›
›

Bài giảng Dung dịch lỏng - Chương 11: Cân bằng trong dung dịch lỏng

ppt 119 trang huongle 2780
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Dung dịch lỏng - Chương 11: Cân bằng trong dung dịch lỏng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_dung_dich_long_chuong_11_can_bang_trong_dung_dich.ppt

Nội dung text: Bài giảng Dung dịch lỏng - Chương 11: Cân bằng trong dung dịch lỏng

  1. Chương 11 CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH LỎNG Solutions
  2. Khái niệm về hệ phân tán và dung dịch - Hệ phân tán: + Một chất là hạt rất nhỏ được phân bố vào trong chất kia. chất phân tán mơi trường phân tán. + Phân loại: ✓Hệ phân tán thơ (hệ lơ lửng): d >100m huyền phù. nhũ tương. ✓Hệ phân tán cao (hệ keo): 1m < d < 100m ✓Hệ phân tán phân tử - ion (dung dịch thực): d < 1m Solutions
  3. SỰ TẠO THÀNH DUNG DỊCH Chất tan Chất phân tán DungDung mơi dịch Mơi trường phân tán Solutions
  4. DUNG DỊCH- là hệ đồng thể bền nhiệt động, gồm khơng ít hơn hai chất ở trạng thái phân tán phân tử và thành phần cĩ thể biến thiên liên tục trong giới hạn xác định • Dung dịch khí * Khơng khí • Dung dịch rắn * Thuỷ tinh (Na2O, CaO tan trong SiO2) *Vàng tan trong bạc • Dung dịch lỏng *Dung dịch nước đường(đường(r) +H2O → dung dịch) *Dung dịch H2SO4(SO3(k) + H2O → dung dịch) *Rượu Voka (C H OH (l) + H O → dung dịch) 2 5 2 Solutions
  5. DUNG DỊCH LỎNG Cơ chế tạo thành dd lỏng ➢ Quá trình vật lý – quá trình chuyển pha Hcp , Scp ➢ Quá trình hố học -quá trình solvat hố tương tác giữa chất tan và dung mơi Hsol<0 , Ssol<0 Solvat hố vật lý Solvat hố hố học Tương tác giữa tiểu phân và chất tan là yếu tố hàng đầu quyết định sự tạo thành dd Solutions
  6. Tương tác hút giữa chất tan và dung mơi càng mạnh thì quá trình hồ tan càng thuận lợi Ví dụ - ethanol tan tốt trong nước Ethanol = CH3CH2OH Lực tương tác=liên kết hydro;lưỡng cực-lưỡng cực; khuếch tán Solutions
  7. Glucose cĩ liên kết hydro nên tan rất tốt trong nước. Cyclohexane chỉ cĩ lực khuếch tán khơng tan trong nước. Solutions
  8. • Vitamin A tan trong dung mơi khơng cực (chất béo) • Vitamin C tan trong nước. Solutions
  9. Vitamin nào tan trong nước và vitamin nào tan trong chất béo? Solutions
  10. QUÁ TRÌNH HỒ TAN VÀ CÂN BẰNG HỒ TAN Hồ tan Chất tan (r) + dung mơi Dung dịch Kết tinh Q C G = RT ln = RT ln K Cbh Cân bằng Dung dịch bão hồ G=0 c = cbh = độ tan Dd chưa bão hịa G 0 c > cbh Solutions
  11. Khái niệm về độ tan S Độ tan - nồng độ của chất tan trong dd bão hịa CÁC DUNG DỊCH BÃO HỒ Ở 200C và 500C ĐỘ TAN CHẤT TAN Solutions
  12. Chất tan là chất rắn S- thường biểu diễn số gam chất tan tan tối đa trong100g dung mơi • S > 10g - chất dễ tan • S < 1g - chất khĩ tan • S < 0,01g- chất gần như khơng tan ĐỘ TAN CỦA CÁC HALOGENUA KIM LOẠI KIỀM TRONG H2O ĐỘ TAN (số gam muối/100g dung mơi) Solutions
  13. Chất tan là chất khí S- thường biểu diễn bằng số ml khí (tan tối đa) tan trong 100g dung mơi hoặc 100ml dung mơi Chất tan là chất điện ly khĩ tan S – thường biểu diễn bằng số mol chất điện ly khĩ tan (tan tối đa) trong 1lit dung dịch Solutions
  14. Độ tan của một số ion thơng dụng trong nước TAN KHƠNG TAN Ngọai trừ Ngọai trừ Ngọai trừ Solutions 14.2
  15. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TAN • Bản chất của dung mơi và chất tan • Nhiệt độ, áp suất • Mơi trường Solutions
  16. ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT CHẤT TAN VÀ DUNG MƠI Chất tương tự tan trong chất tương tự. • Các hợp chất cĩ cực tan tốt trong dung mơi cĩ cực hơn là dung mơi khơng cực – NaCl thì : Độ phân • Tan tốt trong nước cực của • Tan ít trong ethyl alcohol dung mơi • Khơng tan trong ether và benzene Solutions
  17. • Các chất khơng cực thì tan tốt trong dung mơi khơng cực hơn là các dung mơi cĩ cực. – Benzene thì Độ phân • Khơng tan trong nước cực của dung mơi • Tan trong ether. Solutions
