Bài 2. Độ tan và tích số tan [PDF]

Zitiervorschau

Báo cáo thực hành Bài 2: ĐỘ TAN-TÍCH SỐ TAN Họ và tên sv: Đoàn Phạm Bảo Lâm MSSV: 19525911

Môn: Thực hành hóa lý Giảng viên HD: Lê Thiết Hùng Tổng kết

Điểm số

Nhận xét

BÀI 2: ĐỘ TAN VÀ TÍCH SỐ TAN 1. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM - Khảo sát sự ảnh hưởng các ion đồng loại đến khả năng tạo tủa - Xác định điều kiện để hình thành một kết tủa trong dung dịch. - So sánh khả năng tạo kết tủa của các ioon trong dung dịch - Tính độ tan và tích số tan 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Tích số tan 2.1.1. Định nghĩa tích số tan Tích số tan của một chất điện ly ít tan được định nghĩa là tích số các nồng độ các ion tự do của nó trong dung dịch bão hòa ở một nhiệt độ nhất định với các số mũ tương ứng là các chỉ số ion trong phân tử. 2.1.2. Điều kiện tạo kết tủa của chất điện ly ít tan Với dung dịch chất điện ly ít tan AmBn ta có cân bằng sau: AmBn (l)  mAn+ (l) + nBm- (l)

1

Vì [AmBn] = 1 nên K = [A+n]m[B-m]n là một hằng số và nó được gọi là tích số tan T. Như vậy T cũng là một loại hằng số cân bằng do đó nó chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tan và nhiệt độ. [A+n]m[B-m]n = T: ta có dung dịch bão hòa trong đó vận tốc hòa tan bằng vận tốc kết tủa. Kết tủa không tạo thành cũng không tan thêm vào dung dịch. [A+n]m[B-m]n < T: dung dịch này là dung dịch chưa bão hòa. Vận tốc hòa tan lớn hơn vận tốc kết tủa, nếu ta thêm chất rắn vào thì nó sẽ tan đến khi đạt trạng thái cân bằng. [A+n]m[B-m]n > T: dung dịch loại này quá bão hòa. Tích số nồng độ các ion trong dung dịch lớn hơn tích số nồng độ bão hòa. Khi đó các ion này sẽ kết hợp với nhau tạo thành kết tủa tách ra khỏi dung dịch làm giảm nồng độ của chúng trong dung dịch cho đến khi đạt trạng thái bão hòa. Như vậy dựa vào quy luật trên người ta có thể điều khiển được quá trình hòa tan hay kết tủa của các chất điện ly ít tan như sau: muốn hòa tan một kết tủa phải thêm vào kết tủa đó các chất có tác dụng làm giảm nồng độ của các ion do kết tủa phân ly ra, thường thì các chất này tạo phức bền với ion của kết tủa hoặc là tạo thành axit mạnh. Ví dụ để hòa tan AgCl có thể dùng NH3 vì chất này tạo phức bề với Ag+ AgCl  Ag+ + ClAg+ + 2NH3  [Ag(NH3)2]+ Muốn hòa tan CaCO3 ta thêm HCl CaCO3  Ca2+ + CO32CO32- + 2H+  H2CO3  H2O + CO2  Muốn kết tủa một chất, phải thêm vào dung dịch một chất có chứa ion đồng loại với kết tủa còn gọi là ion chung để tăng nồng độ ion kết tủa trong dung dịch. Chẳng hạn, dung dịch bão hòa của CaSO4 có T = [Ca2+].[SO42-] = 10-5. Nếu thêm CaCl2 0,01N hay Na2SO4 0,01N vào dung dịch trên thì tích số ion của dung dịch sẽ lớn hơn tích số tan do đó tinh thể CaSO4 sẽ tách ra khỏi dung dịch. 2

