Bài giảng Hóa đại cương - Chương 15: Phản ứng trao đổi ion và cân bằng thủy phân – trung hòa - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

CHƯƠNG 15 PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION VÀ CÂN BẰNG THỦY PHÂN – TRUNG HÒA PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN LY „ Có phản ứng trao đổi ion giữa 2 chất AX và BY trong dung dịch như sau: AX + BY AY + BX Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng, ta có: G = -RTlnK K là hằng số cân bằng. „ Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion là: − Một trong các sản phẩm là chất kết tủa, chất điện ly yếu hay chất bay hơi. „ Ví dụ: 344223 2 NaNOPbSOSONaNOPb NaClSHHClSNa KNOHCNHNOKCN 22 22 33 „ Trong trường hợp cả hai vế đều có chất khó tan, điện ly yếu, dễ bay hơi. Ta phải dựa vào hằng số điện ly, tích số tan để so sánh. „ Ví dụ: „ Cân bằng sẽ dịch chuyển về bên có K hay T nhỏ hơn. KClAgIKIAgCl PHẢN ỨNG THỦY PHÂN VÀ CÂN BẰNG THỦY PHÂN „ Định nghĩa: “Sự thủy phân muối là phản ứng trao đổi giữa các ion của muối với các ion của nước” „ Tổng quát MA + H 2 O HA + MOH „ Phản ứng thủy phân là phản ứng ngược của phản ứng trung hòa và là phản ứng T ‟ N. „ Sau đây xét sự thủy phân cụ thể một số loại muối khác nhau. „ Muối tạo thành bởi acid mạnh và base yếu − Ví dụ: NH 4 Cl + H 2 O  NH 4 OH + HCl Phương trình ion phân tử rút gọn: NH 4 + + H 2 O  NH 4 OH + H + − Độ thủy phân: h = n/n 0 − n: số phân tử muối bị thủy phân. − n 0 : số phân tử muối hòa tan trong dung dịch. „Gọi K cb là hằng số cân bằng của cân bằng sau: M + + H 2 O MOH + H+ Vì [H 2 O] là const, do đó K T gọi là hằng số thuỷ phân. OHOHM OHHMOH OHM HMOH cb CCC CCC CC CC K 22 T OHM OHHMOH OHcb K CC CCC CK 2 Dựa vào hằng số base K b và hằng số nước K n , từ hệ thức trên ta có: b n OHM nMOH T K K CC KC K MOH MOH b C CC K OH n H C K C „ Gọi C m là nồng độ muối và h là độ thủy phân. Ta có: − Khi độ thủy phân nhỏ, 1- h 1. Lúc này: hCCC hCCC mmM mHMOH h h C hCC hC.hC K m mm mm 1 2 mb n m t mT CK K C K hhCK 2 „pH của dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid mạnh và base yếu. „Ta có: [H + ] = C m h với Từ đó: mb n CK K h mbn CpKpKHpH lg 2 1 ]lg[ b nm K KC H ][ „ Muối tạo bởi acid yếu và base mạnh − Lập luận tương tự như trên. Xét ví dụ sau: CH 3 COONa + H 2 O  CH 3 COOH + NaOH A - + H 2 O  HA + OH- a n A OHA T K K C CC K ma n CK K h „pH của dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid yếu và base mạnh. Lập luận hoàn toàn tương tự trường hợp muối tạo bởi acid mạnh và base yếu, ta có: man ClgpKpKpH 2 1 Muối tạo bởi acid yếu và base yếu „ Xét trường hợp: NH 4 CN + H 2 O  NH 4 OH + HCN Phương trình ion-phân tử: NH 4 + + CN - + H 2 O  NH 4 OH + HCN „ Nếu K a >K b môi trường axit, ngược lại. „ Nếu K a K b , môi trường trung tính. „ Tổng quát: M + + A - + H 2 O MOH + HA Nhân tử số và mẫu số cho AM MOHHA T CC CC K OHH n CCK n OHM MOH AH HA OHH n AM MOHMA T K CC C CC C CC K CC CC K Với C MOH = C HA = hC m C M+ = C A- = C m -hC m C m , ta có Do đó: ba n T KK K K 2 2 h C hChC CC CC K m mm AM MOHMA T ba n KK K h „pH của dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid yếu và base yếu. Dựa trên HA (hay MOH cũng vậy), ta có: HA H+ + A- Do HA là acid yếu, nên C HA hC m C A- từ cân bằng điện ly của HA quá nhỏ so với C A- từ phương trình thuỷ phân, nên C A- C m . HA HA a C CC K „Từ đó: „Cuối cùng: ban pKpKpKpH 2 1 ba n aa m ma A HAa H KK K KhK C hCK C CK C VỚI SỰ THỦY PHÂN NHIỀU BẬC „ Ví dụ: CO 3 -2 + H 2 O  HCO 3 - + OH - , K T1 HCO 3 - + H 2 O  H 2 CO 3 + OH - , K T2 Do 1 2 2 1 , a n T a n T K K K K K K 2121 TTaa KKKK „ Kết luận „ Acid, base tạo thành càng kém điện ly độ thủy phân càng lớn. „ Nồng độ tăng độ thủy phân giảm. „ Nhiệt độ tăng thì độ thủy phân tăng. „ K T phụ thuộc vào nhiệt độ. CHUẨN ĐỘ AXIT, BAZƠ „ Để chuẩn độ một acid bằng một base (hay ngược lại), ta sử dụng tương quan sau: C HA V HA = C MOH V MOH (Định luật đương lượng) Điểm acid và base vừa phản ứng đủ với nhau gọi là điểm tương đương. Ta xây dựng đường cong chuẩn độ để xác định điểm tương đương. „ Xem trường hợp thêm NaOH vào HCl. „ Trước khi thêm base, pH < 7. „ Khi thêm base, trước điểm tương đương pH vẫn < 7. „ Tại điểm tương đương, lượng acid bằng lượng base. Vì vậy pH là của dung dịch muối, tức là pH = 7. „ Để xác định điểm tương đương, có thể sử dụng chất chỉ thị màu có khoảng chuyển màu xung quanh pH = 7 hoặc dùng máy đo pH. Chuẩn độ Acid mạnh bằng Base mạnh Đường cong chuẩn độ base mạnh bằng acid mạnh Bước nhảy pH „ Bước nhảy pH: Lúc mà ít V NaOH làm pH tăng nhiều (hoặc ít V HCl làm pH giảm nhiều). „ Chọn chất chỉ thị màu thích hợp sao cho khoảng đổi màu nằm trong bước nhảy này. „ Ví dụ ở đây, ta có da cam metyl, đỏ metyl, lam bromtimol, đỏ crezol và phenol phatalein. „ Xét trường hợp chuẩn độ CH 3 COOH bằng NaOH. „ Trước khi thêm base, pH được tính bởi cân bằng phân ly acid yếu, pH<7. „ Khi thêm base, có phản ứng sau: CH 3 COOH(dd)+ OH - (dd) CH 3 COO - (dd) + H 2 O(l) pH tương đương được tính cho dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid yếu và base mạnh (pH>7). Chuẩn độ Acid yếu bằng Base mạnh Đường cong chuẩn độ acid yếu bằng base mạnh „ Xét trường hợp chuẩn độ NH 4 OH bằng HCl. „ Trước khi thêm base, pH được tính bởi cân bằng phân ly base yếu, pH>7. „ Khi thêm base, có phản ứng sau: NH 4 OH(dd) + H + (dd) NH 4 + (dd) + H 2 O(l) pH tương đương được tính cho dung dịch thuỷ phân của muối tạo bởi acid mạnh và base yếu (pH<7). Chuẩn độ base yếu bằng acid mạnh