Bài giảng Hóa phân tích - Chương 3: Hằng số đặc trưng của các cân bằng hoá học trong nước (Chuẩn kiến thức)
CHƯƠNG III
HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA
CÁC CÂN BẰNG HOÁ HỌC
TRONG NƯỚC
1
NỘI DUNG CHÍNH
Các hằng số đặc trưng quan trọng của các hệ PỨ
trong dung môi nước:
¾Hệ trao đổi điện tử:
Bán cân bằng oxy – hoá khử
Cân bằng oxy – hóa khử
¾Hệ trao đổi tiểu phân
Bán cân bằng acid – baz
Bán cân bằng tạo tủa
Bán cân bằng tạo phức
Cân bằng trao đổi tiểu phân giữa hai đôi
2
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
Bán cân bằng là quá trình cho nhận điện tử giữa
hai dạng oxy hoá (Ox) và khử (Kh) của một đôi oxy
hoá khử liên hợp.
Ox + ne- ⇔ Kh
¾ Theo PT Nernst, dd chứa cặp Ox – Kh có thế là:
RT (Ox)
E = Eo + ln
(3.1)
nF (Kh)
o
R = 8,3144 J/mol.oK; T = 298,16 K, F = 96493 Cb/mol,
n là số điện tử trao đổi và (Ox) và (Kh) là hoạt độ của
dạng Ox và Kh trong dd.
3
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
BÁN CÂN BẰNG
¾ Khi hoạt độ = nồng độ và thế các giá trị tương ứng
vào (3.1) :
0,059 [Ox]
E = Eo +
ln
(3.2)
n [Kh]
¾ Khi (Ox) = (Kh) = 1M thì E = E0.
¾E0 là thế oxy hoá chuẩn của cặp Ox/Kh = hằng số
đặc trưng cho khả năng oxy hoá hay khử của hai
dạng liên hợp ở điều kiện chuẩn (25oC, 1 atm).
¾ Khi có mặt chất rắn: (arắn) = 1
¾ Khi có mặt chất khí: pkhí = 1
4
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
là quá trình cho – nhận điện tử xảy ra giữa hai đôi
oxy hoá khử khác nhau.
2Fe3+ + Sn2+ ⇔ 2Fe2+ + Sn4+
HẰNG SỐ CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PƯ
Khi trộn hai đôi Ox1/Kh1 và Ox2/Kh2 với nhau:
(1)
⎯⎯→
←⎯⎯
n2Ox1 + n1Kh2
n1Ox2 + n2Kh1
(2)
¾ Hằng số cân bằng K1 cho biết mức độ phản ứng:
[Ox2 ]n1[Kh1 ]n2
K(1) =
[Ox1 ]n2[Kh2 ]n1
5
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
HẰNG SỐ CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PƯ
Khi chứa cùng lúc hai đôi, khi cân bằng ⇒ E1 = E2
Áp dụng phương trình Nerst và biến đổi ta có:
n1 n2 ( E 1o − E 2o )
0 ,059
K (1) = 10
6
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
HẰNG SỐ CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PƯ
n1n2 ( E1o −E2o )
0,059
K (1) = 10
7
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
HẰNG SỐ CÂN BẰNG – DỰ ĐOÁN CHIỀU PƯ
9 Ví dụ: Khi H+ tham gia vào BCB của đôi Ox1/Kh1:
(1)
⎯⎯→
n2Ox1 + n1Kh2 + n2mH+
n1Ox2 + n2Kh1 + ½n2mH2O
←⎯⎯
(2)
0,059 [Ox1 ] 0,059
lg
n1 [Kh1 ] n1
0,059 [Ox2 ]
E1 = E1o +
+
lg[H + ]m E2 = E2o +
lg
n2
[Kh2 ]
[Ox2 ]n1[Kh1 ]n2
[Ox1 ]n2[Kh2 ]n1[H + ]mn2
⇒ Phụ thuộc [H+]
K(1) =
⇒
8
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DD CHỨA HAI ĐÔI Ox/Kh
E1o > E2o
Khi đôi Ox1/Kh1 tác dụng với Ox2/Kh2 và
n2Ox1 + n1Kh2 → n1Ox2 + n2Kh1
:
¾ Nếu thêm dần Ox1 vào Kh2 đến khi số ĐLượng của
chúng bằng nhau hoặc trộn theo số ĐL bằng nhau ⇒
Điểm tương đương.
