Các Định Luật Cơ Bản Của Hoá Học Trong Hệ Dung Dịch Chất Điện Li
Các Định Luật Cơ Bản Của Hoá Học Trong Hệ Dung Dịch Chất Điện Li
I - Định luật bảo toàn vật chất 1. Định luật bảo toàn nồng độ (ĐLBTNĐ)
a) Quy ước biểu diễn các loại nồng độ
- Nồng độ gốc: là nồng độ các chất trước khi đưa vào hỗn hợp phản ứng. Kí hiệu: $C_0$.
- Nồng độ ban đầu: là nồng độ của các chất trong hệ trước khi phản ứng xảy ra. Kí hiệu: $C$ hoặc $C^0$.
- Nồng độ cân bằng: là nồng độ của các chất trong hệ sau khi phản ứng đã xảy ra và hệ đã đạt đến trạng thái cân bằng. Kí hiệu: [ i ].
- Nhớ: $$C=\frac{C_0.V_0}{V}$$
Trong đó: $V_0$: thể tích của dd trước khi đưa vào hệ. ................$V$: thể tích của hệ sau khi trộn.
VD: Trộn 20,00ml dd HCl 0,15M với 40,00ml dd NaOH 0,06M. Xác định nồng độ gốc, nồng độ đầu và nông độ cân bằng của các cấu tử.
Nồng độ gốc: $C_0 HCl=0,15M \\C_0 NaOH=0,06M$
Nồng độ ban đầu: $C_{HCl}=\frac{0,15.20}{20+40}=0,05M \\ C_{NaOH}=\frac{0,06.40}{20+40}=0,04M$
$HCl \to H^+ + Cl^-$
0,05.......0,05......0,05....(M)
$NaOH \to Na^+ + OH^-$
0,04.........0,04..........0,04....(M) ...........$H^+ + OH^- \to H_2O$
C: ......0,05.......0,04..........................(M)
$\Delta C$: -0,04......-0,04......................... (M)
[ ]:.....0,01.........0............................ (M)
Nồng độ cân bằng: [H+]=0,01M; [Cl-]=0,05M; [OH-]=0,04M
b) Định luật bảo toàn nồng độ ban đầu Nồng độ ban đầu của một cấu tử bằng tổng nồng độ cân bằng của các dạng tồn tại của cấu tử đó có mặt trong dung dịch.
VD: Biểu diễn định luật bảo toàn nồng độ (ĐLBTNĐ) ban đầu đối với $Fe^{3+}$ và $Cl^-$ trong dd $FeCl_3$, biết rằng Fe tồn tại dưới các dạng: $Fe^{3+}, FeOH^{2+}, Fe(OH)_2^+, Fe_2(OH)_2^{4+}, FeCl^{2+}, FeCl_2^+, FeCl_3, FeCl_4^-$.
Biểu thức ĐLBTNĐ đối với ion $Fe^{3+}$ và $Cl^-$:
$C_{Fe^{3+}}=C_{FeCl_3}=[Fe^{3+}]+[FeOH^{2+}]+[Fe(OH)_2^+]+2[Fe_2(OH)_2^{4+}]$+
$[FeCl^{2+}]+[FeCl_2^+]+[FeCl_3]+[FeCl_4^-]$
$C_{Cl^-}=3C_{FeCl_3}=[Cl^-]+[FeCl^{2+}]+2[FeCl_2^+]+3[FeCl_3]+4[FeCl_4^-]$. 2. Định luật bảo toàn điện tích (ĐLBTĐT)
ĐLBTĐT dựa trên nguyên tắc các dd có tính trung hoà điện: Tổng điện tích âm của các anion phải bằng tổng điện tích dương của các cation. Điện tích của mỗi loại ion bằng tích nồng độ cân bằng [ i ] với điện tích Z của ion tương ứng.
VD: Biểu diễn ĐLBTĐT đối với dd $K_2CrO_4$ khi có mặt acid $HClO_4$. Trong dd có mặt các ion $H^+, OH^-$ (của nước); $ClO_4^-, K^+, CrO_4^{2-}, HCrO_4^-, Cr_2O_7^{2-}$.
$[H^+]+[K^+]=[OH^-]+[ClO_4^-]+[HCrO_4^-]+2[CrO_4^{2-}]+2[Cr_2O_7^{2-}]$.
- Ngoài ra, còn 1 số dạng khác của định luật bảo toàn vật chất như: định luật bảo toàn proton, định luật bảo toàn electron (mình sẽ giới thiệu sau).
II - Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) - Để không quá phức tạp, ta chấp nhận gần đúng các giá trị hệ số hoạt độ bằng đơn vị. Do đó ( i )=[ i ]. 1. Biểu diễn định luật tác dụng khối lượng đối với 1 số dạng cân bằng thường gặp
a) Cân bằng acid - bazơ
- Cân bằng phân li của acid: $$HA \rightleftharpoons H^+ + A^-; \ \ \ \ \ \ \ K_a=\frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$$
$K_a$ là hằng số acid.
