Tiêu đề CHUYÊN ĐỀ 3. HỢP CHẤT ÍT TAN CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA.doc ✅

Trang 1 Chuyên đề 3. CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHỨA HỢP CHẤT ÍT TAN A. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. ĐỘ TAN VÀ TÍCH SỬ TAN 1. Khái niệm về độ tan và tích số tan - Trong dung dịch bão hòa trong nước của hợp chất ít tan M m A n có cân bằng: m mnSMAmMnAKn⇄ Nồng độ chất tan trong dung dịch bão hòa được gọi là độ tan S. Độ tan thường được biểu diễn theo sổ gam chất tan trong 100 gam dung môi nguyên chất; gam/lít hoặc biểu diễn theo số mol chất tan trong 1 lít dung dịch. Khi cân bằng được thiết lập, ta có biểu thức tích Số tan nhiệt động K s : mnnm-SKMA Nếu không kể ảnh hưởng của lực ion thì có thể chấp nhận gần đúng: mn nm- SKMA  2. Nguyên tắc tính độ tan từ tích số tan - Mô tả các cân bằng xảy ra trong dung dịch, trong đó có cân bằng của hợp chất ít tan, các cân bằng phụ. - Đánh giá mức độ xảy ra của các cân bằng phụ (căn cứ vào các hằng số cân bằng) - Thiết lập biểu thức tính tích số tan. - Thiết lập biểu thức tính các nồng độ phân tử khác sinh ra do quá trình phụ trong trường hợp cần thiết phải đánh giá gần dùng pH hoặc nồng độ các chất tạo phức. - Tổ hợp các biểu thức rút ra với biểu thức tính tích số tan để đánh giá độ tan. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan - Thuốc thử dự không phản ứng với kết tủa thường làm giảm độ tan của kết tủa. - Thuốc thử dư phản ứng với kết tủa làm độ tan tăng. - pH ảnh hưởng đến quá trình tạo phức hiđroxo của ion kim loại và cũng ảnh hưởng đến sự proton hóa của anion là bazơ yếu. - Chất tạo phức thường làm tăng độ tan của kết tủa, hoặc làm giảm quá trình kết tủa của ion kim loại. - Lực ion (1) thường làm tăng độ tan vì khi tăng lực ion I, hệ số hoạt độ giảm. Ví dụ 1: a) Tính độ tan của BaSO 4 trong dung dịch bão hoà BaSO 4 . Cho 44 9,9613,42 SBasoBaOHIISOK1010;K;.10 b) Tính độ tan của PbI 2 ở pH = 6,0. Cho 2 7,867,8 SPbIPbOHK10;0.1 Giải a) Quá trình hoà tan: 22 44SBaSOBaSOK⇄ (1) Quá trình phụ: 213,4 2BaHOBaOHH10⇄ (2) 212 424bSOHOHSOO HK10⇄ (3) Các cân bằng (2) và (3) là quá bé, có thể bỏ qua các quá trình phụ và đánh giá độ tan theo (1):
Trang 2 22 44SBaSOBaSOK⇄ S S 9,965 sSK101,05.10M b) 2 2PbIPb2I⇄ 7,86 SK10 (4) 2 2PbHOPbOHH⇄ 7,810 (5) Gọi S là dộ tan của PbI 2 . Ta có: 22HS I2S;PbPbOHSPb H          Mặt khác: 2-22 S HS KPb[I](2S) H          7,8667,8s3 3 3 6 KH101010 S1,52.10M 4.104H         Nhận xét: Trong trường hợp tổng quát việc tính toán cân bằng của muối ít tan thường phức tạp vì ngoài quá trình hoà tan ra luôn có các quá trình phụ liên quan. Về nguyên tắc, trước khi tính toán phải mô tả đầy đủ các cân bằng có thể xảy ra trong hệ, và thiết lập một số phương trình liên hệ có liên quan với các ấn số cần tìm và tổ hợp lại thành phương trình tổng quát. Tuy vậy, việc tổ hợp như thế thường dẫn đến phương trình bậc cao rất phức tạp. Vì vậy, tuỳ từng trường hợp cụ thể mà chọn cách giải gần đúng thích hợp. Ta hãy xét trường hợp tổng quát đơn giản khi cần tính độ tan của muối MA. Trong dung dịch có các quá trình sau đây: sMAMAK⇄ (1) 2WHOHOHK⇄ (2) 2MHOMOHH⇄ (3) 1 AHHAK⇄ (4) Các ẩn số chưa biết: M,A,[MA],H,OH,[MOH]  Cần phải thiết lập 6 phương trình liên hệ: SSMAKmaK  wwKK HOH OHH      1M [MOH][MOH]mH H             11 [HA]KAH[HA]KaH  Ở đây: mM;aA;Hh  Gọi độ tan của muối là S ta có: 1SM[MOH]M1H Ta suy ra:
Trang 3 1 1 S M H        1SA[HA]A1KH 1 S A 1KH      Theo định luật bảo toàn điện tích ta có: -- H[OH]M[A]0  Thay các đại lượng ở trên vào phương trình dưới ta được: w 11 KSS H0 H1KH1H         (*) Mặt khác:  2 S1 1 S Kma 1H1KH   11SSK1H1KH (**) Thay S vào phương trình (*) ta sẽ được phương trình 1 ẩn đối với [H + ]. Nhưng việc tính [H + ] sẽ rất phức tạp. Có thể tính toán đơn giản gần đúng bằng cách mới đầu tính sKs , sau đó thay S vào (*) để được phương trình 1 ẩn đối với [H + ]. Giải phương trình này ta sẽ tìm được giá trị gần đúng của [H + ]. Đặt giá trị này vào (**) ta sẽ tìm được giá trị S chính xác hơn. Trong trường hợp khi hai quá trình proton hoá của A - và tạo phức hiđroxo của M + xảy ra với mức độ ngang nhau thì có thể tiến hành tính toán gần đúng theo cách sau. Gọi độ tan của muối là S. Ta có: SM[MOH]A[HA]  Có thể tổ hợp các quá trình (3), (4) dưới dạng: 1 2MAHOMOHHAK⇄ [ ] S – x S – x x x 2 1 2 () x K Sx  Bởi vì: +-2 SMA=K=(S-x)  Dĩ nhiên phương pháp gần đúng trên chỉ được chấp nhận khi kiểm tra thấy hiệu HOH  là đại lượng vô cùng nhỏ so với Mvà A  . Ví dụ 2: Tính độ tan trong nước của kết tủa 24MgCO . Cho 511,74,25 Sa2MgOHK1,6.10;10;K10 Giải 22 2424SMgCOMgCOK⇄ (1) 2 2MgOHMgHOMgOHH⇄ (2) 21 2424a2COHHCOK⇄ (3) Vì quá trình proton hoá ion 2 24CO.
Trang 4 2 24224COHOHCOOH⇄ 19,75 wa2KK10 và quá trình tạo phức hiđroxo của 211,7MgOHMg10 chênh lệch nhau không nhiều nên có thể giải bằng phương pháp gần đúng. 224 24224MgCOHOMgOHHCO⇄ 17,45 a2MgOHKK10 S – x S – x x x 17,4511,74,253sa2SK1K10110104.10M 2 8 MgOHMgOH MgSx H1,1.10M [MgOH]x      7 OH9,1.10  Vì 722 24HOH9,10Mg,CO ≪ nên phép tính gần đúng có thể chấp nhận được. - Đối với các muối có độ tan quá bé thì mặc dù các ion có tham gia mạnh vào quá trình proton hoá hoặc quá trình tạo phức hiđroxo thì vẫn không ảnh hưởng rõ rệt đến môi trường của dung dịch, nên ta vẫn có thể chấp nhận dung dịch có môi trường trung tính pH = 7. Trong trường hợp này việc tính toán sẽ đơn giản hơn vì ta đã biết nồng dộ ion H + . Việc tính độ tan theo công thức (**) là không khó. Ví dụ 3: Tính độ tan của Ag 2 S trong nước nguyên chất. Cho 2229,211,7712,92 S(AgS)AgOHa1(HS)a2(HS)K10;10;K10;K0.1 Giải 2 2AgS2AgS⇄ 49,2 SK10 (1) 2HOOHH⇄ 14 WK10 (2) 2AgHOAgOHH⇄ 11,7 AgOH10 (3) 2 SHHS⇄ 112,92 a2K10 (4) 2HSHHS⇄ 17 alK10 (5) Vì độ tan gần đúng S o = 349,216,67710/41010 nên có thể coi các quá trình (3), (4), (5) không ảnh hưởng đến pH của nước và có thể chấp nhận H  7OH10M  . Gọi độ tan của muối là S ta có: 1AgOH2SAg[AgOH]Ag1H 1 AgOH 2S Ag 1H        2221112a2a1a2SSHSHSS1KHKKH 2 2 111 a2a1a2 S S 1KHKKH       Mà: 2 2 SKSAg  BOH12111SAa2a1a2315K1H1KHKKH S2,95.10 4      Ví dụ 4: Tính tích số tan của AgSCN và cân bằng trong dung dịch bão hòa AgSCN. Cho 611,7 AgSCNAgOHS1,05.10M;10.