¾ Thế của dd tại điểm tương đương: Thế tương đương
¾ Tại điểm tương đương:
n [Ox ] =n [Kh ]
⎫
[Ox1 ] n2 [Ox2 ] n1
= và
1
1
2
2
⇒
=
⎬
n1[Kh1 ] =n2[Ox2 ] [Kh2 ] n1 [Kh1 ] n2
⎭
9
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DD CHỨA HAI ĐÔI Ox/Kh
Ecb = E1 = E2 = Etñ
Taïi caân baèng:
0,059 [Ox 1 ]
[Ox1 ]
[Kh1 ]
E td = E10 +
lg
n1Etd = n1E10 + 0,059lg
hay
hay
n1
[ Kh1 ]
0,059 [Ox 2 ]
[Ox2 ]
[Kh2 ]
E td = E 20 +
lg
n2 Etd = n2 E20 + 0,059 lg
n2
[Kh 2 ]
n1 E1o + n2 E2o
0,059 [Ox1 ] [Ox2 ]
+
lg
⋅
⇒ Etñ =
vì lg
n1 + n2
n1 + n2 [Kh1 ] []Kh2 ]
n2 n1
[Ox1 ] [Ox2 ]
⋅
⋅
= lg
= lg1 = 0
[Kh2 ] [Kh1 ]
n1 n2
10
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI ĐIỆN TỬ
THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA DD CHỨA HAI ĐÔI Ox/Kh
11
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
Là quá trình cho nhận tiểu phân p giữa hai dạng cho
(D – Donor) và dạng nhận (A – acceptor) trong DD:
(1)
⎯⎯→
←⎯⎯
A + p
D
(2)
Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho bán cân bằng:
[ D ]
K (1) = β =
[ A][ p]
[ A][ p]
K (2) = k =
[D]
12
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
Thực tế, quá trình cho nhận p có thể xảy ra theo n nấc.
¾ Với từng nấc:
β1
[ D1 ]
1
A + p ⇄ D1
β 1 =
β 2 =
=
kn
β2
[ A ][ p ] k n
[ D 2 ]
1
D1 + p ⇄ D2
=
Kn-1
[ D1 ][ p ] k n −1
β
Dn-1 + p ⇄ n Dn
k1
Tổng quát, ở nấc thứ i:
[D ] 1
i
D + p ⇄ D ⇒
βi =
=
⇒
i - 1
i
[D ][p] ki'
i−1
13
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
BÁN CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
¾ Với nhiều nấc cùng lúc: Để đơn giản, xét quá trình cho
nhận hai tiểu phân p cùng lúc:
β1
,2
⎯⎯→
←⎯ ⎯
A + 2p
D2
k1,2
[D2 ]
1
β1,2 =
=
9 Hằng số bền tổng cộng:
[A][ p]2 k1,2
[D1 ] [D2 ]
[D2 ]
β1 .β2 =
×
=
= β1,,2
[A][ p] [D1 ][ p] [A][ p]2
1
β1,i = β1 .β2 ....βi =
kn .kn−1 ...ki'
14
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ
15
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ
¾ Bán cân bằng axit - baz:
*** Hằng số cân bằng axit:
(1)
A- + H+
HA
⎯⎯→
←⎯ ⎯
( 2 )
Hằng số đặc trưng theo chiều (1): βHA
Hằng số đặc trưng theo chiều (2): kHA = kaxit = ka
[H + ][A− ]
kHA = kacid = ka = kA/ B =
[HA]
16
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ
¾ Bán cân bằng axit - baz:
***Hằng số cân bằng baz:
(1)
⎯⎯→
A- + H2O
(2)
HA + OH-
←⎯⎯
kA− = kbaz
Hằng số đặc trưng theo chiều (1):
Hằng số đặc trưng theo chiều (2):
β
A−
[HA][OH − ]
10−14
k
H2O
kA− = kbaz = kb =
=
=
[A− ][H2O] kHA
kHA
17
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
HS ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ
18
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
HẰNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA BÁN CÂN BẰNG CỤ THỂ
¾ Bán cân bằng tạo tủa:
Độ tan S: Tổng nồng độ D chuyển vào dd
→ S = [D] + [A]
thường S ≈ [A] vì [D] ~ 0.
Nếu D không tồn tại ở dạng phức: Từ TST ⇒ S
mAn+ + nBm+
⎯⎯→
←⎯⎯
Với AmBn:
AmBn
TAmBn
mm .nn
TAmBn = [An+]m.[Bm−]n
⇒
m+n
S =
19
CÂN BẰNG TRAO ĐỔI TIỂU PHÂN
NỒNG ĐỘ CÁC CẤU TỬ KHI CÂN BẰNG
¾ Theo PT bảo toàn khối lượng : [A]o = [D1] + [D2] + …+ [Dn]
Thay [Di] = β1,i [A].[p]i → [A]o = [A] + β1,1 [A].[p]1 +…+ β1,n [A].[p]n
n
[ A] = [ A].{1 + β [ p ]i } = [ A].α
Hay
∑
o
1,i
A[ p ]
i =1
(αA[p]: Hệ số điều kiện của A khi có p)
20
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa phân tích - Chương 3: Hằng số đặc trưng của các cân bằng hoá học trong nước (Chuẩn kiến thức)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_hoa_phan_tich_chuong_3_hang_so_dac_trung_cua_cac_c.pdf