  18. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất Khí + dung mơi ⇌ dung dịch Hcp<0 Hs<0 S G= 0 P K = độ tan S H < 0 ht P ht Định luật Henry T khơng đổi, áp suất riêng phần của khí tăng →S tăng Solutions
  19. Khí + dung mơi ⇌ dung dịch Hht<0 T tăng → độ tan chất khí giảm SolutionsEOS
  20. Chất rắn + dung mơi ⇌ dung dịch Hht Áp suất hầu như khơng ảnh hưởng đến độ tan của chất rắn ở đk bình thường. Hht 0 T↑thì S↑ Khoảng 95% hợp chất ion cĩ độ tan tăng theo nhiệt độ. Solutions
  21. SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG KHI TẠO THÀNH DUNG DỊCH Ght = Hht -T Sht Khí +dm(l) = dung dịch(l) Rắn + dm(l) = dung dịch (l) Hht = Hcp (-)+ Hsol(-) 0 S = S (-) + S (-) ht cp- sol 0 Solutions
  22. DUNG DỊCH LÝ TƯỞNG • Là dung dịch cĩ Hht=0 ; Vht=0 ; Uht=0 • Trong dung dịch lực tương tác giữa các tiểu phân cùng loại và khác loại giống nhau.Sự tạo thành dd là do sự tăng entropy. • Tính chất của dd lý tưởng khơng phụ thuộc vào bản chất chất tan mà phụ thuộc vào nồng độ của chúng. • Dd lỏng đạt khá tốt đk lý tưởng là dd mà các cấu tử của nĩ cĩ cấu tạo phân tử và những thuộc tính vật lý và hố học giống nhau hoặc rất gần nhau: ➢ Hỗn hợp các đồng phân quang học. ➢ Dd các cấu tử chỉ khác nhau về thành phần đồng vị Ví dụ - H2O + D2O ➢ Dd những chất đồng đẳng cạnh nhau Ví dụ - Benzen + toluen ; hexan +heptan Solutions
  23. Dung dịch thực •Nếu lực tương tác giữa chất tan và dung mơi mạnh hơn lực tương tác giữa các tiểu phân cùng loại thì dd này thường cĩ Hht 0 , Vht>0 Loại dd này thường xảy ra cho hệ mà cả hai cấu tử cĩ tính phân cực khác nhau rõ rệt – Ví dụ- hồ tan chất cĩ cực vào dm khơng cực: aceton trong CS 2 Solutions
  24. Tương tác dm-ch tan yếu hơn Thu nhiệt Dd lý tưởng Tương tác dm-ch tan mạnh hơn Toả nhiệt SolutionsEOS
  25. Dung dịch thực Ethanol và nước cĩ lực tương tác giữa chúng mạnh hơn giữa các ethanol với nhau và giữa các ptử nước với nhau. Nên khi trộn 50 mL H2O + 50 mL C2H5OH thì thể tích nhỏ hơn 100 mL SolutionsEOS
  26. Nồng độ dung dịch m a. Nồng độ phần trăm: C% = i 100% mi n b. Nồng độ mol: C = ct M 1000ml dd n c. Nồng độ molan: C = ct m 1000g dm d. Nồng độ phần mol: ni N i =  ni e. Nồng độ đương lượng: CN - số đương lượng gam chất tan / 1lit dd Solutions
  27. ÁP SUẤT HƠI BÃO HỒ CỦA CHẤT LỎNG NGUYÊN CHẤT Bay hơi H > 0 Lỏng Hơi Ngưng tụ H < 0 T, G = 0 P =P (T) Kp = (P)cb = P0 cb 0 Cân bằng pha Áp suất hơi bão hồ của chất lỏng là hằng số ở nhiệt độ xác định và tăng theo nhiệt độ Solutions
  28. Phương trình Clapeyron Clausius dP H = dT T. V L ⇌ H ; R ⇌ H ; R ⇌ L Giản đồ trạng thái Solutions
  29. Nhiệt độ sơi của bất cứ pha lỏng nào (nguyên chất hay dung dịch) cũng đều bắt đầu sơi ở nhiệt độ mà tại đĩ áp suất hơi bão hồ của nĩ bằng áp suất ngồi. Đối với chất lỏng nguyên chất, khi áp suất ngịai khơng đổi,nhiệt độ sơi khơng thay đổi trong suốt quá trình sơi cho đến khi tồn bộ chất lỏng chuyển hết thành hơi. Solutions
  30. Nhiệt độ đơng đặc của bất cứ pha lỏng nào (nguyên chất hay dung dịch) cũng đều bắt đầu đơng đặc ở nhiệt độ mà tại đĩ áp suất hơi bão hồ trên pha lỏng bằng với áp suất hơi bão hồ trên pha rắn. Đối với chất lỏng nguyên chất, khi áp suất ngịai khơng đổi nhiệt độ đơng đặc khơng thay đổi trong suốt quá trình đơng đặc. Solutions
  31. Áp suất hơi bão hồ của dung dịch lỏng Áp suất hơi bão hồ của dd là hơi cân bằng với dung dịch lỏng. Áp suất hơi bão hồ của dd bằng tổng áp suất hơi bão hồ của tất cả các cấu tử cĩ trong hệ. Pdd = Pi Áp suất hơi bão hồ của dd lỏng, lỗng chứa chất tan khơng điện ly, khơng bay hơi chính là áp suất hơi bão hồ của dung mơi trong dung dịch. Solutions
