BÀI TẬP HÓA PHÂN TÍCH AI CHỈ GIÚP MÌNH 2 BÀI NÀY VỚI : 1/ DD A GỒM M(ClO4)2, NA2H2Y, NAOH. PIN : Pt / H2 (1 atm), H+ (1M) // dung dịch A / M PHẢN ỨNG TRONG PIN LÀ GÌ ? 2/ DỘI DD ACID CHỨA TiO(2+), FE3+, AG+ QUA ỐNG KHỬ WALDEN (CHỨA AG KL). PHẢI GIỮ NỒNG ĐỘ Cl- Ở KHOẢNG NỒNG ĐỘ NÀO ĐỂ CÓ MỘT ION BỊ KHỬ HOÀN TOÀN (99,9%) KHI QUA CỘT. ION ĐÓ LÀ ION NÀO ? CHO : E0 (AG+/AG) = 0,8V, T AGCL = 10^-10, E0 (FE3+/FE2+) = 0,77V E0 (TIO(2+), 2H+ / TI3+) = 0,1V
Mình chưa bao giờ học qua Hóa Phân Tích nhưng đây là cách mình "đoán mò" cho bài số 2 dựa trên những kiến thức căn bản của General Chemistry và internet search cho cái cụm từ "ống khử Walden": (1) Trình tự suy nghĩ: khi có mặt Cl-, reduction potential (điện thế khử?) của cặp AgCl/Ag thấp hơn giá trị có được từ cặp Ag+/Ag (0.8 V) đơn giản là vì một phần Ag+ tự do đã bị rút bớt đi để tạo thành AgCl precipitate. (<--- Nernst equation cho bạn biết điều này.) Do đó, điện thế khử của cặp AgCl/Ag có thể thấp hơn giá trị 0.77 V của cặp Fe3+/Fe2+, và Fe3+ có nguy cơ bị khử bởi Ag có mặt trong ống khử Walden. Tuy nhiên, khi có nhiều Fe2+ tạo ra sau phản ứng, cái potential của quá trình này sẽ giảm xuống. Ta phải giữ [Cl-] ở một mức nào đó để khi mà 99.9% Fe3+ đã bị khử, mức thế không bị xuống dưới 0.1 V. (Nếu để xuống thấp hơn thì quá trình trên sẽ đi ngược lại (tức là không có 99.9% Fe3+ bị khử) và Fe2+ bắt đầu có khả năng khử TiO2+ thành Ti3+. (2) Cách giải: Ag = Ag+ + e Eo1 = -0.8 V ---> K1 = exp(nFE/RT) = 2.95x10^-14 Ag+ + Cl- = AgCl K2 = 10^10 Do đó, Ag + Cl- = AgCl + e K3 = 2.95x10^-4 hay Eo3 = -0.21 V (Hay nói cách khác là điện thế khử tiêu chuẩn của cặp Ag+/Ag đã bị giảm một cách nghiêm trọng từ 0.8 V xuống 0.21 V khi có mặt của 1 M dung dịch [Cl-].) Ta biết rằng, Fe3+ + e = Fe2+ Eo4 = 0.77 V ---> Fe3+ + Ag + Cl- = AgCl + Fe2+ Eo = Eo3 + Eo4 = 0.56 V (tức là ở điều kiện tiêu chuẩn thì phản ứng này sẽ xãy ra). -Điện thế của quá trình trên khi có 99.9% Fe3+ đã bị khử: E1 = 0.56 - (RT/nF) ln{[Fe2+]/([Fe3+]*[Cl-])} = 0.383 + 0.02568 ln[Cl-] -Điện thế khử của cặp Fe3+/Fe2+ khi có 99.9% Fe3+ đã bị khử: E2 = 0.77 - (RT/nF) ln([Fe2+]/[Fe3+]) = 0.77 - (RT/nF) ln(0.999/0.001) = 0.593 V -Điện thế khử tiêu chuẩn của cặp TìO2+/Ti3+, E3 = 0.1 V Điều kiện cần thiết: 0.1 < E1 < 0.593 V ---> 1.6x10^-5 < [Cl-] < 3.6x10^3 M Con số 3.6x10^3 là quá lớn