng.  Trong các dung dịch không quá loãng có thể đánh giá gần đúng hệ số của các ion theo phương trình Đơbai-Hucken (DH) hoặc phương trình Đêvit: Phương trình DH: lgfi = -0,5 i2 I (lực ion I 1,0.10-7 M; pH < 7,0; pOH > 7,0. Trong dung dịch bazơ: [ H+ ] < 1,0.10-7 M; pH >7,0; pOH< 7,0. Trong môi trường trung tính: [ H+ ] = [ OH- ] = 1,0.10-7 M; pH = 7,0 1.4.2. Định luật bảo toàn proton (điều kiện proton (ĐKP)) Nguyễn Thị Thuận 17 K33C – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Nếu chọn một trạng thái nào đó của dung dịch làm chuẩn hay còn gọi là mức không (MK) (hoặc gọi là trạng thái quy chiếu) thì tổng nồng độ proton mà các cấu tử ở mức không giải phóng ra bằng tổng nồng độ proton mà các cấu tử thu vào để đạt đến trạng thái cân bằng. Hay nói cách khác: nồng độ cân bằng của proton có trong dung dịch ở trạng thái cân bằng bằng hiệu giữa tổng nồng độ proton giải phóng ra và tổng nồng độ proton thu vào từ mức không. Ví dụ: Biểu thức ĐKP đối với nước nguyên chất MK: H2O [H+] = [OH-] Biểu thức ĐKP đối với dung dịch HCl MK: HCl, H2O [H+] = [Cl-] + [OH-] Biểu thức ĐKP đối với dung dịch CH3COONa MK: CH3COO-, H2O [H+] = [OH-] – [CH3COOH] MK có thể là trạng thái ban đầu, trạng thái giới hạn hoặc một trạng thái tùy chọn nào đó. Nhưng thường chọn trạng thái trong đó nồng độ của cấu tử chiếm ưu thế làm MK để việc tính toán nhanh lặp hơn. 1.4.3. Dung dịch các đơn axit và đơn bazơ 1.4.3.1. Axit mạnh Axit mạnh (kí hiệu là HY) là những chất trong dung dịch có khả năng nhường hoàn toàn proton cho nước; ví dụ: HCl, HClO4, H2SO4 (nấc 1)… HY + H2O  H3O+ + Y- (1.22) Trong dung dịch [HY]  0 và [Y-] = CHY Cân bằng (1.22) thường được viết dưới dạng đơn giản: Nguyễn Thị Thuận 18 K33C – Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp HY  H+ + Y- (1.23) Trong dung dịch, ngoài quá trình (1.23) còn có quá trình phân li của nước: H2O H+ + OH- (1.24) Như vậy có hai quá trình cho proton và phương trình ĐKP có dạng: [H+] = [OH-] + [Y-] (1.25) hoặc: [H+] = [OH-] + CHY (1.26) Sự có mặt của ion H+ do HY phân li ra làm chuyển dịch cân bằng (1.24) sang trái và [OH-] < 10-7. vì vậy, trong trường hợp CHY >> 10-7 thì có thể coi: [H+] = CHY (1.27) Nghĩa là, trong dung dịch sự phân li của HY là chiếm ưu thế, còn sự phân li của H2O xảy ra không đáng kể. 1.4.3.2. Bazơ mạnh Trong dung dịch bazơ mạnh XOH có các quá trình: Cân bằng ion hóa của nước H2O H+ + OH- (1.28) Cân bằng thu proton của XOH XOH+ H+  X+ + H2O (1.29) Tổ hợp (1.28) và (1.29): XOH + H2O  X+ (H2O) + OH- (1.30) Một cách đơn giản có thể viết các quá trình xảy ra trong dung dịch bazơ mạnh: XOH  X+ + OH- (1.31) H+ + OH- (1.32) H2O ĐKP: [H+] = [OH-] C  = [OH-] – CXOH hoặc: [OH-] = [H+] + CXOH Nguyễn Thị Thuận 19 (1.33) K33C – Hóa học