  32. ÁP SUẤT HƠI BÃO HỒ của dung dịch lỏng lỗng phân tử chứa chất tan khơng điện ly khơng bay hơi Bay hơi Hbh > 0 Lỏng Hơi Định luật Ngưng tụ Hnt < 0 RAOULT I N1= Ndm =1 K= P P 0 0 p = p N N = N <1 (dung dịch) K= P / N 1 0 1 1 dm 1 1 P1 p1 = p0(1 – N2) = p0 – p0N2 (p0 − p1 ) p N2 = = p0 p0 N1 = 1 – N2 Solutions
  33. P1 – áp suất hơi bão hồ của dd lỏng, lỗng chứa chất tan khơng điện ly , khơng bay hơi cũng chính là áp suất hơi bão hồ của dung mơi trong dung dịch Dung mơi ng chất P1 Phân tử dung môi N1 Phân tử chất tan N2 không bay hơi Áp suất hơi bão hịa của dung mơi trong dung dịch luơn nhỏ hơn áp suất hơi bão hồ của dung Solutions mơi nguyên chất ở cùng nhiệt độ . P1 <P0
  34. Lỏng Dung mơi nguyên chất Rắn Khí Tscủa dd Tđ của dd Ts của dm Tđ của dm Tđ TS Định luật Raoult II T = T −T = k C đ đdm đddphtu đ m T = T −T = k C s sddphtu sdm s m Solutions
  35. ° 0 0 0 Dung mơi Tsơi ( C) Ks ( C/m) Tđđ ( C) Kđ ( C/m) Water, H2O 100.0 0.52 0.00 1.86 Benzen, 80.1 2.53 5.5 5.12 C6H6 Ethanol, 78.4 1.22 -114.0 1.99 C2H6O Carbon tetrachloride, 76.8 5.02 -22 29.8 CCl4 Chloroform, 61.2 3.63 -63.5 4.68 CHCl3 Solutions
  36. Nhiệt độ sơi của dung dịch lỏng phân tử cao hơn nhiệt độ sơi của dung mơi nguyên chất Ts (ddlpt) Ts (dm) Nhiệt độ đơng đặc của dung dịch lỏng phân tử thấp hơn nhiệt độ đơng đặc của dung mơi nguyên chất T (H O) >T (dd) đđ 2 đđ Tđ (ddlpt ) Tđ (dm) Tinh thể dung mơi nguyên chất Solutions
  37. Nhận xét • Đối với dung dịch chưa bão hồ, nhiệt độ sơi là nhiệt độ bắt đầu sơi,nhiệt độ đơng đặc là nhiệt độ bắt đầu đơng đặc.Trong quá trình sơi hay đơng đặc do nồng độ dd tăng liên tục nên nhiệt độ sơi tăng liên tục, nhiệt độ đơng đặc giảm liên tục. • Khi dung dịch bão hồ, nhiệt độ sơi và nhiệt độ đơng đặc mới là hằng số. Solutions
  38. Áp suất thẩm thấu Sự thẩm thấu và áp suất thẩm thấu Ndm=1 Ndm<1 Màng bán thẩm Định luật Van’t Hoff = CM RT Solutions
  39. Nhận xét Định luật Raoult và Van’t hoff chỉ đúng cho dd lỏng lý tưởng và các dd thực cĩ nồng độ chất tan rất nhỏ (dd lỗng) Đối với dd thực (khơng lý tưởng) áp suất hơi riêng phần cĩ thể cĩ giá trị lớn hơn (sai lệch dương) hoặc bé hơn (sai lệch âm)so với giá trị tính theo đl Raoult. Solutions
  40. Sự khác biệt của dd điện ly so với dd lỏng phân tử ➢ Dung dịch điện ly khơng tuân theo định luật Raoult định luật Van’t Hoff ➢ Dung dịch điện ly dẫn điện Solutions
  41. Áp suất hơi bão hồ của dung mơi nguyên chất lớn hơn áp suất hơi bão hồ của dm trong dd là do các phân tử dm tự do trên bề mặt chất lỏng nhiều hơn. N(dm ngchất)= 1 > N1 Solutions H2O(l) → H2O(k)
  42. Số tiểu phân chất tan khơng bay hơi càng tăng sẽ làm giảm số phân tử dung mơi tự do trên bề mặt nên áp suất hơi bão hồ của dung dịch càng giảm nhiều. Solutions H2O(l) → H2O(k)
  43. DUNG DỊCH ĐIỆN LY Dung dịch điện ly khơng tuân theo các đl Raoult và Van’t Hoff i là hệ số đẳng trương hay hệ số Van’t Hoff số tiểu phân ch tan (số ion ,số ph tử ch tan khơng điện ly) i= số phân tử chất tan hồ tan m- số ion trong 1 phân tử (nguyên dương 2) Dung dich điện ly 1< i m ; Dung dịch lỏng phân tử i=1 1 mol chất (dd điện ly) =N1 +N2 →Số tiểu phân chất tan = i.N2 Trong 1000g dmơi →số tiểu phân chất tan =i.cm Trong 1lit dung dịch →số tiểu phân chất tan= i.C(mol/l) Solutions
  44. Lỏng Hơi Nguyên chất N2=0 , N1=1 P0 p − p Dd lỏng phân tử, N →số tp chất tan =N p o 1(pt) 2 2 N2 = = p0 p0 p' p − p iN = = 0 1(dly) Dd điện ly , N →i.N 2 2 2 p0 p0 C →i.c m m T'đ = i.kđCm T's = ik sCm CM (mol/l)→i.cM '= i.CMRT Trong cùng điều kiện Po> P 1(ptử) > P 1(đly) Ts(dm ngchất) Tđ(dd phtử) > Tđ(dd đly) (dd phtử ) < (dd đly) Solutions
  45. Ứng dụng địng luật Raoult làm thay đổi nhiệt độ đơng đặc của nước Propylene glycol Dùng làm phụ gia Ethylene pha trong nước glycol – cĩ (làm nguội động cơ hại với gia súc ơ tơ) nhằm khắc phục nước đơng Solutions đặc vào mùa đơng.