và chỉ là kết quả dựa trên tính toán. Trong thực tế, ta khó có thể tạo ra một [Cl-] nào lớn hơn con số này. Do đó, chỉ cần [Cl-] > 1.6x10^-5 M là đã đủ. Hy vọng bài giải ở trên được chính xác hay ít ra là cách suy nghĩ được đúng để có partial cre*** trong trường hợp tính toán bị sai. Được LessThanPerfect sửa chữa / chuyển vào 06:09 ngày 22/11/2007
Hic, nảy giờ mình tưởng "PIN" là viết tắt của chữ gì nữa chứ. Ai ngờ là battery? Mình cũng không biết Na2H2Y là chất gì luôn. Nói tóm lại là mình chỉ đoán mò. (1) Nếu cái salt bridge hay membrane (//) cho phép (ClO4)- đi qua phía Pt / H2, H+ thì -Ở anode: M = M2+ + 2e -Ở cathode: (ClO4)- + 2H+ + 2e = (ClO3-) + H2O (2) Nếu chỉ có anions đi từ H2 sang M, và cations đi theo chiều ngược lại thì -Ở anode: M = M2+ + 2e -Ở cathode: 2H+ + 2e = H2. Mình bet (2).
Phần giải thích ở trên của mình có lẽ là ... sai. thấy nó kì kì sao ấy, nhất là phần 0.1 V của (TiO)2+ / Ti3+. Sau đây là một cách giải khác. Như bạn thấy ở trên, AgCl + e = Ag + Cl- Eo1 = 0.21 V E1 = 0.21 - 0.02568 ln[Cl-] Fe3+ + e = Fe2+ Eo2 = 0.77 V E2 = 0.77 - 0.02568 ln([Fe2+]/[Fe3+]) Khi [Fe2+]/[Fe3+] = 0.999/0.001, E2 = 0.593 V (TiO)2+ + e + 2H+ = Ti3+ + H2O Eo3 = 0.1 V E3 = 0.1 - 0.02568 ln{[Ti3+]/([TiO2+]*[H+]^2)} Để có trên 99.9% Fe3+ bị khử thành Fe2+, E1 < 0.593 V ---> [Cl-] > 3.3x10^-7 M. Lưu ý rằng, khi ta tăng [Cl-], reduction potential của AgCl/Ag giảm và Ag có tính khử mạnh hơn. Giả sử [Cl-] = 1 M, rõ ràng là hơn 99.9% Fe3+ sẽ bị khử. Còn (TiO)2+ thì sao? Với [Cl-] = 1 M, E1 = 0.21 V và giá trị này là không thay đổi trong suốt quá trình phản ứng tại vì E1 chỉ phụ thuộc vào [Cl-] và [Cl-] đã được fixed. Ở trạng thái cân bằng, E3 phải bằng 0.21 V. ---> 0.1 - 0.02568 ln{[Ti3+]/([TiO2+]*[H+]^2)} = 0.21 hay [Ti3+] / ([(TiO)2+]*[H+]^2) = 1.4x10^-2 Giả sử [H+] ở trạng thái cân bằng là khoảng 1 M, tỉ lệ [Ti3+]/[(TiO)2+] = 1.4x10^-2. Hay nói cách khác, chỉ có khoảng 1% (TiO)2+ đã bị khử. Ta thấy rằng ngay cả với nồng độ tương đối cao cho [Cl-] và [H+] (khoảng 1 M), chỉ có khoảng 1% (TiO)2+ bị khử khi cho dung dịch đi qua ống khử Walden. % (TiO)2+ bị khử sẽ giảm đi rất nhiều nếu như [Cl-] và/hoặc [H+] bị giảm đi. Nói tóm lại, khi cho dung dịch trên đi qua ống khử Walden với [Cl-] lớn hơn 3.3x10^-7 M, hơn 99.9% Fe3+ sẽ bị khử trong khi chỉ một phần rất nhỏ (TiO)2+ bị khử.
