Phân loại và phương pháp giải các bài tập về tính tích số tan từ độ tan

Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Phương trình này dùng để xác định phần axit chưa phân ly trong dung dịch của axit nhiều nấc và muối của nó. Nếu cần tính chính xác độ tan của các muối kim loại nặng thì phải hết sức chú ý tới bản chất của các sản phẩm tạo thành do thuỷ phân. e. Ảnh hưởng của các chất tạo phức phụ Tác dụng của chất tạo phức X với muối ít tan xảy ra theo phương trình sau: MA ⇄ M + A K M + X⇄ MX K1 = MX + X⇄ MX2 K2 =  MX 2  =  MX 2   MX  X  K1  M  X 2 Kn =  MX n   MX n-1  X   MX   M  X  … MXn-1 + X ⇄ MXn Ở đây cả hai ion M và A có thể là những ion một điện tích, hai điện tích,… còn X có thể ở dạng phân tử và ion. Các hằng số K1, K2,..., Kn là các hằng số tạo thành kế tiếp hay là các hằng số tạo thành từng nấc của các phức chất MX, MX2,… MXn. i=n CM=[M]+[MX]+[MX2]+…+[MXn]=[M](1+K1[X] +K1K2[X]2+…+  K i  X  i=1 i=n Với: Ki = K1K2…Ki = và: Ki  i=1 C 1 2 n = M = 1 + K1  X  + K 2  X  +...+ K n  X  β M  hoặc 1 = β i=n n  K X i i=0 Ở đây, theo định nghĩa K0 = 1. Biểu thức tích số tan: Trần Thị Tươi 8 K33C- Khoa Hóa học n Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Ks = [M][A] = βCM[A] Ta tính được độ tan S khi không có ion chung: Ks β S = CM = [A] = g. Ảnh hưởng sự tạo phức với anion làm kết tủa - tính lưỡng tính S = Ks ( 1 -  A  q + K1 -  A  q-1 +...+ K q + K q+1  A -  +...+ K n  A -  n-q ) 1.1.3.3. Qui ước tính tan của các hiđroxit, các muối  Các hiđroxit hầu như không tan trừ hiđroxit của kim loại kiềm, NH4, Ba2+, Sr2+, riêng Ca(OH)2 ít tan.  Các muối nitrat, muối amoni (trừ NH4ClO4 ít tan), muối của kim loại kiềm (trừ NaNO2 là ít tan), muối pemanganat đều tan hết.  Hầu như các muối nitrit, axetat đều tan trừ Hg2(CH3COO)2 còn CH3COOAg và Ag2SO4 là ít tan.  Hầu như các muối sunfat đều tan trừ SrSO4, BaSO4, PbSO4, còn CaSO4 và Ag2SO4 là ít tan.  Hầu như các muối clorat, peclorat đều tan trừ KClO4 và NH4Cl ít tan.  Hầu như các muối sunfat đều tan trừ SrSO4, BaSO4, PbSO4, còn CaSO4 ít tan.  Hầu như các muối sunfit đều tan trừ Ag2SO3, CaSO3, BaSO3.  Hầu như các muối cacbonat, photphat, oxalate, xianua đều không tan trừ muối amoni và các kim loại kiềm.  Hầu như các muối sunfua đều không tan, trừ muối amoni và các kim loại kiềm và Ba2+ , Ca2+, NH +4 .  Một số muối không tồn tại trong nước (phản ứng hoàn toàn với nước) như muối cacbonat của kim loại hóa trị III, muối sunfua của kim loại hóa trị III, Trần Thị Tươi 9 K33C- Khoa Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp MgS, các muối tạo ra từ rượu, hầu hết muối cacbua, nitrua, photphua, hiđrua của kim loại kiềm, kiềm thổ, Al, Zn. 1.1.4. Tích số tan Có thể biểu diễn (1.1) dưới dạng đơn giản như sau: MmAn ⇄ mMn+ + n Am- K (1.2) Áp dụng Định luật tác dụng khối lượng cho (1.2) ta có: (M n+ ) m .(A m- ) n (M m A n ) =K (1.3) Trong đó: ( ) chỉ hoạt độ các ion Giả thiết chất rắn ở trạng thái tinh thể hoàn chỉnh, nguyên chất để có thế chấp nhận làm trạng thái tiêu chuẩn. Nghĩa là: (MmAn) = 1. Khi đó (1.3) có dạng: (Mn+)m (Am-)n = Ks (1.4) 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: (Mn+) = [Mn+].fM (Am-) = [Am-].fA m n → K s =  M n+   A m-  .f Mm .f An m n →  M n+   A m-  = K .f M-mf A-n = K sc     s (1.5) Ksc được gọi là tích số tan nồng độ. Hệ số hoạt độ f có liên quan tới lực ion: Trần Thị Tươi 10 K33C- Khoa Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp I = 0,5 Σ Zi2 Ci (1.6) Lực ion µ biểu thị tương tác tĩnh điện giữa các ion trong dung dịch Với: Zi là điện tích của ion thứ i Ci là nồng độ của ion thứ i + Khi I < 