Bài giảng Hóa phân tích - Chương 3: Hằng số đặc trưng của các cân bằng hóa học đơn giản trong nước

Nội dung text: Bài giảng Hóa phân tích - Chương 3: Hằng số đặc trưng của các cân bằng hóa học đơn giản trong nước

1. NỘI DUNG CHƯƠNG 3 HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC CÂN BẰNG HÓA HỌC ĐƠN GIẢN TRONG NƯỚC 3.1 Cân bằng trao đổi điện tử 3.2 Cân bằng trao đổi tiểu phân 3.3 Ứng dụng: Xét tính định lượng của CBHH; Tính pH của dung dịch acid; dung dịch base; dung dịch muối Chương 3
2. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ BCB trao đổi điện tử: Ox/Kh Ox + ne - ⇄ Kh Khi hiện diện trong nước với hoạt độ (Ox) và (Kh), dung dịch có thế E (PT Nernst): RT (Ox) E = E 0 + ln nF (Kh) R = 8,3144 J / mol 0K ; T = 298,16 0K ; F = 96.493 Cb/ mol; n = số điện tử trao đổi Chương 3
3. CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG o o Trộn 2 đôi Ox1/Kh1 (n1e ; E 1) và Ox2/Kh2 (n2e ; E 2): Ox1/Kh1 Ox2/Kh2 (1) n2Ox1 + n1Kh2 n1Ox2 + n2Kh1 (2) Định luật tác dụng khối lượng: n1 n2 [Ox 2 ] [Kh1 ] 1 K(1) = n2 n1 = [Ox1 ] [Kh2 ] K(2) Chương 3
4. CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ HS CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PHẢN ỨNG o o n1n2 (E1 −E2 ) Nhận xét: K(1) =10 0,059 0 0 1) Nếu E 1 – E 2 > 0 : lgK(1) > 0 K(1) > 1 : Phản ứng theo chiều (1) hay Ox1 có tính oxy hóa mạnh hơn Ox2 và ngược lại 0 0 o 2) E 1−E 2 >> 0 K(1) >> 1: trị số E càng lớn, khả năng oxy hóa của dạng Ox càng mạnh, tính khử của dạng khử càng yếu 3) Trộn 2 đôi oxy hóa khử bất kỳ với nhau: đôi nào có Eo lớn hơn thì dạng oxy hóa của đôi này sẽ oxy hóa dạng khử của đôi còn lại Chương 3
5. CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DUNG DịCH Thế tương đương Etđ: thế của dd (cân bằng) tại điểm tương đương (thời điểm các tác chất tác dụng vừa đủ với nhau theo số đương lượng bằng nhau) Dung dịch chỉ chứa 2 đôi Ox1/ Kh1 và Ox2/ Kh2 (1) n2Ox1 + n1Kh2 Ox2 + n2Kh1 (2) Tại điểm tương đương, số đương lượng các tác chất bằng nhau và số đương lượng các sản phẩm cũng bằng nhau: n1[Ox1 ] = n 2 [Kh2 ] [Ox ] n [Ox ] n  1 = 2 vaø 2 = 1 n1[Kh1 ] = n 2 [Ox2 ] [Kh2 ] n1 [Kh1 ] n 2 Chương 3
6. CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DUNG DịCH + Nếu có H tham gia vào bán cân bằng của Ox1/ Kh1 + n2Ox1 + n1Kh2 + n2mH ⇄ n1Ox2 + n2Kh1 + ½ n2m H2O o o n E + n E 0,059 + m E = 1 1 2 2 lg[H ] td + n + n n1 + n2 1 2 + Nếu có H tham gia vào bán cân bằng của Ox1/ p Kh1 + n2Ox1 + n1Kh2 + n2mH ⇄ n1Ox2 + n2pKh1 + ½ n2m H2O 0,059 [Kh ]1− p + lg[ H + ]m 1 n1 + n2 p Chương 3
7. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB TỔNG QUÁT (1) A + p ⇄ D A/D (2) D/A : Đôi cho – nhận tiểu phân p [D] K(1) =  = [A][ p] [A][ p] K(2) = k = [D] β : hằng số bền của D; k : hằng số phân li (không bền) của D Chương 3
8. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB TỔNG QUÁT Theo từng nấc Tổng quát, ở nấc thứ i: βi Di - 1 + p ⇄ Di ki ‘ [Di ] 1 i = = [Di−1 ][ p] ki' i [Di ] = β1.β2 .βi [A ] [ p ] ( Với i + i ‘ = n + 1) Chương 3
9. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN Mối tương quan giữa các HSB từng nấc và HSB tổng cộng: [D1] [D2 ] [D2 ] 1.2 = = 2 = 1,2 [A][ p] [D1][ p] [A][ p] Tổng quát, ở nấc thứ i: 1 1,i = 1.2 i = kn.kn−1 ki' i [Di ] = β1,i [A ] [ p ] Với i + i ‘ = n + 1 Chương 3
10. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ BCB ACID – BASE (1) A- + H+ ⇄ HA (2) HS phân li acid Theo chiều (1) : βHA Theo chiều (2) : hằng số phân li acid [H + ][ A− ] k = k = k = k = HA acid a A / B [HA] Chương 3
11. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HS ĐẶC TRƯNG CỦA BCB CỤ THỂ BCB TẠO TỦA QT tạo tủa biểu diễn đầy đủ phải bao gồm 2 bán cân bằng liên tiếp (tạo phức rồi mới tạo tủa) với các hằng số bền βD và βD↓: β βD D ↓ A + np ⇄ D ⇄ D↓ [D] 1  = Với D n và  D = [A][ p] [D] 1  D . D = TST Chương 3
12. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG A + p ⇄ D1 + p ⇄ D2 + p . ⇄ Dn Biết nồng độ ban đầu của A (kí hiệu CA hay [A]0), nồng độ cân bằng [p] và các HSB tương ứng của từng nấc. Nồng độ A còn lại ([A]) và các sản phẩm [Di] sinh ra)? PT bảo toàn khối lượng: [A]0 = [A] + [D1]+[D2] + + [Dn ] i Thay [Di ] = β1, i [A] [p] vào PT trên: 1 2 n [A]0 = [A]+ β1,1[A] [p] + β1,2 [A][p] + + β1,n [A][p] 1 2 n [A] 0 = [A] {1 + β1,1 [p] + β1,2 [p] + + β1,n[p] } Chương 3
13. BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CẤU TỬ Ở CÂN BẰNG Ví dụ: Thiết lập biểu thức xác định hệ số điều kiện α Y(H+) + theo [H ] , biết H4Y (acid Etylen Diamin Tetra Acetic) có – 1,99 – 2,67 – 6,27 – 10,95 k1 = 10 ; k2 = 10 ; k3=10 ; k4=10 Các cân bằng cho – nhận tiểu phân H+ của Y4- như sau: β1 β3 4 – + 3 – 2 – + – Y + H ⇄ HY H2Y + H ⇄ H3Y k k4 2 β 2 β4 HY3 – + H+ ⇄ H Y 2 – – + 2 H3Y + H ⇄ H4Y k3 k1 Chương 3
14. CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIÊU PHÂN HẰNG SỐ CÂN BẰNG CB trao đổi tiểu phân là quá trình cho–nhận tiểu phân p giữa hai đôi cho-nhận tiểu phân Xét hai đôi cho-nhận tiểu phân [D ]  = 1 D / A ( A + n p ⇄ D ) với D1 n1 1 1 1 1 1 [A1][ p] [D ] và D2 / A2 ( A2 + n2p ⇄ D2 ) với  = 2 D2 [A ][ p]n2 Trộn 2 đôi với nhau: 2 n2A1 + n1D2 ⇄ n2D1 + n1A2 (a) n2 n1 n1n2 n2 [D1] [A2 ] [ p] (D1) K(1) = n2 n1 x n1n2 = n1 [A1] [D2 ] [ p] (D2 ) n2 n1 Nếu (β D1) > (β D2) : Cân bằng xảy ra ưu tiên theo chiều (1) Chương 3
15. 3.3 ỨNG DỤNG – Xét tính định lượng của CB hóa học – Tính pH của dung dịch: *PT tính pH của dung dịch acid * PT tính pH của dung dịch base *PT PT tính pH của dung dịch acid và base liên hợp *Một số công thức tính pH được đơn giản hóa Chương 3