tài liệu Slide bài tập hóa phân tích chương 2

CHƯƠNG 3

HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC
CÂN BẰNG HOÁ HỌC ĐƠN GIẢN
TRONG NƯỚC


Bài tập

1. Trạng thái cân bằng của hệ trong dung
dịch nước
2. Nhận diện các đôi acid/baz trong các
phản ứng.
3. pH của các dung dịch
4. Các bài toán liên quan đến cân bằng
hóa học đơn giản trong nước.


Trạng thái cân bằng của hệ trong dung dịch nước
1. Mô tả trạng thái cân bằng trong nước của:
a. HCl
b. CH3COOH
c. H2SO4
d. H2C2O4
e. NaOH
f. NH3
g. NH4Cl
h. KCN
i. Cu(NO3)2
j. Na2SO3

Trạng thái cân bằng của hệ trong dung dịch nước
1. Mô tả trạng thái cân bằng trong nước của:
a. HCl
HCl là acid mạnh : HCl + H2O → H3O+ + Cl –
Viết dưới dạng rút gọn:
HCl → H+ + Cl –
Nước là dung mơi lưỡng tính ( vừa cho, vừa nhận H+ ):
H2O + H2O  H3O+ + OH –
hay H2O H+ + OH –

b. CH3COOH
CH3COOH là acid yếu: CH3COOH + H2O
H3O+ + CH3COO –
hay
CH3COOH
H + + CH3COO –
CH3COO – bị thủy phân:
CH3COO – + H2O
CH3COOH + OH –
Nước cũng phaân li:
H2O
H+ + OH –


Trạng thái cân bằng của hệ trong dung dịch nước
1. Mô tả trạng thái cân bằng trong nước của:
a. H2SO4
b.
c.

d.
e.
f.
g.
h.

H2C2O4
NaOH
NH3
NH4Cl
KCN
Cu(NO3)2
Na2SO3


CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ

1. Bán cân bằng trao đổi điện tử
2. Cân bằng trao đổi điện tử
– Hằng số cân bằng, dự đoán chiều
phản ứng
– Thế tương đương của dd chứa 2 đơi
oxy hóa khử


Bán cân bằng trao đổi điện tử
• q trình cho - nhận điện tử xảy ra giữa 2 dạng oxy hố
(ox) và khử (kh) của một đơi oxy hố khử liên
hợp(ox/kh):
• Ví dụ:

Ox + ne ↔ Kh

(1)

(Al3+/Al)
Ox + mH+ + ne ↔ Kh + m/2H2O (2)
(MnO4-/Mn2+)
Ox + mH+ + ne ↔ p Kh + m/2H2O (3)
(Cr2O72-/2Cr3+)


Bán cân bằng trao đổi điện tử

M – ne- → Mn+ (1)

M
-

+
+
+
+
+
+

Mn+

Mn+ + ne- → M (2)

(1) chiếm ưu thế hơn (2)

Bán cân bằng trao đổi điện tử

M

n+

+ ne → M
-

H 2 - 2e → 2H
-

M

n+

+

n
+
+ H 2 ↔ M + nH
2


Bán cân bằng trao đổi điện tử
• Khi hiện diện trong nước, cặp ox/kh tạo cho dung dịch một thế
(E), theo phương trình Nernst:

RT (ox)
E=E +
ln
(1)
nF ( kh)
RT (ox)
o
+ m
E=E +
ln[
.(H ) ] (2)
nF ( kh)
RT
(ox)
o
+ m
E=E +
ln[
.(H ) ] (3)
p
nF ( kh)
o


Bán cân bằng trao đổi điện tử
• E0: Thế oxy hóa chuẩn, hằng số đặc trưng cho khả năng oxy
hóa/khử của đôi ox/kh liên hợp, hằng số đặc trưng của bán
CB TĐ ĐT.
R = 8,3144 J.mol-1.K-1
T = 298oK

F = 96493 Cb.mol-1
(ox), (kh): hoạt độ của 2 dạng oxy hóa và khử (với arắn = 1
và pkhí = 1 atm)
• Ở điều kiện chuẩn (25oC, 1atm, pH=0) và [ox] = [kh] thì:

E = E0


Bán cân bằng trao đổi điện tử
• Thay hoạt độ bằng nồng độ:

0,059 [ox]
E=E +
lg
(1)
n
[kh]
0,059 [ox]
o
+ m
E=E +
lg(
.[H ] ) (2)
n
[kh]
0,059
[ox]
o
+ m
E=E +

lg(
.[H ] ) (3)
p
n
[kh]
o


Bán cân bằng trao đổi điện tử

PbO2↓ + 4H+ + 2e ↔ Pb2+ +2H2O

E=E

o

[ ]
[ ]
+ 4

PbO 2 / Pb 2+

0,059 H
+
lg
2+
2
Pb

Cl2 ↑ + 2e ↔ 2Cl-

E =E

o
Cl 2 / 2 Cl −

0,059
1
+
lg
−
2
Cl

[ ]

