4.3.11. Cân bằng trong các dung dịch muối acid

ℎ DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL Ví dụ 4.18 Tính pH của dung dịch Na2CO3 0,1 M. Giải Na2CO3  2Na+ + CO3 2CO3

2- + H+ ⇌ HCO3

- ��2 −1= (10-10,33)-1 (i) HCO3

- + H+ ⇌ H2CO3 ��1 −1 = (10-6,35)-1 (ii) H2O ⇌ H+ + OH- Kw (iii) ��2 −1>>��1

−1 nên ta tính theo quá trình chủ yếu là:

CO3 2- + H2O ⇌ HCO3

- + OH- Kw ��2 −1

NĐ ban đầu 0,1 0 0 NĐ cân bằng 0,1- x x x Kết quả tính cho x = [OH-] = 10-2,34 M; [H+] = 10-11,66 M; pH = 11,66.

Áp dụng: Hãy thiết lập phương trình tổng quát để tính nồng độ cân bằng các ion trong dung dịch chứa hỗn hợp NaOH và Na2CO3 với các nồng độ tương ứng C1 và C2 mol/l. Đs:

h− ���� +��1 +��2 2ℎ2 + ��1ℎ =0 ℎ2 +��1ℎ+ ��1��2

4.3.11. Cân bằng trong các dung dịch muối acid

Ở đây muối được hình thành do kết quả trung hòa một phần các đa acid bằng base mạnh hoặc trung hòa một phần đa base bằng acid mạnh. Do acid chỉ bị trung hòa một phần nên sản phẩm hình thành vẫn còn tính acid. Mặt khác, khi bị trung hòa thì acid lại chuyển thành dạng base liên hợp với nó. Vì vậy, các muối acid vừa có tính acid vừa có tính base (thường nói là chúng có tính lưỡng tính). Các muối acid của acid đa chức như: NaHCO3, NaH2PO4, KH2PO4, NaHS,... và các acid amin. Chẳng hạn, trong dung dịch muối NaHA (của acid 2 chức H2A) hòa tan và phân ly hoàn toàn trong nước. Có 4 quá trình trong dung dịch: NaHA  Na+ + HA- (i)

HA- + H+ ⇌ H2A K1 ℎ DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL

-1 (ii) HA- ⇌ H+ + A2- K2 (iii) H2O ⇌ H+ + OH- Kw (iv) Trong đa số các trường hợp, các quá trình này là những quá trình yếu, bởi vì như đã biết sự phân ly của nước là rất yếu, sự phân ly của đa acid ở nấc thứ hai và các nấc về sau thường cũng yếu. Trong khi đó sự phân ly của các đa acid ở nấc đầu là tương đối mạnh hơn, do đó quá trình kết hợp proton ở giai đoạn tương ứng lại cũng không lớn. Do đặc điểm như vậy, nên trong đa số trường hợp, các muối acid có phản ứng acid hoặc base yếu (pH trong khoảng 3 – 11). Tùy theo mối quan hệ của các cân bằng (ii), (iii) và (iv) mà sẽ quyết định đến môi trường của dung dịch. Việc tính toán cân bằng trong dung dịch muối acid trong trường hợp tổng quát cũng dựa vào việc tổ hợp các định luật tác dụng khối lượng, bảo toàn nồng độ, bảo toàn điện tích.

Từ ba phương trình (ii), (iii) và (iv), áp dụng điều kiện proton cho các cân bằng ta có: h = [A2-] + [OH-] - [H2A] (v)

Thay hằng số K1 và K2 của acid H2A vào (v) ta có: h = ��2[����−] ℎ ℎ[����−] ��1 (vi)

Sau khi tổ hợp cần thiết ta rút ra: ℎ =[��+]= √���� 1+ +��2[����−] ��1 −1[����−] (4.19) Nếu nồng độ của muối NaHA (Cm) lớn, nồng độ [HA-] trong dung dịch lớn hơn nhiều so với [A2-] và [H2A]. Ta chấp nhận [HA-] ≈ Cm, khi ấy phương trình (4.19) trở thành: ℎ = √��1��2����+��1���� ��1+���� (4.19a)

Nếu cần phải tính chính xác hơn thì ta tính lại nồng độ HA- dựa vào biểu thức: [����−]=����

��1ℎ ℎ2+��1ℎ+��1��2 Trong đó h được tính từ biểu thức (4.19a). Đưa giá trị [HA-] vừa tính được vào biểu thức (4.19) sẽ tính được h chính xác hơn.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL

Tuy nhiên, trong đa số các trường hợp có thể tính toán gần đúng dựa vào việc phân tích mối quan hệ giữa các cân bằng. (1) Nếu cân bằng cho proton của ion HA- chiếm ưu thế so với cân bằng cho proton của nước, nghĩa là Kw << K2Cm và K1<< Cm, phương trình (4.19a) sẽ là: h = √��1��2 (4.19b) (2) Nếu cân bằng cho proton của nước chiếm ưu thế so với cân bằng phân ly của ion HA-. Điều này xảy ra khi bước phân ly thứ 2 của acid là vô cùng yếu và nồng độ muối là rất bé. Điều kiện gần đúng ở đây là KW >> K2Cm.

Trong dung dịch có các quá trình:

HA- + H2O ⇌ H2A + OH- Kw ��1 −1 (vii)

H2O ⇌ H+ + OH- Kw (viii)

Và nếu Kw << Kw��1 −1Cm hay K1<< Cm thì cân bằng (vii) là chủ yếu và có thể dùng để tính toán nồng độ của các cấu tử còn lại và phương trình (4.19a) sẽ là: h= √������1 Cm (4.19c)

Ví dụ 4.19

Tính pH của dung dịch NaHCO3 0,10 M.

Giải

Hãy xem xét điều kiện để sử dụng công thức tính: Hằng số K1 và Cm: K1 = 4,45.10-7<< 0,10 Tích số K2.Cm = 4,7.10-11.0,10 >>10-14

Vì vậy, tính h theo công thức (4.19b): ℎ = √4,45.10−7 .4,7.10−11 =4,6.10−99  pH = 8,34

Áp dụng: Tính nồng độ cân bằng các cấu tử và pH của dung dịch NaHCO3 2.10-2 M. ĐS: Nồng độ mol của [H2CO3] = [CO3 2-] = 2.10-4 M; [HCO3 -] = 1,96.10-2 M; pH = 8,34.

Ví dụ 4.20

Tính pH của dung dịch Na2HPO4 1,0.10-3 M.

Giải