  46. Để chống hiện tượng đĩng băng tuyết vào mùa đơng trên các con đường giao thơng, theo bạn ta nên chọn các giải pháp nào sau đây : a) Cát, SiO2 b) Muối mỏ, NaCl c) CaCl2 Solutions
  47. Dung dịch điện ly dẫn điện Độ dẫn điện riêng  - 1cm3 dd (s=1cm2;d=1cm) 1  = om−1cm−1  Khi pha lỗng →  giảm Độ dẫn điện đương lượng  - V cm3 (1đlgam ctan) 1000  = .V =  CN Khi pha lỗng →  tăng Khi pha lỗng vơ cùng →  = const Solutions
  48. THUYẾT ĐIỆN LY CỦA ARRHENIUS Phân tử chất điện ly (ax,baz,muối) ION TỰ DO CATION (+) và ANION(-) HCl → H+ + Cl- Giải thích được tính dẫn điện và do cĩ sự gia tăng số tiểu phân chất tan nên dd điện ly khơng tuân theo các đl Raoult Vant’Hoff CuSO4(màu trắng) → ddCuSO4 (màu xanh) Vìsao ? Solutions
  49. Quá trình hồ tan NaCl trong nước CácCác Khiphân ionlực tử bịhútnước hydrat giữa cĩ cựccác sẽ khuếchion sẽ húttányếu các từ đi, từion các ra Na khỏiion+ và sẽ tinh Cl tách- thể ra và trongtanvàbị mạng trong bao tinh dungquanh thể dịch. các lưỡng muối,làmcực nước yếu lực hút giữa các ion . Solutions 14.3
  50. THUYẾT ĐIỆN LY CỦA KABLUKOB Quá trình solvat hố Chất tan Dung mơi (cĩ cực) (cĩ cực mạnh) (Quá trình hydrat hố – H2O) ion solvat hố (ion hydrat hố) Trong dung dịch khơng cĩ ion tự do Hợp chất ion → quá trình phân ly các ion + - NaCl(r) + (n+m) H2O ⇌ Na .nH2O + Cl .mH2O Hợp chất cộng hố trị cĩ cực → quá trình ion hố. + - HCl (k) + (n+m)H2O ⇌ H3O .(n-1)H2O + Cl .mH2O Solutions
  51. Nếu chất tan cĩ nhiều kiểu liên kết hố học khác nhau thì quá trình phân ly theo trật tự sau: ➢ Liên kết ion ➢ Cộng hố trị phân cực mạnh - NaHSO4 (dd) = Na+ (dd) + HSO4 (dd) - + 2- HSO4 (dd)+ H2O ⇌ H3O (dd) + SO4 (dd) Sự phân ly khơng xảy ra cho những lk cộng hố trị cĩ cực yếu hoặc khơng phân cực Solutions
  52. Độ điện ly số phân tử phân ly thành ion = Tổng số phân tử hồ tan trong dung dịch 0 1 =0 dd lỏng phân tử =1 điện ly hồn tồn i −1  Cơng thức xác định độ điện ly = = m −1  n- số mol chất tan hồ tan n- số mol chất tan điện ly (n - n) số mol chất tan khơng điện ly nm - số mol ion n m + (n − n ) i = =1+ (m −1) n Solutions
  53. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện ly ➢Bản chất chất tan và dung mơi Dung mơi cĩ cực yếu nhỏ Dung mơi cĩ cực mạnh lớn ➢Nồng độ dung dịch C giảm thì tăng C →0 thì →1 ➢Nhiệt độ tăng thường tăng Solutions
  54. Quy ước đánh giá độ điện ly Trong dd nước 0,1N ở 250C. > 30% chất điện ly mạnh 3%< < 30% chất điện ly trung bình < 30% chất điện ly yếu Solutions
  55. CÂN BẰNG TRONG DD CHẤT ĐIỆN LY YẾU Qt ion hố n+ m- AmBn(dd) mA (dd) + nB (dd) Qt phân tử hố m n Biểu thức của An+ . Bm− Hằng số điện ly K =     đl tác dụng khối lượng AmBn  Hằng số điện ly là hs cân bằng của qt điện ly nên là đlg đặc trưng cho mỗi chất điện ly và dung mơi, phụ thuộc vào nhiệt độ. Axit – hsđly ký hiệu Ka Đặc trưng cho cường độ Baz – hsđly ký hiệu Kb Axit - base -4 Trong dd nước: Ka,Kb < 10 → axit yếu, base yếu Solutions
  56. QUAN HỆ GIỮA K và AB (dd) A+ (dd) + B-(dd) Ban đầu C0 Điện ly C0 C0 C0 Cân bằng C0(1 - ) C0 C0 2 Biểu thức tốn Hằng số điện ly: C + .C − C K = A B = 0 học của đl pha CAB 1− lỗng Ostwald Khi << 1 : (1 - ) 1→ K C0 Solutions
  57. AXIT - BASE YẾU ĐA BẬC ➢ Hằng số điện ly các bậc giảm dần theo trật tự sau: K1>K2 >K3 >K4 ➢ Hằng số điện ly chung : K=K1.K2.K3.K4 Trong thực tế thường chỉ chú ý đến sự phân ly bậc thứ nhất Muối Đa số muối thuộc loại điện ly mạnh: KCl, NaF Các muối điện ly kém : muối axit (H+),muối baz(OH-),muối phức. Solutions
  58. HẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC AXIT ĐA BẬC Solutions
  59. + - Na2HPO4 (dd) = 2Na (dd) + HPO4 (dd) - + - HPO4 (dd) H (dd) + PO4 (dd) + 3- K3[Fe(CN)6](dd) = 3K (dd) + [Fe(CN)6] (dd) 3- 3+ - [Fe(CN)6] (dd) Fe (dd) + 6CN (dd) 6 Fe3+ CN−  Hằng số khơng bền của phức Kkb = 3− Fe(CN)6  3+ - 3- Fe (dd) + 6CN (dd) [Fe(CN)6] (dd) 1 Fe(CN)3−  Hằng số bền của phức K = = 6 b 3+ − 6 K kb Fe CN  Solutions
  60. CÂN BẰNG TRONG DD CHẤT ĐIỆN LY MẠNH ➢Lập luận: thực nghiệm cho thấy trong dd khơng cĩ phân tử trung hịa điện → Chất điện ly mạnh: điện ly hồn tồn = 1 Lập luận Thực tế Độ điện ly = 1 < 1 Hệ số đẳng trương i Là số nguyên Khơng nguyên Độ dẫn điện khi pha Khơng đổi Tăng lên lỗng dung dịch Solutions