3. THỰC NGHIỆM 3.1. Dụng cụ - Nhiệt kế

- Đũa thủy tinh

- Bếp điện

- Pipet 10ml khắc vạch

- Cốc 100ml

- Đèn cồn

- Máy li tâm

- Ống nghiệm

- Thau nhựa 3.2. Hóa chất - CH3COONa 4N

- CaCl2 0,2N và 0,0002N

- NaCl 0,5N

- Na2SO4 0,2N và 0,0002N

- AgNO3 0,1N

- NH4OH đậm đặc

- KI 0,5N 3.3. Tiến hành thí nghiệm 3.3.1. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của ion cùng loại đến độ tan - Dùng pipet lấy 10ml dung dịch CH3COONa 4N và 10ml AgNO3 0,1N cho vào becher. - Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, đem ly tâm toàn bộ dung dịch và kết tủa trong máy ly tâm, gạn bỏ phần nước phía trên. - Thêm 10ml nước cất vào ống nghiệm đang chứa kết tủa, lắc nhẹ một lúc. - Li tâm cho tủa lắng hết xuống đáy ống nghiệm ta sẽ thu được dung dịch CH3COOAg bão hòa bên trên. Chia lượng dung dịch này thành 3 phần bằng nhau, cho vào 3 ống nghiệm: - Ống 1: Thêm từ từ từng giọt dung dịch CH3COONa 4N vào. - Ống 2: Thêm khoảng 2ml dung dịch HNO3đặc, sau đó đun nóng, ghi nhận mùi thoát ra. 3

- Ống 3: Thêm vào vài giọt NH4OH đậm đặc. - Quan sát và giải thích hiện tượng trong từng ống nghiệm. 3.3.5. Thí nghiệm 5: Xác định điều kiện hình thành kết tủa - Cho vào ống nghiệm thứ nhất 2ml dung dịch CaCl2 0,0002N và 2ml dung dịch Na2SO4 0,0002 N lắc đều và đun nhẹ. - Cho vào ống nghiệm thứ hai 2ml dung dịch CaCl2 o,2N và 2ml dung dịch Na2SO4 0,2N lắc đều, đun nhẹ. - Quan sát hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm. Giải thích và viết phương trình phản ứng? Cho biết TCaSO4 = 10-5. 3.3.6. Thí nghiệm 6: So sánh khả năng tạo kết tủa của các ion trong cùng một dung dịch - Dùng pipet lấy 1ml dung dịch NaCl 0,5N và 1ml dung dịch KI 0,5N và 2,5 ml nước cất và 0,5ml dung dịch HNO3 2N cho vào ống nghiệm. - Thêm vào ống nghiệm 2ml dung dịch AgNO3 0,1N, lắc đều cho đến khi kết tủa không tạo thêm. - Nhận xét màu dung dịch và chuyển toàn bộ dung dịch vào ống li tâm để li tâm tách kết tủa. - Gạn phần nước bên trên vào ống nghiệm thứ hai (phần kết tủa được giữ lại ở ống nghiệm đầu để so sánh). - Thêm tiếp vào ống nghiệm thứ hai này 2ml dung dịch AgNO3 0,1N, lắc nhẹ cho đến khi kết tủa xuất hiện, cho toàn bộ vào ống li tâm để tách kết tủa. - Tiếp tục gạn phần nước bên trên sang ống nghiệm thứ 3 và tiến hành tương tự như ống thứ 2 cho đến khi nào kết tủa không tạo thành nữa. - Ghi số lần li tâm và so sánh kết tủa của các lần li tâm về màu sắc kết tủa và lượng kết tủa. - Giải thích hiện tượng (biết ích số tan của các chất TAgCl = 1,8.10-10 và TAgI = 1,1.10-16. 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1. Thí nghệm 4 : Khảo sát ảnh hưởng của ion cùng loại đến độ tan

