Xây dựng giản đồ logarit nồng độ của các dung dịch đơn axit, đơn bazơ

Nhรณm 10-

• Trong mười hóa chất hiện nay mà thế giới sản xuất ra có đến sáu chất là axit-bazo mà chiếm phần lớn và chủ yếu là các chất như: H2SO4,,NH3, H3PO4,NaOH và HNO3.Phản ứng axit-bazo là phản ứng quan trọng cả về mặt nghiên cứu lí thuyết và mặt ứng dụng hóa học vào thực tiễn • Phần lớn các phản ứng hóa học đều diễn ra trong dung dịch nước, đối với dung dịch nước do thành phần luôn có sự hiện diện của ion H+ và OH-.Sự có mặt thường xuyên của hai ion này trong thành phần dung dịch đã có những ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến các cân bằng trong dung dịch .

• Tính axit hay bazo của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến các quá trình xảy ra trong dung dịch như khả năng tạo phức của ion kim loại,phản ứng oxi hóa-khử,khả năng bị thủy phân của các ion kim loại…Do đó,việc tính toán cân bằng trong dung dịch axit-bazo giữ vai trò quan trọng không chỉ đối với hóa phân tích mà bằng cả đối với hóa học nói chung .Tuy nhiên, việc tính toán cân trong dung dịch axit-bazo là khá phức tạp vì trong dung dịch có nhiều cân bằng xảy ra để chọn cân bằng nào chủ yếu là rất khó khăn.Trên cơ sở đó nhóm 1 chúng tôi quyết định chọn đề tài : “xây dựng giản đồ logarit nồng độ của các dung dịch đơn axit, đơn bazơ”

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này ,nhiệm vụ đặt ra là

Nghiên cứu thuật toán, lập chương trình tính và vẽ chính xác giản ñồ logarit nồng độ của các ion trong dung dịch đơn axit , đơn bazơ

Dựa vào giản đồ và phương trình điều kiện proton tính toán cân bằng xảy ra trong dung dịch axit – bazơ (loại bỏ phương trình cân bằng phụ không ảnh hưởng nhiều đến tính axit bazơ của dung dịch)

1

2

Xây dựng giản đồ logarit nồng độ của các dung dịch đơn axit, đơn bazơ

I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

II. Sơ lược về phần mềm MATLAB

I: Cơ sở lý thuyết

1

2

Axit mạnh (kí hiệu HY) nhường hoàn toàn proton cho nước: HY + H2O => H3O+ + Y- (1) Trong dung dịch [HY] ≈ 0 và [Y-] = CHY Các axit mạnh thường gặp là :HCl, HBr, HI, HSCN, HClO3, HBrO3, HNO3, H2SO4 (Nấc 1), HClO4....

Cân bằng (1) thường được viết dạng đơn giản: HY => H+ + Y- (2)

Trong dung dịch ngoài quá trình phân li (2) còn có quá trình phân li của nước: H2O +H+ + OHNhư vậy có hai quá trình cho proton và phương trình ĐKP có dạng: [H+] = [OH-] + [Y-] (3)

3 ion H+ do HY phân li ra làm chuyển dịch cân bằng (3) sang trái và [OH-] < 10-7. =>trong trường hợp CHY ≫10-7 có thể coi [H+] = CHY Trong trường hợp CHY ≈ 10-7 thì phải kể đến sự phân li của nước và phép tính được thực hiện đơn giản theo cân bằng phân li của nước

Các axit yếu phân li một phần và dung dịch có phản ứng axit. Độ mạnh của các axit được đặc trưng bằng hằng số phân li axit Ka hoặc chỉ số của hằng số phân li pKa = -lgpKa . Dĩ nhiên Ka càng lớn hay pKa càng bé thì axit càng mạnh

Ví dụ : Axit phân tử: HCN H+ + CNKa = 10-9,35 , pKa =9,35 Axit cation : NH4+ NH3 + H+ Ka = 10-9,24 , pKa= 9,24 Axit anion : HSO4- H+ +SO42- Ka= 10-1,99 , pKa=1,99

Các bazo mạnh thường gặp : LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, FrOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2…….

