Bài tập phân tích định tính

[anhtuan_a3_92]

Nguyên văn bởi Trần Văn Quyết

Mọi người có thể nói giúp em về bản chất của định luật bảo toàn proton (hay điều kiện proton) không! Biểu thức của nó là gì? Nó có liên hệ gì với định luật bảo toàn nồng độ và ĐL bảo toàn điện tích không?
Lấy ví dụ với dd chứa H3PO4 0.3 M và PO4(3-) 0.15 M cho dễ hiểu hen (các nồng độ được cho khi chưa có sự điện li).

Điều kiện p là sự kết hợp của định luật bảo toàn nồng độ và định luật bảo toàn điện tích thôi, nhưng việc hiểu điều kiện p giúp việc đưa ra quan hệ giữa nồng độ các cấu tử trong dung dịch một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn, muốn hiểu rõ thì tốt nhất là bạn nên đọc một số giáo trình hóa phân tích
Về vd của bạn điều kiện p là :
[H+]=[OH-]+[H2PO4-]+2[HPO42-]+ 3(0,15-[PO43-])
Nồng độ H3PO4 cho chỉ phục vụ cho việc tính toán về sau thôi

[Hồ Sỹ Phúc]

[QUOTE=Trần Văn Quyết;58380]mình thử tìm trên mạng nhưng không thấy có giáo trình nào nói chi tiết về định luật này cả. Nếu bạn nào biết, có thể chỉ cho mình không?/QUOTE]
Sách của thầy Nguyễn Tinh Dung đó bạn. Bạn lên mượn thư viện nhé. Hoá học phân tích - Phần 1: Cân bằng ion trong dung dịch
Thân!

[giotnuoctrongbienca]

Nguyên văn bởi Trần Văn Quyết

mình thử tìm trên mạng nhưng không thấy có giáo trình nào nói chi tiết về định luật này cả. Nếu bạn nào biết, có thể chỉ cho mình không?

Đúng như bạn Hồ Sỹ Phúc gợi ý, ĐHKHTN Hà Nội có cuốn giáo trình của Thầy Từ Vọng Nghi Phần I "Cơ sở lý thuyết các phương pháp Hóa Phân Tích", trang 42 có ghi "Phương trình bảo toàn Proton của một dung dịch acid-baz là phương trình biểu diễn sự trao đổi proton của các acid-baz có trong dung dịch đó qua các nồng độ cân bằng của các cấu tử trong dung dịch: số mol proton của acid cho luôn bằng số mol proton của các baz nhận".

Ta có thể nhận xét thế này:
- Chỉ có thể xét phưong trình bảo toàn proton của 1 hệ khi hệ đó đạt CÂN BẰNG tức không còn phải ứng hóa học trong dung dịch.
- phương trình bảo toàn proton là phương trình cơ bản được dùng để tính pH của một dung dịch. Các phương trình bảo toàn điện tích và phương trình bảo toàn khối lượng cũng chỉ đóng vai trò phụ trong tính toán mà thôi. Rất nhiều trường hợp với một dung dịch đơn giản ta có thể thấy phương trình bảo toàn proton trùng với phương trình bảo toàn điện tích.
- Phương trình bảo toàn proton làm lộ rõ các cân bằng ion trong dung dịch có liên quan đến sự thay đổi pH của dung dịch (tức là chỉ có các phản ứng trao đổi proton mà thôi) và lược bỏ hết những cân bằng không có liên quan đến trao đổi proton có thể gây "rối" trong tính toán pH.
Ví dụ 1: một dung dịch chứa 0.3 M H3PO4
Trong dung dịch nước, H3PO4 có các cân bằng phân ly có liên quan đến trao đổi proton như sau
H3PO4 <--> H+ + H2PO4(-)
H2PO4 <--> H+ + HPO4(2-) (hay H3PO4 <--> 2H+ + HPO4(2-))
HPO4 <--> H+ + PO4(3-) (hay H3PO4 <--> 3H+ + PO4(3-))
H2O <--> H+ + OH-
Viết phương trình bảo toàn proton:
- mỗi cân bằng phân ly, nhìn vế phải, cấu tử nào mang tính acid hơn sẽ đặt 1 vế, cấu tử mang tính baz hơn đặt ở vế bên kia của dấu "=".
- Nhìn xuất phát điểm của từng cấu tử để biết các hệ số trong phương trình bảo toàn proton.
Theo như những nhận xét trên, phưong trình bảo toàn proton của dung dịch H3PO4 như sau: [H+] = [H2PO4] + 2[HPO4] + 3[PO4] + [OH].
Ví dụ 2: dd chứa hỗn hợp H3PO4 0.3 M và PO4(3-) 0.15 M
Đây là hỗn hợp một acid đa chức và 1 baz đa chức --> có phản ứng hóa học
H3PO4 + PO4(3-) --> H2PO4 + HPO4
0.15 0.15 --> 0.15 0.15
Dự 0.15 M H3PO4 --> H3PO4 + HPO4 --> 2H2PO4
0.15 0.15 --> 0.3
Như vậy dung dịch lúc cân bằng sẽ chứa 0.45M H2PO4
Các cân bằng trao đổi proton:
H2PO4 (-) --> HPO4(2-) + H+
HPO4 (2-) --> PO4 (3-) + H+
H2PO4 (-) + H2O --> H3PO4 + OH-
H2O --> H+ + OH-
Phương trình bảo toàn proton: [H+] + [H3PO4]= [HPO4] + 2[PO4] + [OH].

