TIỂU LUẬN HÓA HỌC PHÂN TÍCH NÂNG CAO-MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HOÁ HỌC
TIỂU LUẬN HOÁ HỌC PHÂN TÍCH NÂNG CAO
MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP
VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG
Giảng viên hướng dẫn
PGS.TS: Nguyễn Đình Luyện
Sinh viên thực hiện
Lê Thị Ngọc Thảo
Huỳnh Thị Tý
Hoàng Thị Tuyết Giang
Niên khoá 2014 - 2016
MỤC LỤC
A
B
C
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
KẾT LUẬN
A. MỞ ĐẦU
Hoá học phân tích là một nghành khoa học về các
phương pháp xác định thành phần định tính, thành phần
định lượng, cấu trúc của các chất trong đối tượng nghiên
cứu.
Trong đó, phân tích định tính giúp tính toán nồng độ
cân bằng các cấu tử trong dung dịch khi đạt trạng thái cân
bằng nhằm mục đích đánh giá khả năng phản ứng giữa các
chất, các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng đó. Từ đó, tìm
cách điều khiển phản ứng xảy ra theo ý muốn.
Để tìm hiểu về phương pháp giải một số bài tập tính

toán cân bằng, chúng tôi tìm hiểu đề tài “MỘT SỐ BÀI
TẬP TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG”
CHƯƠNG
2
CHƯƠNG
1
LÝ THUYẾT LIÊN QUAN VỀ
TÍNH TOÁN CÂN BẰNG
MỘT SỐ BÀI TẬP TỔNG HỢP
VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG
www.PowerPointDep.net
B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG
I. Cân bằng trong dung dịch axit-
bazơ
2
a
h -C .h - W = 0
Axit mạnh:
Bazơ mạnh:
2
b
h + C .h - W = 0
Axit yếu, đơn chức:
Bazơ yếu, đơn chức:
b b
b
C .K
W

x - - = 0
x x + K
a a
a
C .K
W
h - - = 0
h h + K
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton)
Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton)
Giải theo phương pháp gần đúng liên tục
Giải theo phương pháp gần đúng liên tục
i
i
a
i
a
h
[HA ] = C (1.5.2)
K + h
1 2 n
a 1 a 2 a n
h W+K .[HA ] K .[HA ] + + K .[HA ] (1.5.1) 
Và
Cách 1
Cách 2

(1.5)

i
i
i
n
a
a
i=1
a
K
W
h - - C = 0
h h + K
Axit đa chức:
1.6

i
i
i
n
b
b
i=1
b
K
W
x - - C = 0 ( )
x x + K
Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton)

Giải PT bậc cao (theo phương pháp tiếp tuyến Newton)
Giải theo phương pháp gần đúng liên tục
Giải theo phương pháp gần đúng liên tục
i
i
i b
b
x
[A ] = C (1.6.2)
K + x

1 2 n
b 1 b 2 b n
x K .[A ] K .[A ] + + K .[A ]+W (1.6.1)
  
 
Và
Cách 1
Cách 2
Bazơ đa chức:
Ở 25
0
C, ln = 2,303lg và áp dụng cho dung dịch rất loãng:
II. Cân bằng trong phản ứng oxi hoá-khử
a
0
oxh/kh
b
a
0

oxh/kh
b
RT (Ox)
E = E + ln
nF (Kh)
0,059 (Ox)
E = E + ln
n (Kh)
a
0
oxh/kh
b
0,059 [Ox]
E = E + lg
n [Kh]
Xét bán phản ứng:
Phương trình
Nernst:
- Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng oxi hoá-khử:
pH, chất tạo phức, chất ít tan.
(1.7)
aOx+ne bKhƒ
Phương trình tổng quát:
Ox
1
+ Kh
2
Kh
1
+ Ox

2
Phương trình tổng quát:
Ox
1
+ Kh
2
Kh
1
+ Ox
2
- Khi (1.8) thì phản ứng oxi hóa -
khử xảy ra.
OX Kh
E E E 0D = - >
0 0
Ox Kh
n(E -E )
0,059
K = 10
(1.9)
- Để biết mức độ mạnh-yếu của phản ứng:
ƒ
-
Xét cân bằng:
Khi đó tích số tan
n m
m n
A B mA nB
+ -
Û +