  61. ➢Thực tế: khơng tuân theo ĐL tác dụng khối lượng. Ví dụ: NaCl CN 0.001 0.005 0.01 0.05 0.1 0.2 0.977 0.953 0.936 0.882 0.852 0.818 K 0.042 0.097 0.137 0.380 0.491 0.735 Nồng độ molan Giá trị giới Hợp chất hạn của i Hệ số đẳng trương i Solutions
  62. Lý thuyết chất điện ly mạnh Trong dung dịch xuất hiện lực hút tương hỗ giữa các ion → bầu khí quyển ion. Khi pha lỗng, lực hút tương hỗ giảm, độ dẫn điện tăng. Trong dd chất điện ly mạnh cĩ liên hiệp ion, khi pha lỗng các liên hiệp ion phân ly thành các ion đơn giản. → độ điện ly trên thực tế : độ điện ly biểu kiến. → dùng hoạt độ a thay cho nồng độ: a = fC Solutions
  63. HOẠT ĐỘ (a) – là nồng độ hoạt động mang tính tổng quát hơn hơn nồng độ và áp dụng đl tác dụng khối lượng cho mọi dd chất tan ở các nồng độ khác nhau a = fc f- hệ số hoạt độ 0 < f 1 Dd lỗng f =1 → a = c Dd cĩ nồng độ cao f<1 → a = c f phụ thuộc vào : bản chất dung mơi, nhiệt độ, điện tích và nồng độ các ion. Solutions
  64. Phương trình của Debye và Huckel 2 Azi I lg fi = − 1+ I A z n+ z m− I A B lg f A B = − m n 1+ I 1 2 I = 2 Ci zi Đối với dung dịch nước và ở 250C: A = 0,5 Khi I 0,01 phương trình trên cĩ dạng đơn giản như sau: 2 lg fi = −0,5zi I lg f = −0,5 z n+ z m− I Solutions Am Bn A B
  65. Cân bằng trong dung dịch chất điện ly khĩ tan và tích số tan. + − K = C + .C − = T AgCl(r)  Agdd + Cldd Ag Cl AgCl n+ m− m n A B  mA + nB T = C n+ C m− m n(r) (dd) (dd) AmBn A B G0 = −RT ln T = H 0 −T S 0 AmBn ➢Tích số tan của một chất phụ thuộc: ✓Bản chất của dung mơi và chất tan ✓ Nhiệt độ Solutions
  66. Tích số tan và độ tan của chất điện ly khĩ tan. n+ m− Am Bn(r)  mA(dd) + nB(dd) S[mol/l] mS nS m n T = C n+ C m− AmBn A B = (mS)m (nS)n = m m n n S (m+n) Độ tan T (m+n) AmBn trong nước S = m n m n Solutions
  67. Ảnh hưởng của các ion trong dung dịch đến độ tan của chất điện ly khĩ tan. n+ m− ➢Thêm ion cùng loại: S Am Bn(r)  mA(dd) + nB(dd) ➢Thêm ion khác loại: S m n m m n n T = a n+ a m− = C n+ f n+ C m− f m− = AmBn A B A A B B (mS )m (nS)n f (m+n) = mmnnS(m+n)f (m+n) AmBn AmBn TA B (m+n) m n S = m n (m+n) m n f Solutions AmBn
  68. Điều kiện hồ tan và kết tủa của chất đ ly khĩ tan. n+ m− Am Bn(r)  mA(dd) + nB(dd) Q G = RT ln T AmBn m n ➢ Dung dịch bão hịa T = C n+ C m− AmBn A B ➢Chất điện ly sẽ kết tủa khi m n C n+ C m− T A B AmBn ➢Chất điện ly sẽ tan hết khi m n C n+ C m− T A B AmBn Solutions
  69. Sự ion hĩa và tích số ion của nước -18 -1 -1 Độ dẫn điện của H2O = 5,54.10  .cm + - H2O + H2O H3O + OH + − −14 K n = [H3O ][OH ] =10 pH=-lg[H+] pOH=-lg[OH-] pK=-lgK pKn = pH+ POH = 14 Solutions
  70. Chỉ số pH và mơi trường dd ➢ Trong nước nguyên chất và mơi trường trung tính [H+] = [OH-] = 10-7 pH = 7 ➢ Trong dung dịch axit cĩ mơi trường axit [H+] > [OH-] pH 7 Solutions
  71. Solutions
  72. Khái niệm về axit, baz. a. Thuyết cổ điển của Arrhenius b. Thuyết proton Bronsted c. Thuyết electron của Lewis Solutions
  73. Thuyết cổ điển của Arrhenius + ➢Axit: chất điện ly cho ion H3O trong nước + - HCl(aq) +H2O(l) H3O (aq) + Cl (aq) + - HNO3(aq)+H2O(l) H3O (aq) + NO3 (aq) ➢Baz: chất điện ly cho ion OH- trong nước + - NH3(aq) + H2O (l) NH4 (aq) + OH (aq) Solutions
  74. Thuyết proton Bronsted ✓Axit :cho proton HA H+ + A- ✓Baz: nhận proton: B + H+ BH+ ✓Các cặp axit – baz liên hợp: HA/A- , BH+ /B HA + B A- + BH+ Phản ứng giữa axit và baz là pư trao đổi proton(H+) giữa axit của 1cặp axit- baz liên hợp này với 1baz của 1 cặp axit-baz liên hợp khác. Solutions
  75. Phản ứng giữa các cặp axit baz liên hợp Cặp liên hợp Acid + Base Base + Acid Cặp liên hợp – + Reaction 1 HF + H2O F + H3O Reaction 2 HCOOH + CN– HCOO– + HCN + 2– – Reaction 3 NH4 + CO3 NH3 + HCO3 – – 2– Reaction 4 H2PO4 + OH HPO4 + H2O + – 2+ Reaction 5 H2SO4 + N2H5 HSO4 + N2H6 Solutions 2– 2– 3– – Reaction 6 HPO4 + SO3 PO4 + HSO3