Thân ái

[Hồ Sỹ Phúc]

Thầy giotnuoc... ơi!Định luật bảo toàn proton không phụ thuộc vào thành phần mình chọn làm mốc (Gọi là mức không). Nếu chọn thành phần nào là Mức không thì chúng ta chỉ biểu diễn sự cho - nhận proton từ các chất có ở mức không. Biểu thức của bạn anhtuan_a3_92 là gần đúng rồi đấy ạ!
Cụ thể là thế này:
Chọn mức không là H3PO4 và H2O, ta có:
H3PO4 -> H+ H2PO4-...........(1)
H3PO4 -> 2H+ + HPO42-......(2)
H3PO4 -> 3H+ + PO43-........(3)
H2O -> H+ + OH-................(4)
Ta có:
[H+] = [H+](1) + [H+](2) + [H+](3) + [H+](4)
[H+] = [H2PO4] + 2[HPO4] + 3[PO4](3) + [OH] (không viết điện tích nhé!).....(*)
Ta có [PO4] = [PO4](ban đầu) + [PO4](3) = 0,15 + [PO4](3)
-> [PO4](3) = [PO4] - 0,15...........(**)
Thay (**) vào (*) ta có:
[H+] = [H2PO4] + 2[HPO4] + 3([PO4] - 0,15) + [OH]
Muốn hiểu rõ hơn, các bạn đọc sạc của thầy Nguyễn Tinh Dung hoặc Thầy Từ Vọng Nghi nhé!
Thân!

[giotnuoctrongbienca]

Cảm ơn bạn Hồ Sỹ Phúc về những kiến giải của bạn đã post vừa rồi.
Tôi có một và ý kiến thế này về phần bài post của tôi sau khi đối chiếu suy nghĩ, kiến thức của mình với các tài liệu hiện có (Cơ Sở Lý Thuyết Hóa Học Phân Tích - Nguyễn Thạc Cát, Từ Vọng Nghi - Đào Hũu Vinh; Hóa Học Phân Tích (Phần 1)- Từ Vọng Nghi) như sau:
- pH của một dung dịch chỉ đuợc tính đến khi và chỉ khi dung dịch đó thiết lập đuợc cân bằng tức là các phản ứng hóa học của dung dịch đó đạt cân bằng. Xét trường hợp hỗn hợp H3PO4 và PO4(3-), tôi cho rằng hệ này chưa đạt cân bằng, phải xét tới các phản ứng của hệ này trước đã. Phần xét các phản ứng hóa học, tôi đã trình bày rõ ràng trong lần post trước. Vì vậy tôi đã (và luôn) lấy trạng thái cân bằng này là "xuất phát điểm" để xét các cân bằng trao đổi proton trong dung dịch mà thôi.
- Trong tất cả các trường hợp, công thức chỉ là phương tiện tính toán mà thôi. Chúng ta phải hiểu rõ bản chất và ứng xử của từng cấu tử trong hệ cũng như tương tác giữa các cấu tử với nhau. Căn cứ vào các hiểu biết này, ta mới tiến tới xác lập các quan hệ định lượng giữa chúng qua các định luật cho các cân bằng nêu trên. Nếu áp dụng như vậy, chúng ta không bao giờ nhầm lẫn do dù tình huống thực tế có phức tạp tới đâu, kể cả đề bài có "bẫy" mà hỗn hợp H3PO4+PO4(3-) đuợc tôi xem là 1 ví dụ.

Thân ái

Nguyên văn bởi Hồ Sỹ Phúc

Thầy giotnuoc... ơi!Định luật bảo toàn proton không phụ thuộc vào thành phần mình chọn làm mốc (Gọi là mức không). Nếu chọn thành phần nào là Mức không thì chúng ta chỉ biểu diễn sự cho - nhận proton từ các chất có ở mức không. Biểu thức của bạn anhtuan_a3_92 là gần đúng rồi đấy ạ!
Cụ thể là thế này:
Chọn mức không là H3PO4 và H2O, ta có:
H3PO4 -> H+ H2PO4-...........(1)
H3PO4 -> 2H+ + HPO42-......(2)
H3PO4 -> 3H+ + PO43-........(3)
H2O -> H+ + OH-................(4)
Ta có:
[H+] = [H+](1) + [H+](2) + [H+](3) + [H+](4)
[H+] = [H2PO4] + 2[HPO4] + 3[PO4](3) + [OH] (không viết điện tích nhé!).....(*)
Ta có [PO4] = [PO4](ban đầu) + [PO4](3) = 0,15 + [PO4](3)
-> [PO4](3) = [PO4] - 0,15...........(**)
Thay (**) vào (*) ta có:
[H+] = [H2PO4] + 2[HPO4] + 3([PO4] - 0,15) + [OH]
Muốn hiểu rõ hơn, các bạn đọc sạc của thầy Nguyễn Tinh Dung hoặc Thầy Từ Vọng Nghi nhé!
Thân!