Na2H2Y là muối của acid EDTA đó bạn, EDTA có tên gọi là acid eilen diamin tetra acetic, kí hiệu là H4Y. nhưng đáp số trong sách lại ra là 10^-5,49 < [Cl-] < 10^-2,14 cơ. Dù sao cũng cám ơn bạn nhé, bạn nhiệt tình quá
Đây lần giải cuối cùng cho câu hỏi số 2 này với một số thay đổi:giữ lại thêm một vài significant digits, dùng log thay vì ln. Quan trọng hơn hết là điều kiện về "bị khử hoàn toàn", thay vì 99.9% nếu ta dùng 99.99% thì kết quả sẽ giống đáp số trong sách đấy bạn ạ. Cách giải: Ag = Ag+ + e Eo'' = -0.8 V ---> K'' = exp(nFE/RT) = 2.95x10^-14 Ag+ + Cl- = AgCl K" = 10^10 Do đó, Ag + Cl- = AgCl + e K"'' = 2.95x10^-4 hay Eo"'' = -0.209 V Nói cách khác, reduction potential (điện thế khử?) tiêu chuẩn của cặp Ag+/Ag đã bị giảm một cách nghiêm trọng từ 0.8 V xuống 0.209 V khi có mặt của 1 M dung dịch [Cl-]. AgCl + e = Ag + Cl- Eo1 = 0.209 V E1 = 0.209 - 0.05916 log[Cl-] Fe3+ + e = Fe2+ Eo2 = 0.77 V E2 = 0.77 - 0.05916 log([Fe2+]/[Fe3+]) Khi [Fe2+]/[Fe3+] = 0.9999/0.0001, E2 = 0.533 V (TiO)2+ + e + 2H+ = Ti3+ + H2O Eo3 = 0.1 V E3 = 0.1 - 0.05916 log{[Ti3+]/([TiO2+]*[H+]^2)} Giả sự [H+] ở điều kiện cân bằng là 1 M. Khi tỉ lệ [Ti3+]/[(TiO)2+] = 0.0001/0.9999, E3 = 0.337 V. Để có trên 99.99% Fe3+ bị khử thành Fe2+, E1 < 0.533 V ---> [Cl-] > 10^-5.48 = 3.3x10^-6 M. Để (TiO)2+ KHÔNG bị khử (nghĩa là tỉ lệ [Ti3+]/[(TiO)2+] < 0.0001/0.9999, E1 > 0.337 V. ---> [Cl-] < 10^-2.16 = 6.9x10^-3 M. Nói tóm lại, 10^-5.48 < [Cl-] < 10^-2.16 M.
Mình hiểu được cách làm của bạn rồi. Nhưng cho mình hỏi thêm : sao bài đó không làm theo cách ngược lại : Fe3+ không bị khử ?
Không phải mình giúp bạn giải được một bài rồi có ý lên giọng này nọ kia. Mình chỉ muốn góp ý (một cáchrất thẳng thắng) với hy vọng bạn sẽ sửa đổi cách học tập để ngày càng tiến bộ. Cái câu hỏi được quoted lại ở trên chỉ chứng tỏ một trong hai điều. Một là bạn vẫn chưa hiểu bài. Còn hai, nếu bạn đã hiểu bài như bạn đã nói, thì câu hỏi chỉ chứng tỏ là bạn rất lười suy nghĩ. Nếu bạn hiểu bài và chịu suy nghĩ thì bạn đã có thể tự trả lời cho chính câu hỏi của mình. Còn nữa, trình tự suy nghĩ và cách giải trong lời giải thứ hai và thứ ba của mình là hoàn toàn giống nhau. Sự khác biệt về kết quả cuối cùng chỉ do giả thuyết ta đặt ra về vấn đề "khử hoàn toàn" (99.9% vs. 99.99%). Thế mà phản ứng của bạn lại rất khác nhau. Response của bạn cho lời giải thứ hai là theo kiểu... "Nó không giống đáp số trong sách. Dù sao cũng cảm ơn nhưng thôi chúng ta hãy move on." Còn response của bạn cho lời giải thứ ba (giống đáp số) là "mình đã hiểu!" Sự quá khác biệt diễn ra quá nhanh này chỉ chứng tỏ một việc: bạn mưu cầu một lời giải đúng đáp số thay vì thật sự muốn hiểu bài. Nếu bạn cho rằng hoặc cảm thấy một bài giải bị sai