  76. Dự đốn axit, baz Bronsted Axit – là chất phải chứa H+ Phân tử trung hồ : HCl, HNO3, HF . + + Cation cĩ chứa H : NH4 - , - Anion cĩ chứa H : HSO4 H2PO4 . Cation kim loại trong nước : Fe2+(aq) ; Al3+(aq) ➢Cation cấu hình khí trơ cĩ q2/ r càng lớn → tính axit càng mạnh ➢Cation cĩ điện tích và bán kính tương đương, cấu hình: 18e – (18e +2e) – (18e> >8e ) → tính axit mạnh hơn cấu hình 8e Solutions
  77. 3+ 2+ + Al(H2O)6 Al(OH)(H2O)5 + H 3+ 2+ + Al(H2O)6 +H2O (l) Al(OH)(H2O)5 + H3O 3+ Al (aq) bị thuỷ phân Solutions
  78. Baz Bronsted - chất cĩ dư mật độ điện tích âm - - 2- 3- Anion: Cl , NO3 , SO4 , PO4 . Phân tử cộng hố trị phân cực : NH3 Chất lưỡng tính- chất vừa cĩ khả năng cho H+ vừa cĩ khả năng nhận H+. Các hợp chất cĩ chứa H thường là chất lưỡng tính - - HCl + H2PO4 Cl + H3PO4 - - 2- H2PO4 + HCO3 HPO4 + H2CO3 pK (H PO ) = 7,21 pK (H CO ) =10,33 a 2 3 4 a 2 2 3 Solutions
  79. Dung mơi proton hố ➢ Là hợp chất cộng hố trị phân cực cĩ chứa H nên cĩ khả năng trao đổi proton (chất lưỡng tính) ➢ Thường tạo lk H2 nên Tsvà Tnc cao. ➢ Cĩ tính phân cực mạnh nên cĩ khả năng hồ tan nhiều chất (cĩ cực). ➢ Cĩ thể tự ion hố một phần khi ở trạng thái lỏng. Hằng số cân bằng gọi là hằng số tự proton hố Kd Solutions
  80. - - + H2O + H2O H3O + OH kn= [OH ][H3O ] - + - + NH3 + NH3 NH2 + NH4 kd= [NH2 ][NH4 ] - + - + HD + HD D + H2D Kd = [D ][H2D ] Solutions
  81. Sự điện ly của axit và baz là kết quả của pư trao đổi proton giữa axit và baz với dung mơi. + - NH3(aq) + H2O (l) NH4 (aq) + OH (aq) baz axit axit baz Solutions
  82. Sự điện ly của axit và baz trong nước - + ✓Axit: HA + H2O A + H3O + − H O A  K càng lớn thì tính K = 3 a a HA axit càng mạnh + - ✓ Baz: B + H2O BH + OH BH + OH − K càng lớn thì tính K =    b b B baz càng mạnh Solutions
  83. ➢ Đối với cặp axit – baz liên hợp: + − [H 3O ][ A ] - + K a(HA) = HA + H2O A + H3O [HA] [HA][OH − ] - - K − = A + H2O HA + OH b( A ) [A− ] + − − [H 3 O ][ A ] [HA][OH ] + − K K − = x = [H O ][OH ] = K a(HA) b( A ) [HA] [A− ] 3 n Ka.Kb = Kn pKa + pKb = pKn = 14 Ka.Kb = Kd → pKa + pKb = pKd Axit càng mạnh (Ka↑) thì baz liên hợp là baz yếu(Kb↓) Axit càng yếu (Ka↓) thì baz liên hợp là baz mạnh (Kb↑) Solutions
  84. HẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC BASE YẾU Solutions
  85. HẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC AXIT YẾU VÀ BASE LIÊN HỢP ở 250C Solutions
  86. Hiệu ứng san bằng dung mơi - + + HA + H2O → A + H3O H3O là ax mạnh nhất trong dd HA + H2O A- + H3O+ H3O+ là ax mạnh nhất trong dd + Trong dung mơi H2O : H3O là axit mạnh nhất, OH- là baz mạnh hnất + Trong dung mơi NH3 : NH4 là axit mạnh nhất - NH2 là baz mạnh nhất + Trong dung mơi HD : H2D là axit mạnh nhất D- là baz mạnh nhất Solutions
  87. Ảnh hưởng của dung mơi đến cường độ axit baz Hằng số tự proton hố (Kd ) - + - + HD + HD D + H2D Kd = [D ][H2D ] Kd càng lớn thì tính axit của dung mơi càng mạnh. + + Ái lực proton (AP) HD + H =H2D H = -AP AP càng lớn thì dung mơi cĩ tính baz càng mạnh Solutions
  88. Dung mơi cĩ AP↑ thì tính axit của chất tan tăng tính baz của chất tan giảm • Trong nước, CH3COOH là axit yếu • Trong NH3 , CH3COOH là axit mạnh Dung mơi cĩ AP↓ thì tính axit của chất tan giảm tính baz của chất tan tăng Trong dung mơi HF,HClO4 khơng chất nào thể hiện tính axit + - HNO3 + HF (dm) H2NO3 + F NH4OH là baz yếu trong dung mơi nước NH4OH là baz mạnh trong dung mơi axit acetic Solutions
  89. Thuyết electron của Lewis Thuyết Lewis dùng giải thích quá trình tạo phức và tính bền của phức. Axit Lewis: là tiểu phân cĩ dư mật độ điện tích dương và orbital hố trị trống để nhận cặp electron liên kết từ baz. Dự đốn axit Lewis: ➢Hầu hết các cation kim loại (Ag+, Co3+, Cr3+, Mg2+ ) ➢Các halogenua của B, Al, Si, Sn ➢Các hydrua của B,Al ➢Các hợp chất cĩ lk đơi trong những đk thích hợp cũng Solutions thể hiện tính axit
  90. Base Lewis: chất cho cặp electron. Dự đốn baz Lewis: ➢ Các anion : Cl-, Br-, OH- ➢ Phân tử trung hồ hay ion cĩ chứa nguyên tử (N,O ) cịn cặp e hố trị tự do như : NH3, amin , rượu, xeton + Ag + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ F H F H • F B N H F B □ + N• H F H F H base acid Solutions