[Hồ Sỹ Phúc]

Em xin lỗi thầy giotnuoc...! Quả là em không có ý kiến khác với thầy đâu ạ. Bài của thầy post ở trên là hoàn toàn chính xác mà.
Ở trên em chỉ muốn sửa bài của bạn anhtuan_a3_92 một chút thôi ạ!
Còn phương trình của thầy và của em post ở trên tuy có vẻ khác nhau, nhưng nếu lưu ý đến định luật bảo toản nồng độ nữa thì ta có thể dễ dàng thầy được cả 2 chỉ là một. Điều đó chứng tỏ sự đúng đắn của Định luật bảo toàn proton: Cho dù chọn mức không ở đâu thì phương trình thu được thực chất cũng chỉ là một mà thôi
Biểu thức ĐLBT Nồng độ:
C(H3PO4) + C(PO43-)= [H2PO4] + 2[HPO4] + [PO4] + [H3PO4] = 0,45M
Nhờ các bạn kiểm tra sự thống nhất của 2 phương trình của thầy giotnuoc...và của tôi post ở trên!
Thân!

[Ngài Bin (Mr.Bean)]

Vậy những cặp oxi hoá - khử nào có thế phụ thuộc vào pH, những cặp nào không phụ thuộc? Hay tất cả đều phụ thuộc pH?

[tranlevanthanh]

Nguyên văn bởi Ngài Bin (Mr.Bean)

Vậy những cặp oxi hoá - khử nào có thế phụ thuộc vào pH, những cặp nào không phụ thuộc? Hay tất cả đều phụ thuộc pH?

Theo mình thì chỉ những quá trình khử có sự tham gia của H+ hay OH- thì PH mới ảnh hưởng đến thế điện cực chuẩn mà thôi.
Mong các ban trao đổi thêm.
Thân !

[Hồ Sỹ Phúc]

Nguyên văn bởi tranlevanthanh

Theo mình thì chỉ những quá trình khử có sự tham gia của H+ hay OH- thì PH mới ảnh hưởng đến thế điện cực chuẩn mà thôi.
Mong các ban trao đổi thêm. Thân !

Xét chung cho toàn bộ các quá trình thì các cặp thế oxi hoá- khử đều phụ thuộc vào pH, do nó ảnh hưởng đến "quá trình phụ" khác ( là các quá trình k phải oxi hoá - khử), ví dụ như thuỷ phân (proton hoá của anion, sự tạo phức hidroxo của ion kim loại...) của các dạng oxi hoá - khử, sự tạo phức, sự tạo kết tủa... Đặc biệt là độ bền của ion có phụ thuộc vào pH. Do đó thường người ta tiến hành xác định ở một pH cố định, khi đó người ta cũng sử dụng thế điều kiện để tính toán.
Ví dụ rõ nhất: Thế của cặp MnO4-/MnO42- trong môi trường kiềm là 0,564V, nhưng trong môi trường axit do MnO42- rất kém bền nên thế của cặp này tăng mạnh, thực tế không xác định được vì MnO42- thực sự không tồn tại trong môi trường axit...
Mong được sự trao đổi thêm từ các bạn!

Thân!

[Trần Văn Quyết]

Xin lỗi mọi người vì đã chen ngang nhé.
Anh Phúc, thầy giotnuoctbc xem em giải thế này có được không.
Vừa mới trộn:
C(K2Cr2O7) = 0.1/2 = 0.05M
C(Ba(NO3)2) = 1/2 = 0.5M
Ba2+ dư rất nhiều nên coi như sau pư:
[Ba2+] = 0.5 - 0.05*2 = 0.4 M
[H+] = 0.1 M
Và:
[CrO42-] = Ks/[Ba2+] = 10^-9.7/0.4 = 10^-9.30206 = 10^-9.302 M
=> [Cr2O72-] = 0.5*10^-9.302 = 10^-9.603 M
Đó là thành phần giới hạn của hệ.
Cr2O7(2-) + H2O ---> 2CrO4(2-) + 2H(+) ; K = 10^-14.4
10^-9.6____________10^-9.3_____0.1
x__________________2x________2x
10^-9.6-x________10^-9.3+2x____0.1+2x
K = [ (10^-9.3+2x)^2*(0.1+2x)^2 ] / (10^-9.6-x) = 10^-14.4
x = -2.577*10^-10
Có nghĩa là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.
pH dd thay đổi không đáng kể ( = 1).

Cám ơn mọi người nhiều nhé.
Ah, định luật hợp thức là gì vậy, anh Phúc.