4

- Ống 1: Xuất hiện kết tủa màu trắng đục. (Kết tủa được tạo thêm) CH3COONa + AgNO3 -> CH3COOAg + NaNO3 - Ống 2: Dung dịch trong suốt, khí thoát ra có mùi giấm ăn. CH3COOAg + HNO3 -> CH3COOH + AgNO3 - Ống 3: Xuất hiện kết tủa đen tạo thành. 2CH3COOAg + 2HNO3 -> 2CH3COONH4 + Ag2O + H2O 4.2. Thí nghiệm 5: Xác định điều kiện hình thành kết tủa - Ống 1: Không tạo kết tủa (không hiện tượng). - Ống 2: Tạo kết tủa màu trắng đục. (Kết tủa của CaSO4) CaCl2 + Na2SO4 -> CaSO4 + 2NaCl 4.3. Thí nghiệm 6: So sánh khả năng tạo kết tủa của các ion trong cùng một dung dịch Phản ứng xảy ra, dung dịch có màu vàng đục. - Li tâm lầm 1: Kết tủa màu vàng lắng xuống đáy, dung dịch trong suốt. - Li tâm lần 2: Kết tủa màu vàng lắng xuống đáy, lượng kết tủa ít hơn, dung dịch trong suốt. Cho dung dịch AgNO3 vào dung dịch sau khi ly tâm lần 2, được dung dịch màu trắng đục. - Li tâm lần 3: Kết tủa trắng lắng xuống đáy, kết tủa ít dần, dung dịch trong suốt. Cho dung dịch AgNO3 vào dung dịch ly tâm lần 3, tạo dung dịch trong suốt. - Li tâm lần 4: Không tạo thành kết tủa. - Li tâm lần 5: Không còn kết tủa dung dịch màu trắng sữa 5. TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU. 5.1 Thí nghiệm 5 : Xác định điều kiện hình thành kết tủa Ống 1: Không tạo thành kết tủa [ Ca2+ ] . [ SO42- ] = 0.0002 . 0.0002 = 4.10-8 < T CaSO4 = 10-5 - Ống 2: Tạo kết tủa trắng CaSO4 trong ống nghiệm: [ Ca2+ ] . [ SO42- ] = 0.2 . 0.2 = 0,04 > T CaSO4 = 10-5 5

Vì tích nồng độ các ion trong ống nghiệm 1 nhỏ hơn tích số tan nên không tạo kết tủa và ngược lại tích nồng độ các ion trong ống nghiệm 2 lớn hơn tích số tan nên phản ứng tạo kết tủa. 5.2 Thí nghiệm 6: So sánh khả năng tạo kết tủa của các ion trong cùng 1 dung dịch. * Giải thích: - Vì TAgCl = 1,8.10-10 > TAgI = 1,1. 10-16 nên AgI sẽ kết tủa có màu vàng. - Sau khi li tâm thì hết lượng I- trong dung dịch nên Ag+ sẽ tạo tủa với Cl- tạo ra kết tủa trắng AgCl. Đến khi hết ion Cl- thì không còn tạo tủa. 6. TRẢ LỜI CÂU HỎI. Câu 5: Anh (Chị) hãy cho biết bản chất của tích số tan. Những yết tố nào ảnh hưởng đến tích số tan? Tích số tan của một chất điện ly ít tan được định nghĩa là tích số các nồng độ ion tự do của nó trong dung dịch bão hòa ở một nhiệt độ nhất định với các số tương ứng là các chỉ số của ion trong phân tử. Những yếu tố ảnh hưởng đến tích số tan: tích số tan không phụ thuộc nồng độ ion mà chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tan và nhiệt độ. Câu 6: Anh (Chị) hãy trình bày quy luật của tích số tan. Ứng dụng quy luật này trong sự hòa tan và tạo thành kết tủa của các chất điện li ít tan? Nồng độ dung dịch ảnh hưởng như thế nào đến sự hòa tan, kết tủa? -

Quy luật của tích số tan:

Với dung dịch chất điện ly ít tan AmBn ta có cân bằng sau: AmBn (l)→ mAn+ (l) + nBm- (l) Vì [AmBn] = 1 nên K = [A+n]m[B-m]n là một hằng số và nó được gọi là tích số tan T. Như vậy T cũng là một loại hằng số cân bằng do đó nó chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tan và nhiệt độ.

6

[A+n]m[B-m]n = T: ta có dung dịch bão hòa trong đó vận tốc hòa tan bằng vận tốc kết tủa. Kết tủa không tạo thành cũng không tan thêm vào dung dịch. [A+n]m[B-m]n < T: dung dịch này là dung dịch chưa bão hòa. Vận tốc hòa tan lớn hơn vận tốc kết tủa, nếu ta thêm chất rắn vào thì nó sẽ tan đến khi đạt trạng thái cân bằng. [A+n]m[B-m]n > T: dung dịch loại này quá bão hòa. Tích số nồng độ các ion trong dung dịch lớn hơn tích số nồng độ bão hòa. Khi đó các ion này sẽ kết hợp với nhau tạo thành kết tủa tách ra khỏi dung dịch làm giảm nồng độ của chúng trong dung dịch cho đến khi đạt trạng thái bão hòa. -

Ứng dụng quy luật tích số tan trong sự hòa tan và tạo thành kết tủa của các chất điện li ít tan:

Câu 7: Kết quả các thí nghiệm: a) Khảo sát ảnh hưởng của ion đồng loại và các chất khác đến độ tan: Giải thích hiện tượng trong từng ống nghiệm. b) Xác định điều kiện để hình thành kết tủa: Quan sát hiện tượng xảy ra trong hai ống nghiệm. Giải thích và viết phương trình phản ứng? Biết TCaSO4 = 10-5. c) So sánh khả năng tạo kết tủa của các ion trong cùng một dung dịch: Số lần ly tâm và so sánh kết tủa của các lần ly tâm về màu sắc kết tủa và lượng kết tủa. Giải thích, biết tích số tan của các chất: TAgCl = 1,8.10-10 và TAgI = 1,1.10-16? a) Khảo sát sự ảnh hưởng của ion cùng loại đến độ tan - Ống 1: Khi cho thêm CH3COONa 4N vào thì xuất hiện các hạt nhỏ hay tinh thể tách ra khỏi dung dịch trong ống nghiệm vì nồng độ ion CH3COO- tăng lên thì tích số ion dung dịch sẽ lớn hơn tích số tan, do đó tinh thể CH3COOAg sẽ tách ra khỏi dung dịch. - Ống 2: Khi cho HNO3 vào thì có khí mùi giấm thoát ra khỏi ống nghiệm vì phản ứng tạo axit acetic có phương trình: CH3COOAg + HNO3 → CH3COOH + AgNO3 - Ống 3: Cho NH4OH vào có kết tủa màu đen xuất hiện vì phản ứng tạo ra Ag2O kết tủa đen. Nhưng kết tủa lập túc bị hòa tan do tạo phức: 7

2CH3COOAg + 2NH4OH → 2CH3COONH4 + Ag2O + H2O Ag2O + 4NH4OH → 2[Ag(NH3)2]OH + H2O b) Xác định điều kiện hình thành kết tủa Ta có phương trình: CaCl2 + Na2SO4 → CaSO4 + 2NaCl + Ống 1: [Ca2+].[SO42-] = 0,0002×0,0002 = 10-8 < TCaSO4 = 10-5 + Ống 2: [Ca2+].[SO42-] = 0,2×0,2 = 0,04 > TCaSO4 = 10-5 Vì trong ống nghiệm 1 tích nồng độ các ion nhỏ hơn tích số tan nên không tạo kết tủa, còn tích nồng độ các ion trong ống nghiệm 2 lớn hơn tích số tan nên tạo ra kết tủa. c) So sánh khả năng tạo kết tủa của các ion trong cùng một dung dịch Chưa ly tâm: ống nghiệm cho kết tủa màu vàng là màu của AgI Qua 4 lần ly tâm thì: + Hai lần đầu tạo kết tủa màu vàng đục. + Lần tiếp theo cho kết tủa màu trắng + Lần cuối không cho kết tủa, dung dịch màu trắng đục. Vì TAgCl = 1,8.10-10 > TAgI = 1,1.10-16 nên AgI tạo kết tủa trước AgCl. Kết tủa vẫn tiếp tục được tạo ra khi thêm AgNO3 cho đến khi I- hết thì Ag+ mới phản ứng với Cl- tạo kết tủa AgCl. Đến khi Cl- hết thì không tạo ra kết tủa nữa. Từ kết tủa vàng → kết tủa trắng → không tạo thành kết tủa. 7. KẾT LUẬN_ BÀN LUẬN - Điều kiện tạo thành kết tủa: + Khi tích nồng độ ion trong dung dịch nhỏ hơn tích số tan thì dung dịch đó chưa bão hòa và không tạo thành kết tủa. 8

+ Khi tích nồng độ ion trong dung dịch lớn hơn tích số tan thì dung dịch đó quá bão hòa và kết tủa được tạo thành. + Khi tích nồng độ ion trong dung dịch bằng tích số tan thì dung dịch đó bão hòa.  Tích nông độ các ion trong dung dịch quyết định đến sự hòa tan, kết tủa: Độ bão hòa của

dung dịch càng lớn thì khả năng tạo kết tủa càng lớn và ngược lại. - Dựa vào quy luật tích số ta mà ta có thể điều khiển được quá trình hòa tan hay kết tủa của chất điện li ít tan:

9