Trong dung dịch XOH mạnh có các quá trình: - cân bằng ion hóa của nước: H2O H+ + OH- (1) - cân bằng thu proton của XOH: XOH + H+ => X+ + H2O (2) Từ (1) và (2) ta có: XOH + H2O => X+(H2O) + OH- Một cách đơn giản có thể viết các quá trình xảy ra trong dung dịch bazơ mạnh: XOH => X+ + OHH2O H+ + OHĐiều kiện proton: [H+]= [OH-] – CX+ = [OH--] - CXOH

.

Các bazơ yếu có thể tồn tại ở dạng phân tử, anion hoặc cation: Bazơ phân tử: NH3+H2O NH4+ + OHBazơ cation : CaOH+ Ca2+ + OHBazơ anion : CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-

Độ mạnh của các bazơ yếu phụ thuộc vào hằng số bazơ Kb hoặc chỉ số hằng số bazơ pKb = -lgKb Hằng số Kb được tổ hợp từ hằng số phân li của nước và hằng số phân li của axit tương ứng

3 Sơ lược về phần mềm MATLAB 3.1 Giới thiệu chung về MATLAB Matlab là môi trường tính toán số và lập trình ,được thiết kế bởi công ty Math Works. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận,vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin,thực hiện thuật toán tạo giao tiếp người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác .Với thư viện Toolbox,MATLAB cho phép mô phỏng tính toán,thực hiện nhiều mô hình thực tế và kỹ thuật . MATLAB là viết tắt của từ “Matrix Laboratory”,được viết bằng ngôn ngữ Fortran phát minh vào cuối thập niên 1970

MATLAB gồm 5 phần chính: -Ngộn ngữ MATLAB : ngôn nữ ma trận cấp cao để điều khiển câu lệnh ,các hàm,cấu trúc dữ liệu,nhập/xuất và các đặc tính lập trình hướng đối tượng.Nó cho phép cả hai lập trình nhỏ để tạo các chương trình ứng dụng phức tạp và bao quát.

-Môi trường làm việc MATLAB: đây là bộ công cụ và phần mềm tiện ích để quản lý các thay đổi trong môi trường làm việc cũng như nhập và xuất các dữ liệu,khai phá gỡ rối và tạo các tập tin nền.

-Đồ hình :gồm các lệnh cao cấp cho các dữ liệu hai chiều hoặc ba chiều xử lý hình ảnh chuyển động,hiển thị hình ảnh cũng như các thiết kế giao diện hình ảnh chương trình đồ họa.

-Thư viện hàm toán học MATLAB:các chương trình thuật toán

như sin,cos,số phức đến ma trận…

Trình giao diện ứng dụng MATLAB: cho phép lập chương trình theo ngôn ngữ C hoặc FORTRAN để tương tác với MATLAB

3.2 Ứng dụng của MATLAB Nó cón đầy đủ dặc tính của máy tính cá nhân: cộng trừ,nhân,chia; giống như máy tính kỹ thuật,nó bao gồm:số phức,căn thức,số mũ,logarit,các phép toán lượng giác như sin,cos,tan; nó cũng như máy tính có khả năng lập trình ,lưu trữ ,tìm kiếm dữ liệu,tạo baỏ vệ và ghi trình tự các lệnh,so sánh logic,điều khiển thực hiện các lệnh.Giống như máy tính hiện đại nhất nó cho phép biểu diễn dữ liệu dưới các dạng :biểu diễn thông thường ,ma trận đại số,các hàm tổ hợp có thể tương tác với dữ liệu thường cũng như với ma trận.

Trong thực tế MATLAB ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực có khả năng thân thiện với người sử dụng có khả năng mạnh mẽ vẽ đồ họa,cung cấp môi trường phong phú cho biểu diễn dữ liệu,có thể tạo giao diện riêng cho người sử dụng để giải quyết vấn đề cho mình. Thêm vào đó MATLAB đưa ra công cụ giải quyết các vấn đề đặc biệt,gọi là Toolbox (hộp công cụ).

4.Giải bài toán bằng phần mềm MATLAB

Giản đồ logarít mồng độ các ion trong dung dịch HCl 0.01M

Chương trình tính như sau:

Giản đồ lagarít nồng độ các ion trong dung dịch NaOH 0.01M

Giản đồ lagarít nồng độ các ion trong dung dịch HCOOH 0.01M

Giản đồ lagarít nồng độ các ion trong dung dịch CH3COOH 0.01M