  91. base acid •• •• + • - H • H O H + •OH• •• acid base H H + + H + • H N H N• H H H Solutions acid base
  92. HCl, axit mạnh HF, axit yếu [H+] = [HCl] [H+] < [HF] Solutions
  93. pH của dd lỗng axit và baz mạnh ➢Axit mạnh HA → H+ + A- Ca Ca pH = −lg C + = −lg C -7 H a Ca >10 ion.g/lit ➢Baz mạnh MOH → M+ + OH- Cb Cb pOH = −lg C − = −lg C OH b -7 Cb >10 ion.g/lit pH = 14 − pOH = 14 + lg Cb Solutions
  94. Axit mạnh và base mạnh HCl CH3CO2H Thymol Blue chỉ thị pH < 1.2 < pH < 2.8 < pH Solutions
  95. pH của dd axit yếu và base yếu. + - Axit yếu HA + H2O H3O + A > Kn Cân bằng Ca(1- ) Ca Ca Ka C + = Ca = Ca = KaCa H3O Ca 1 1 pH = −lg C + = (− lg Ka − lg Ca ) = (pKa − lg Ca ) H3O 2 2 Baz yếu MOH M+ + OH- > K Cân bằng Cb(1- ) Cb Cb b b n 1 1 pOH = (pK b − lg Cb ) pH = 14 − (pK b − lg Cb ) 2 2 Solutions
  96. Đối với axit , base yếu đa bậc Khi tính pH dung dịch ta chỉ dựa vào bậc phân ly thứ nhất Ví dụ : tính pH dung dịch H CO 0,01M . K = 4,3.10−7 2 3 a1 1 1 pH = pK − lg C = − lg (4,3.10−7 )− lg 10−2 = 4,19 2 a1 a 2 Solutions
  97. Hằng số điện ly của các axit và base yếu ở 250C Solutions
  98. Đo pH của giấm Đo pH của dd NH3 Solutions
  99. Các phương pháp đo pH cho các dd nước (a) Giấy đo pH (định tính) (b) Máy đo pH(định lượng) Solutions
  100. pH của dung dịch đệm. ➢Định nghiã: Dung dịch đệm là dd cĩ pH ≈ const khi thêm lượng nhỏ axit mạnh hoặc baz mạnh hoặc pha lỗng dd. ➢Cấu tạo (HA / A- ) ✓Đệm axit: axit yếu + muối của nĩ CH3COOH+CH3COONa ✓Đệm baz: base yếu + muối của nĩ NH3.H2O+ NH4Cl ✓Đệm trung tính : hỗn hợp các muối axit yếu ➢Cơ chế tác dụng của dung dịch đệm - + CH3COOH CH3COO + H (1) - + CH3COONa → CH3COO + Na ✓Thêm axit mạnh: cb (1) ← + - + ✓Thêm base mạnh: H + OH → H2O: lượng H ↓→ cb (1) → ✓Pha lỗng dd, độ điện ly CH3COOH ↑ Solutions
  101. pH của dung dịch đệm axit ( HA + MA) + CH3COONa → CH3COO- + Na Cm Cm - + CH3COOH + H2O CH3COO + H3O Ca(1- ) (Ca + Cm≈ Cm) Ca + − + C H3O CH3COO  H3O Cm + a K = = [H3O ] = K a a C CH3COOH Ca m + Ca Cm pH = −lg[ H3O ] = −lg Ka − lg = pKa + lg Cm Ca PH của dd đệm base ( MOH + MA ) C pH =14 − pK + lg m b Solutions Cb
  102. pH của dung dịch muối Phản ứng thuỷ phân là pư trao đổi ion giữa muối và nước, cĩ khả năng làm thay đổi pH mơi trường. Hthuỷ phân >0 HA (dd) + MOH(dd) MA (dd) + H2O Htrung hồ <0 Phản ứng thủy phân là phản ứng là phản ứng nghịch của pư trung hồ. Hằng số cân bằng của quá trình thuỷ phân Kt số phân tử muối thuỷ phân Độ thuỷ phân h = 1 Số phân tử muối hồ tan Solutions
  103. Do muối cĩ lk ion nên khi hồ tan trong nước sẽ phân ly hịan tồn thành các ion bị hydrat hố + - M (aq) + A (aq) +H2O MOH (aq) + HA (aq) ; H >0 Theo thuyết axit - base Bronsted : + M .nH2O / M(OH).(n-1)(H2O) là cặp axit- base liên hợp HA / A- là cặp axit - baz liên hợp Cation của muối (M+) là axit bronsted Anion của muối ( A-) là base bronsted Vậy pư thuỷ phân thực chất là pư trao đổi proton giữa các ion của muối với các ptử nước. Solutions Hay pư thuỷ phân là pư axit base Bronsted.
  104. Muối nào sẽ bị thuỷ phân ? •Nếu cation của muối (M+) là axit mạnh hơn nước (MOH là base yếu), nĩ sẽ nhường H+ cho nước → cation muối bị thuỷ phân làm cho pHmtr 7 - - CH3COO + H2O CH3COOH + OH Tất cả các muối (MA) đều bị thuỷ phân trừ muối được tạo thành từ axit mạnh (HA) và base mạnh (MOH) Solutions
  105. Cation cấu hình khí trơ cĩ q2/ r càng lớn → tính axit càng mạnh nên thuỷ phân càng mạnh. 2+ 2+ 2+ Ví dụ : Ka[Mg (aq)] > Ka[Ba (aq)] → Mg (aq) thuỷ phân mạnh hơn Ba2+(aq). Cation cĩ điện tích và bán kính tương đương, cấu hình: 18e – (18e +2e) – (18e> >8e ) → tính axit mạnh hơn cấu hình 8e nên thuỷ phân sẽ mạnh hơn Solutions Ví dụ : Mg2+ (aq) thuỷ phân yếu hơn Hg2+(aq)
  106. 0 Hằng số Ka của các ion kim loại trong nước ở 25 C Tính axit tăng dần Ion kim loại Ka Thuỷ phân mạnh dần Fe3+ (aq) 6 x 10-3 Sn2+ (aq) 4 x 10-4 Cr3+ (aq) 1 x 10-4 Al3+ (aq) 1 x 10-5 Be2+ (aq) 4 x 10-6 Cu2+ (aq) 3 x 10-8 Pb2+ (aq) 3 x 10-8 Zn2+ (aq) 1 x 10-9 Co2+ (aq) 2 x 10-10 Ni2+ (aq) 1 x 10-10 Solutions
  107. CƯỜNG ĐỘ CỦA CẶP AXIT BASE LIÊN HỢP HA A- Các anion (A-) cĩ tính base càng mạnh sẽ thuỷ phân càng mạnh trong nuớc. Solutions