K
S

n+ m m- n
S
K = (A ) .(B )
- Tích số tan được viết dưới dạng nồng độ ,ta có:
C
S
K
n+ m-
C n+ m m- n m n
S
A B
K = [A ] .[B ] .f .f
Trong đó: f
i
là hệ số hoạt độ của ion i
III. Cân bằng trong phản ứng tạo kết tủa
(1.10)
(1.11)
- Trong dung dịch loãng, lực tương tác giữa các ion
không đáng kể f
i
1, nên:
C n+ m m- n
S S
K = K = [A ] .[B ]
* Nếu độ tan lớn hơn 10
-4

thì phải xét đến ảnh hưởng của
lực ion hay phải tính theo hoạt độ).
(1.12)
Khi có các quá trình phụ → Tích số tan điều kiện
. . .
'
S S A B
K = [A]'[B]' = Kα α
2 n
A 1 1 2 1 n
2 n
B
n n n-1 n 1
α = 1+β [L]+ β β [L] + + β β [L]
h h h
α = 1+ + + +
K K .K K K
Với
(1.13)
(1.14)
(1.15)
-
Cân bằng: K
S

S mS nS
Khi đó:
Suy ra:
- Nếu xét đến các quá trình phụ, thì độ tan (S
’

) của A
m
B
n

được tính theo tích số tan điều kiện ( ):
n+ m+
m n
A B mA +nBƒ
m n
n+ m- m n
S
K = A . B = (m.S) .(n.S)
é ù é ù
ê ú ê ú
ë û ë û
S
(m+n)
m n
K
S =
m .n
'
'
S
(m+n)
m n
K
S =
m .n

Mối quan hệ giữa độ tan và tích số tan:
'
S
K
(1.16)
(1.17)
IV.1 Hằng số bền của phức chất
IV.3.1. Hằng số bền từng nấc (k)
1
2 2
2 3 3
M+L ML k
ML+L ML k
ML +L ML k

ƒ
ƒ
ƒ
Sơ đồ tạo phức
Các giá trị k cho biết độ bền của từng phức và cho
phép so sánh khả năng tạo thành phức của từng nấc.
IV. Cân bằng trong dung dịch phức chất
n
M nL ML+ b
ˆ ˆ†
‡ ˆˆ
Xét quá trình tạo phức chính
'
ML
M L

.
.
ba
b =
a a
'
N N
i j
M i j
i 1 j 1
1 h [X]
-
= =
a = + b + b
å å
1 1 2 n 1 1 2 n
1 2 n
n n 1
a a a a a a a
L
a a a
h K h K K K h K K K
K K K
-
-
+ + +
a =
2
H O
H OH

ML
K
1 h
h
a = +b +b
Hằng số bền điều kiện
Với
IV. Cân bằng trong dung dịch phức chất
LƯU Ý:
* Cân bằng:
   
   
aA+bB cC+dD
c d
a b
C . D
K =
A . B
* Bài tập có nhiều cân bằng :
- Cân bằng axit – bazơ:
- Cân bằng oxi hóa – khử:
- Cân bằng tạo kết tủa:
- Cân bằng tạo phức:
0 0
Ox Kh
a
n(E -E )
0,059
cb
S

f
K
K = 10
K
K =β
Cân bằng chung: K = K
a
.K
cb
.K
S
.K
f
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ BÀI TẬP
TỔNG HỢP VỀ TÍNH TOÁN CÂN BẰNG
Câu 1: (trích [1]) Viết nửa phản ứng của hai cặp NO
3
-
/HNO
2

và HNO
2
/NO trong môi trường axit. Chứng minh rằng HNO
2

bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6.
Cho biết, ở 25
o
C:

Câu 1: (trích [1]) Viết nửa phản ứng của hai cặp NO
3
-
/HNO
2

và HNO
2
/NO trong môi trường axit. Chứng minh rằng HNO
2

bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6.
Cho biết, ở 25
o
C:
Các nửa phản ứng trong môi trường axit:
-
3 2
' 0
NO /HNO
E -
-
3 2
0
NO /HNO
3.0,059
E = .pH
2
2
' 0

HNO /NO
2
0
HNO /NO
E = E - 0,059.pH
-
3 2
2
- + 0
3 2 2
NO /HNO
+ 0
2 2 HNO /NO
NO +3H +2e HNO +H O E =0,94V
HNO +H +e NO+H O E =0,98V
ƒ
ƒ
-
2
3 2
0 0
HNO /NO
NO /HNO
E =0,94V; E =0,98V
I. Bài tập tổng hợp chương axit-bazơ và
oxi hóa khử

+ Ở pH = 0
-
2

3 2
0 0
HNO /NO
NO /HNO
E >E
→ HNO
2
bị phân hủy:
+ Ở pH = 6
-
3 2
0
NO /HNO
3.0,059
E =0,94- .6=0,409V
2
2
0
HNO /NO
E =0,98-0,059.6=0,626V
-
2
3 2
0 0
HNO /NO
NO /HNO
E >E
→ HNO
2
vẫn không bền, bị phân hủy như phương trình (*).

Vậy: - pH có ảnh hưởng đến thế của cặp OXH-K.
- từ pH = 0 đến pH = 6, HNO
2
bị phân hủy theo
phương trình (*)
- +
2 3 2
3HNO NO +2NO+H +H O (*)ƒ
Câu 2: (trích [NTD dài]) Hãy đánh giá khả năng phản
ứng của K
2
Cr
2
O
7
với KBr.
a) ở pH =1,00
b) ở pH = 3,50
Giả thiết hoạt độ các chất oxi hóa, khử được xét ở điều
kiện chuẩn.
Câu 2: (trích [NTD dài]) Hãy đánh giá khả năng phản
ứng của K
2
Cr
2
O
7
với KBr.
a) ở pH =1,00
b) ở pH = 3,50

Giả thiết hoạt độ các chất oxi hóa, khử được xét ở điều
kiện chuẩn.
Xảy ra các cân bằng sau:
2 3
2 7
2
2 3 0
2 7 2
Cr O /2Cr
0
2
Br /2Br
Cr O 14H 6e 2Cr 7H O E 1,33V(1)
2Br Br 2e E 1,065V(2)
 

  

   
 
ƒ
ƒ
2 3
2 7 2 2
Cr O 14H 6Br 2Cr 3Br 7H O(*)
   
   ƒ
Cân bằng (1) phụ thuộc pH, ta có:
2
0' 0 14

2 7
3 2
[Cr O ]
0,059 0,059
E E lg lg[H ]
n [Cr ] n



  
Các chất được xét ở điều kiện chuẩn:
2 3
2 7
[Cr O ] [Cr ] 1M
 
 
0' 0
0,059
E E 14. pH
6
 
a) Tại pH=1,00, thay vào biểu thức trên:
2
0' 0
Br /2Br
E 1,192V E 1,065V

  
Phản ứng xảy ra theo chiều thuận theo cân bằng (*)
b) Tại pH=3,5

2
0' 0
Br /2Br
E 0,84V E 1,065V

  
Vậy: tại pH =3,5, Cr
2
O
7
2-
không oxi hóa được ion Br
-
thành Br
2

Câu 3: (trích [ NVT]) Đánh giá khả năng phản ứng của MnO
4
-

với Cl
-
trong môi trường H
+
trong hai trường hợp sau:
a) pH=0
b) Dung dịch NaHCO
3
pH=8,33
Cho biết:

Câu 3: (trích [ NVT]) Đánh giá khả năng phản ứng của MnO
4
-

với Cl
-
trong môi trường H
+
trong hai trường hợp sau:
a) pH=0
b) Dung dịch NaHCO
3
pH=8,33
Cho biết:
Hướng dẫn:
2
4 2
0 0
MnO /Mn Cl /2Cl
E 1,51V; E 1,395V
  