thì bạn cũng nên tự hỏi xem nó sai chỗ nào, vì sao nó sai và cùng nhau thảo luận. Nếu bạn tìm lại những lần trao đổi giữa bạn và mình ở những bài trước và qua private messages, bạn sẽ thấy rằng mình luôn trình bày phần nào mình đồng ý và không đồng ý với cách giải của bạn, chỉ cho bạn thấy nó sai ở chỗ nào và vì sao nó sai. Học tập từ cái sai cũng là một cách để tìm câu trả lời đúng. Thí dụ, mình cũng đã sai trong lần giải thứ nhất bời vì (1) mình dùng hiệu điện thế của một phản ứng đi so sánh thay vì điện thế của mỗi cặp, và (2) mình dùng điện thế tiêu chuẩn 0.1 V để so sánh trong khi nồng độ của các ions trong dung dịch hoàn toàn không đáp ứng yêu cầu về điều kiện tiêu chuẩn. Mình lớn tuổi hơn bạn không nhiều và hoàn toàn không có ý dạy đời ai cả. Chỉ vì những lỗi mà bạn mắc phải bây giờ cũng chính là những cái mà mình đã phạm phải khi xưa nên mình nói để bạn tránh. Hy vọng bạn không ngại. Góp ý đã xong và bây giờ là quay trở lại với câu hỏi: Tại sao ta không làm ngược lại, cho rằng Fe3+ không bị khử? Theo cách giải ở trên, khi [Fe2+]/[Fe3+] = 0.0001/0.9999, E2 = 1.007 V. Để Fe3+ không bị khử E1 phải > 1.007 V. Điều này dẫn đến [Cl-] < 3.3x10^-14 M. Phải chăng đây là một kết quả có thể áp dụng được vào trong thực tế? Câu trả lời là KHÔNG! Bài giải dựa trên giả thuyết về sự tạo thành AgCl precipitate (và do đó mới có việc điện thế khử của Ag+/Ag giảm từ 0.8 V xuống 0.21 V cho AgCl/Ag). Do đó [Cl-]*[Ag+] phải = 10^-10. Nếu [Cl-] < 3.3x10^-14 M, thì {Ag+] > 3.0x10^3 M, một giá trị không tồn tại trên thực tế. Okay, một lập luận khác cho rằng [Cl-] quá nhỏ nên sẽ không có sự tạo thành AgCl precipitate. Thế thì kết quả sẽ như thế nào? Nếu như không có sự tạo thành AgCl precipitate, [Cl-] sẽ KHÔNG ảnh hưởng đến điện thế khử của cặp Ag+/Ag. Do đó, ta có Ag+ + e = Ag Eo1 = 0.8 V E1 = 0.8 + 0.05916 log[Ag+] Để Fe3+ không bị khử, E1 phải > 1.007 V. Điều này yêu cầu [Ag+] có mặt trong dung dịch ban đầu lại vẫn phải lớn hơn 3.0x10^3 M, một giá trị không có được trên thực tế. Nói tóm lại, với điều kiện được trình bày ở đầu bài thì Fe3+ sẽ bị khử khi đi qua ống khử Walden.
Cám ơn bạn, thật ra mình không lười suy nghĩ đâu. Chẳng qua là mình đã thật sự chịu thua mấy bài đó mới đem đi hỏi. Chứ bạn thử nghĩ coi : việc post bài và chờ đợi câu trả lời đâu có nhanh. Đối với một môn học bất kì, mình chưa hiểu cái gì đó là mình khó chịu lắm, mình cần được giải đáp ngay. Còn về việc đáp số, mình không quá chú trọng đến kết quả, cũng có thể đáp số sai. Khi đọc bài của bạn, mình không tìm đến phần KQ ngay đâu, mà mình đọc hết. Còn mình nói KQ ra không giống trong sách thì bạn có công nhận với mình là cách làm của chúng ta có phần sai sót chỗ nào không ? Hi vọng bạn hiểu mình.