1.10-3 thì f tính theo biểu thức lg fi = (-0,5Z2.I1/2) (1.7) + Khi ở lực cao hơn f tính theo công thức: lgf i = -0,5Zi2 ( I 1+ I - 0,2I) (1.8) + Khi I ≈ 0, dung dịch rất loãng, tương tác tĩnh điện giữa các ion không đáng kể, f = 1 và ta có hoạt độ bằng nồng độ (A) = [A].1 = [A] (1.9) Trong dung dịch của muối ít tan, không chứa chất điện ly phụ, thì lực ion của dung dịch thường rất bé I ≈ 0, và ta coi fi = 1. Khi đó, biểu thức tích số tan có dạng gần đúng: Ks = [Mn+]m [Am-]n (1.10) Dung dịch có sự thiết lập cân bằng giữa tướng rắn và các ion của chất ít tan được gọi là dung dịch bão hòa. Trong dung dịch bão hòa: Tích số ion bằng tích số tan Trong dung dịch chưa bão hoà: Tích số ion < tích số tan (tướng rắn có thể hòa tan thêm được nữa) Trong dung dịch quá bão hòa: tích số ion > tích số tan (để đạt trạng thái cân bằng thì một phần chất sẽ tách ra khỏi dung dịch dưới dạng tướng rắn, điều kiện cần để có kết tủa xuất hiện) 1.1.5. Nguyên tắc đánh giá tích số tan từ độ tan Muốn tính được tích số tan từ độ tan trong dung dịch nước bất kỳ, dù không có quá trình phụ hoặc có quá trình phụ của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan, đều có một điểm chung của dạng bài toán này là đi tìm nồng độ cân bằng Trần Thị Tươi 11 K33C- Khoa Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan. Vì vậy chúng ta cần nắm được một số kiến thức cơ bản sau đây: Trước hết phải viết được đầy đủ các cân bằng xảy ra và phân tích được cân bằng nào là cân bằng chính, cân bằng nào có thể bỏ qua được. Ví dụ, có hợp chất ít tan có công thức là MmAn: + Cân bằng của hợp chất ít tan: MmAn↓ ⇄ mMn+ + nAm- Ks (1) + Có thể có các cân bằng sau (để đánh giá mức độ xảy ra dựa vào các hằng số cân bằng, pH….):  Cân bằng tạo phức hiđroxo Mn+ + H2O ⇄ M(OH)(n-1)+ + H+ *β (2)  Cân bằng thâu proton của Am- hoặc cân bằng cho nhận proton của ion lưỡng tính: Am- + H+ ⇄ HA(m-1)- K -1m (3) HA(m-1)- + H+ ⇄ H2A(m-2)- K -1m-1 (4) K1-1 (m-2) ... HmA- + H+⇄ HmA  Các cân bằng tạo phức phụ, oxi hóa khử… Từ độ tan đã biết, theo cân bằng (1) biết được nồng độ đầu của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan. + Nếu ion nào không tham gia quá trình phụ khác thì nồng độ ion tính được từ độ tan chính là nồng độ cân bằng của hợp chất ít tan đó. + Còn các ion nào tham gia quá trình phụ thì dựa vào cân bằng đó, áp dụng định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL), định luật bảo toàn nồng độ Trần Thị Tươi 12 K33C- Khoa Hóa học Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp đầu (ĐLBTNĐĐ)…, để tính ra nồng độ cân bằng của ion tạo ra từ hợp chất ít tan. Khi tính được nồng độ cân bằng của các ion tạo ra từ hợp chất ít tan dựa vào cân bằng của hợp chất ít tan tính ra hằng số tích số tan Ks. Trong các bài toán tính toán ở dạng đơn giản là chấp nhận lực ion I = 0 (hệ số hoạt độ f = 1). Còn nếu cho biết lực ion (hoặc công thức tính lực ion) và công thức tính hệ số hoạt độ thì các biểu thức của các hằng số được tính theo hoạt độ. 1.1.6. Tích số tan điều kiện Để thuận tiện cho việc đánh giá gần đúng độ tan trong các trường hợp phức tạp có thể xảy ra các quá trình phụ, người ta sử dụng tích số tan điều kiện. Cũng như hằng số tạo thành 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 ở 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. Đối với trường hợp tổng quát, đơn giản cân bằng trong dung dịch chứa kết tủa MA: MA ⇄ M+A Ks (1) Ta có các quá trình phụ:  Tạo phức hiđroxo của M M + H2O ⇄ MOH + H+ *β  Proton hoá của A A + H+ K s-1 ⇄ HA  Tạo phức phụ của M với phối tử X M+X Trần Thị Tươi ⇄ MX 13 K33C- Khoa Hóa học