  108. pH của dung dịch muối HA MOH + Muối tạo thành từ axit mạnh và base yếu (M +H2O→ pH 7) + - Muối tạo thành từ axit yếu và base yếu ( M +A + H2O → ) Muối tạo thành từ axit mạnh và base mạnh MA khơng bị thuỷ phân → pH ≈7 Solutions
  109. Muối khơng tp Cation tp Anion tp pH (Axit) (Base) + K≈K - CH3COONH4 NH4 CH3COO 7 Al3+ AlCl3 7 NaF F- >7 NaBr Khơng 7 NH + - NH4CN 4 K 7 NH + K>K - NH4F 4 F <7 pK(NH3)=4,76; pK(CH3COOH)=4,75;pK(HCN)=9,2;pK(HF)=3,18Solutions
  110. Solutions
  111. ➢Muối tạo thành từ axit yếu (Ka) và baz mạnh PH >7 + - ✓ Sự điện ly:MA → M (axy) + A (base mạnh hơn H2O) - - ✓ Sự thủy phân: A + H2O ⇌ HA + OH Cm(1-h) Cmh Cmh ✓ Hằng số thủy phân: − HAOH  HA + − K K = = H OH = n t A− H+ A− K ✓ Độ thủy phân:      a − 2 2 HAOH  (Cmh) Cmh 2 Kt Kn K t = = = Cmh h = = A−  C (1− h) 1− h m Cm KaCm − Kn KnCm + Kn KnKa OH = Cmh = Cm = H = = ✓ Tính pH: K C K − a m a OH  Cm 1 1 pH = (pK n + pKa + lg Cm ) = 7 + (pKa + lg Cm ) >7 2 2 Solutions
  112. ➢Muối tạo thành từ axit mạnh và baz yếu (Kb) pH<7 + - ✓ Sự điện ly: MA → M (axit mạnh hơn nước) + A (basey) + + ✓ Sự thủy phân: M + H2O ⇌ MOH + H Cm(1-h) Cmh Cmh + ✓ Hằng số thủy phân: MOHH  MOH + − Kn K t = + = + − H OH = M  M OH  Kb ✓ Độ thủy phân: + 2 2 MOHH  (Cmh) Cmh 2 Kt Kn K t = + = = Cmh h = = M  Cm (1− h) 1− h Cm KbCm ✓ Tính pH: + Kn KnCm H = Cmh = Cm = KbCm Kb 1 1 pH = (pK − pK − lg C ) = 7 − (pK + lg C ) <7 Solutions 2 n b m 2 b m
  113. ➢Muối tạo thành từ axit yếu (Ka) và base yếu (Kb) ✓ Sự điện ly:MA → M+(axit mạnh hơn nước) + A-(base mạnh hơn nước) + - ✓ Sự thủy phân: M + A + H2O ⇌ HA + MOH Cm(1-h) Cm(1-h) Cmh Cmh ✓ Hằng số thủy phân: HAMOH HA MOH + − Kn K t = + − = + − + − H OH = M A  H A  M OH  Ka K b ✓ Độ thủy phân: 2 2 HAMOH (Cmh) h 2 K K = = = h h = K = n t + − 2 2 2 t M A  Cm (1− h) (1− h) KaKb ✓ Tính pH: + HA Cmh h Kn KnKa H = Ka − = Ka = Ka Kah = Ka = A  Cm (1− h) 1− h KaKb Kb 1 1 pH = (pK + pK − pK ) = 7 + (pK − pK ) Solutions 2 n a b 2 a b
  114. NHẬN XÉT Hằng số thuỷ phân Kt phụ thuộc vào : Bản chất của muối và nhiệt độ Độ thuỷ phân h phụ thuộc vào: ✓ Ka và Kb của axit và baz liên hợp với các ion của muối, được tạo thành trong qt thuỷ phân,chúng cĩ giá trị càng nhỏ thì độ thuỷ phân càng tăng. ✓ Cm càng nhỏ thì độ thuỷ phân tăng (trừ muối tạo thành từ axit yếu và baz yếu ) ✓ Nhiệt độ tăng thì độ thuỷ phân tăng. Solutions
  115. Cách tính pH của các dung dịch. a. pH của dd axit mạnh và base mạnh. pH = −lg Ca pH =14 + lg Cb b. pH của dd axit yếu và base yếu. 1 1 pH = (pK − lg C ) pH = 14 − (pK b − lg Cb ) 2 a a 2 c. pH của dung dịch đệm. C C m m pH = pKa + lg pH =14 − pKb + lg Ca Cb d. pH của dung dịch muối 1 1 pH = 7 − (pK + lg C ) pH = 7 + (pK + lg C ) 2 b m 2 a m 1 Solutions pH = 7 + (pK − pK ) 2 a b
  116. Pha lỗng dung dịch Bình pipet định • Pha lỗng nồng độ mức dung dịch A từ 1M xuống 0,02M Dùng pipet hút 10,00 ml dd A 1M cho vào bình định mức 500ml +nước vào → cho đến vạch chuẩn ddA của bình → lắc đều →ddA 0,02M 1M Solutions
  117. Phản ứng trung hồ HCl (dd) +NaOH(dd) = NaCl (dd) + H2O + - 0 H3O + OH = 2H2O ; H 298 = -13,36 kcal = - 55,84 kJ Hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn là hằng số, khơng phụ thuộc vào loại axit mạnh và base mạnh tham gia phản ứng. Phản ứng đến cùng, khơng cĩ phản ứng thuỷ phân xảy ra Điểm tương đương : VNaOH.CNaOH(N) = VHCl.CHCl(N) Tại điểm tương đương pH =7 Solutions
  118. Cho dd NaOH 0,10N Dùng phép chuẩn độ axit base vào buret tới vạch để xác định nồng độ axit chuẩn (mức 0) VNaOH.CNaOH(N) = VHCl.CHCl(N) 0 Cho 10,00 ml dd axit HCl chưa biết nồng độ + 100ml nước cất + 3 giọt phenolphatalein → vào bình tam giác (erlen) Solutions
  119. Chuẩn độ dd HCl bằng dd NaOH ddNaOH 24,6 0,10N 0 Dd HCl CHCl ? Nhỏ từ từ dd NaOH từ burét xuống bình tam giác và lắc đều dd trong bình cho đến khi dung dịch trong bình bắt đầu chuyển sang màu hồng nhạt (bền trong 30 giây) →đọc thể tích ddNaOH đã dùng trên buret V=24,6 ml → Solutions tính nồng độ dd HCl theo đl đương lượng. CHCl = 0,25N