2


Cân bằng trao đổi điện tử
• Q trình cho - nhận điện tử xảy ra giữa 2 đơi oxy hố
- khử liên hợp khác nhau.
• Ví dụ:
Ox1 + n1e ↔ Kh1

Eo1

Kh2 - n2e ↔ Ox2

Eo2

------------------------------n2Ox1 + n1kh2

n1Ox2 + n2Kh1


Hằng số cân bằng
• Tại cân bằng, Kthuận hoặc Knghịch cho biết
mức độ của phản ứng.

K thuận =

1
K nghịch

n1

n2

[Ox 2 ] [Kh1 ]
=
n2
n1
[Ox1 ] [Kh 2 ]

→ Chỉ cần xét một trong 2 giá trị thì suy ra được
chiều phản ứng.


Hằng số cân bằng

• Mỗi đơi oxy hố khử có thế như sau:

0,059 [Ox1 ]
E1 = E 1 +
lg
n1
[Kh1 ]
0

0,059 [Ox 2 ]
E2 = E 2 +
lg
n2
[Kh 2 ]
0

• Ở trạng thái cân bằng ta có:

Ecb = E1 = E2


Hằng số cân bằng

Nghóa là :
0,059 [Ox1 ]
0,059 [Ox 2 ]
0
0
E 1+
lg

=E 2+
lg
n1
[Kh1 ]
n2
[Kh 2 ]
Nhân 2 vế cho n1n 2 , biến đổi :
o

o

n1

n2

n1n 2 ( E 1 − E 2 )
[Ox 2 ] [Kh1 ]
= lg
= lg K(1)
n1
n2
0,059
[Kh 2 ] [Ox1 ]


Hằng số cân bằng

K (1) = 10

0

0
n1 . n2 .( E 1 − E 2 )

0, 059



Dự đoán chiều phản ứng

n2Ox1 + n1Kh2

K(1)
K(2)

n1Ox2 + n2Kh1

(E10 – E20 ) > 0:
• K(1) > K(2) → phản ứng theo chiều 1.
• Ox1 có tính oxy hóa mạnh hơn Ox2.
• Kh1 có tính khử yếu hơn Kh2.
(E10 – E20 ) < 0: ngược lại
→ E0 : cho biết cường độ dạng oxy hóa.


Dự đốn chiều phản ứng
E0 càng lớn:
• Tính oxy hóa của dạng Ox càng mạnh
• Tính khử của dạng Kh càng yếu
→
đơi nào có E0 lớn hơn thì dạng oxy hóa

của nó sẽ oxy hóa dạng khử của đơi kia.


Dự đốn chiều phản ứng
• Đa số các pứ oxy hóa khử xảy ra trong mơi trường
acid, dự đốn có thể sai vì K đã thay đổi. Giả sử H+
tham gia vào bán cân bằng của đôi Ox1/pKh1
n2Ox1 + n1kh2

n1Ox2

K (1)
+n2pKh1+1/2n2mH2O

← →



Dự đoán chiều phản ứng
n1

n2 p

[Ox 2 ] [Kh1 ]
K(1) =
n2
n1
+ mn 2
[Ox1 ] [Kh 2 ] [H ]
→ giá trị K(1) phụ thuộc nhiều vào [H+] hay pH

của môi trường.
23


2.2. Thế tương đương của dd chứa 2
đơi oxy hóa khử
Cách tạo ra điểm tương đương:
• Trộn 2 đơi theo số đương lượng bằng nhau:
1
n2Ox1 + n1Kh2 + n2 mH ←
→ n1Ox2 + n2 pKh1 + n2 mH 2O
2
+

K1

• Thêm dần Ox1 vào Kh2 cho đến lúc đương lượng chúng
bằng nhau:
→ Tại điểm tương đương: Ecb = E1 = E2 = Etđ
→ thế dd đạt được ở cân bằng tại điểm tương đương gọi là
thế tương đương Etđ.


Thế tương đương
1
n2Ox1 + n1Kh2 + n2 mH ←
→ n1Ox2 + n2 pKh1 + n2 mH 2O
2
+

K1

0,059 [Ox1 ][ H + ]m
0,059 [Ox2 ]
o
o
Etđ = E 1 +
lg
=E 2+
lg
p
n1
[ Kh1 ]
n2
[ Kh2 ]
+ m

0,059 [Ox1 ][ H ]
Etđ = E 1 +
lg
p
n1
[ Kh1 ]
0

Etđ = E

0

2

0,059 [Ox2 ]
+
lg
n2
[ Kh2 ]

(1)
(2)