 
Xảy ra cân bằng sau:
2
4 2 2
2MnO 16H 10Cl 2Mn 5Cl 8H O
   
   ƒ
a) Dựa vào 2 giá trị E
0

cân bằng xảy ra theo chiều thuận
b) pH =8,33, dựa vào cân bằng:
2
4 2
MnO 8H 5e Mn 4H O
  
  ƒ
0' 0
8.0,059pH
E E 0,72V
5
  
Tính được:
2
4 2
0' 0
MnO /Mn Cl /2Cl
E E
  

MnO
4
-
không oxi hóa được
Cl
-
, cân bằng xảy ra theo
chiều nghịch
Bài tập tự giải
Câu 4: Đánh giá tính oxi hóa-khử của cặp trong môi

trường natri hiđro cacbonat - nghĩa là ở pH = 8; biết
ở pH = 0 là +0,57 V.
Câu 4: Đánh giá tính oxi hóa-khử của cặp trong môi
trường natri hiđro cacbonat - nghĩa là ở pH = 8; biết
ở pH = 0 là +0,57 V.
3 3
4 3
AsO /AsO
 
3- 3-
4 3
0
As/O /AsO
E
Với hệ này xảy ra phản ứng:
3 + 3
4 3 2
AsO 2H +2e AsO H O
 
 ƒ
Thế oxi hoá – khử của cặp này:
3- 3- 3- 3-
4 3 4 3
3- 3-
4 3
3
0 2
4
3
As/O /AsO As/O /AsO

3
3
0'
4
3
As/O /AsO
3
[AsO ]0,059 0,059
E E lg[H ] lg
2 2 [AsO ]
[AsO ]0,059
E lg
2 [AsO ]





  
 
3- 3-
4 3
3 3 + 8
4 3
0' 8 2
As/O /AsO
Khi [AsO ] [AsO ], [H ]=10
0,059
E 0,57 lg[10 ] 0,1V
2

  


   
Hướng dẫn:
Câu 5: (trích [ ]) Xét ảnh hưởng của pH tới tính oxi hóa
khử của cặp Fe
3+
và Fe
2+
Cho biết:

Câu 5: (trích [ ]) Xét ảnh hưởng của pH tới tính oxi hóa
khử của cặp Fe
3+
và Fe
2+
Cho biết:

3 2
0
Fe /Fe
E 0,771V,
+ +
=
2
2,17
FeOH
10 ,
+

* -
b =
5,92
FeOH
10
+
* -
b =
3
3,75
S(Fe(OH)
K 10 ,
-
=
2
15,1
S(Fe(OH)
K 10 .
-
=
Xét nửa phản ứng:
3 2
3 2 0 0
1
Fe /Fe
Fe e Fe E E 0,771V
+ +
+ +
+ = =ƒ
* Trong môi trường axit (pH<2), thế không phụ thuộc

vào pH.
* Trong môi trường pH cao hơn (pH >2), ion Fe
2+
và
Fe
3+
tạo phức hiđroxo:
3 2
2 III
2
2 II
Fe H O FeOH H lg 2,17
Fe H O FeOH H lg 5,92
+ + + *
+ + + *
+ + b =-
+ + b =-
ƒ
ƒ
Hướng dẫn
Vì nên khi pH tăng nồng độ ion Fe
3+
giảm nhiều
hơn nồng độ Fe
2+,
kéo theo thế oxi hóa của cặp Fe
3+
/Fe
2+

giảm.
III II
lg lgb > b
* pH tăng cho đến khi Fe
3+
và Fe
2+
chuyển hoàn toàn
thành phức hiđroxo FeOH
2+
và FeOH
+

2
2
0
2
FeOH e FeOH
[FeOH ]
E E 0,0592lg
[FeOH ]
+ +
+
+
+
= +
ƒ
Với
2,17
0

III
1
5,92
II
10
E 0,0592lg 0,771 0,0592lg 0,55V
10
* -
* -
b
- = - =
b
Vậy, khi pH tăng thì E giảm, tính khử của Fe(II) tăng,
tính oxi hóa của Fe(III) giảm.