- Cân bằng phân li của bazơ: $$B+H_2O \rightleftharpoons HB^+ + OH^-; \ \ \ \ \ \ \ K_b=\frac{[HB^+][OH^-]}{}$$
$K_b$ là hằng số bazơ.
b) Cân bằng tạo phức $$Ag^+ + NH_3 \rightleftharpoons AgNH_3^+; \ \ \ \ \ \ \ k_1=\frac{[AgNH_3^+]}{[Ag^+][NH_3]} \\ AgNH_3 + NH_3 \rightleftharpoons Ag(NH_3)_2^+; \ \ \ \ \ \ \ k_2=\frac{[Ag(NH_3)_2^+]}{[AgNH_3^+][NH_3]}$$
$k_1, k_2$ là hằng số tạo thành từng nấc của các phức chất $AgNH_3^+$ và $Ag(NH_3)_2^+$.
$$Fe^{3+} + OH^- \rightleftharpoons FeOH^{2+}; \ \ \ \ \ \ \ \beta_1=\frac{[FeOH^{2+}]}{[Fe^{3+}][OH^-]} \\ Fe^{3+} + 2OH^- \rightleftharpoons Fe(OH)_2^+; \ \ \ \ \ \ \ \beta_2=\frac{[Fe(OH)_2^+]}{[Fe^{3+}][OH^-]^2}$$
$\beta_1, \beta_2$ là hằng số tạo thành tổng hợp của các phức chất $FeOH^{2+}$ và $Fe(OH)_2^+$.
c) Cân bằng tạo hợp chất ít tan $$AgBr \downarrow \rightleftharpoons Ag^+ + Br^-; \ \ \ \ \ \ \ K_s=[Ag^+][Br^-]$$
$K_s$ là tích số tan của AgBr.
d) Cân bằng phân bố $$I_{2 (H_2O)} \rightleftharpoons I_{2(benzen)}; \ \ \ \ \ \ \ K_D=\frac{[I_{2(benzen)}]}{[I_{2 (H_2O)}]}$$
$K_D$ là hằng số phân bố của $I_2$ giữa benzen và nước. 2. Tổ hợp cân bằng
a) Biểu diễn cân bằng theo chiều nghịch
- Quá trình thuận: $HA \rightleftharpoons H^+ + A^-; \ \ \ \ \ \ \ K_a=\frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$
- Quá trình nghịch: $H^+ + A^- \rightleftharpoons HA; \ \ \ \ \ \ \ K'=\frac{[HA]}{[H^+][A^-]}=(\frac{[H^+][A^-]}{[HA]})^{-1}=K_a^{-1}$
b) Cộng cân bằng
Cho $$M + A \rightleftharpoons MA; \ \ \ \ \ \ \ k_1 \\ MA + A \rightleftharpoons MA_2; \ \ \ \ \ \ \ k_2$$
Tính hằng số cân bằng của $$M+2A \rightleftharpoons MA_2; \ \ \ \ \ \ \ k_3$$
Ta có:
$k_3=\frac{[MA_2]}{[M][A]^2}=\frac{[MA_2]}{[MA][A]}.\frac{[MA]}{[M][A]}=k_1.k_2$
c) Nhân cân bằng với 1 thừa số n: tương đương với việc cộng n lần của cân bằng đó.
Nhân cân bằng $$M + X \rightleftharpoons MX; \ \ \ \ \ \ \ K$$ với n
Ta được: $$nM + nX \rightleftharpoons nMX; \ \ \ \ \ \ \ K'=K^n$$
Đánh Giá Gần Đúng Thành Phần Cân Bằng Trong Dung Dịch
Đánh Giá Gần Đúng Thành Phần Cân Bằng Trong Dung Dịch
I – Nguyên tắc
1. Mô tả đầy đủ các CB có thể xảy ra.
2. Thiết lập các phương trình liên hệ giữa các cấu tử có mặt trong hệ (dựa vào các định luật cơ sở của Hoá học).
3. Tổ hợp 1 cách hợp lí các phương trình thu được và giải để tìm nghiệm (là nồng độ của một cấu tử nào đó) và từ đó suy ra thành phần CB của dd.
II – Tính gần đúng khi hệ có 1 CB chủ yếu
- Áp dụng ĐLBTNĐ và ĐLTDKL để tính.
VD1: Tính thành phần CB của dd HClO 0,1M. Biết $K_{a HClO}=10^{-7,35}$. .....$HClO \rightleftharpoons H^+ + ClO^-; K_a=10^{-7,35}$
C: ....0,1................................................(M)
[ ]: 0,1-x..............x............x..................(M)
ĐLTDKL: $K_a=\frac{[H^+][ClO^-]}{[HClO]}=\frac{x^2}{0,1-x}=10^{-7,35}$
=> $x\approx 6,68.10^{-5}=[H^+]=[ClO^-]$
=> [HClO]=0,1-x$\approx$0,0999M
$[OH^-]=\frac{K_w}{[H^+]}=\frac{10^{-14}}{x}\approx 1,50.10^{-10}$.
VD2: Trong dd NH3 0,05M có các CB:
$H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-; K_w=10^{-14} (1) \\ NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-; K_b=10^{-4,76} (2) $.
Tính nồng độ CB của ion $OH^-$ trong dd.
Vì $K_b >> K_w$ nên nồng độ CB của $OH^-$ được tính theo CB (2). ...........$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-; K_b=10^{-4,76}$
C: .......0,05....................................................(M)
[ ]: ...0,05-x..............................x...........x.......(M)
ĐLTDKL: $K_b=\frac{[NH_4^+][OH^-]}{[NH_3]}=\frac{x^2}{0,05-x}=10^{-4,76}$
=> $x \approx 9,23.10^{-4}=[OH^-]$
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
