Trong dung dịch, ion Fe2+có thể bị oxi hoá bởi ion Ag+ theo cân bằng sau: Fe2+(aq)+Ag+(aq)⇌Fe3+(aq)+Ag(s) (*) Để xác định hằng số cân bằng Kc của cân bằng trên, một học sinh tiến hành các thí nghiệm như sau ở 25 °C: - Đầu tiên, trộn 100,0 mL dung dịch AgNO30,20 M vào bình tam giác chứa 100,0 mL dung dịch FeNO320,20 M, lắc nhẹ và để dung dịch phản ứng đạt đến cân bằng trong 1 giờ. - Tiếp theo, dùng pipette hút 20,0 mL dung dịch sau phản ứng cho vào bình tam giác 250 mL; thêm 5,0 mL dung dịch NaCl 1,0 M vào bình tam giác thấy xuất hiện kết tủa trắng; thêm tiếp 20,0 mL dung dịch H2SO41,0 M vào bình tam giác và tiến hành chuẩn độ. - Chuẩn độ dung dịch trong bình tam giác bằng dung dịch KMnO40,020M (dung dịch trên burette). Sau 3 lần chuẩn độ, giá trị thể tích đọc được trên burette lần lượt là 16,70 mL; 16,80 mL và 16,90 mL. Tính giá trị hằng số cân bằng KC của phản ứng (*) ở 25 °C. (Kết quả làm tròn đến hàng phần trăm).

Trong dung dịch, ion $F e^{2 +}$ có thể bị oxi hoá bởi ion $A g^{+}$ theo cân bằng sau:

${Fe}^{2 +} (a q) + {Ag}^{+} (a q) ⇌ {Fe}^{3 +} (a q) + Ag (s)$ (*)

Để xác định hằng số cân bằng Kc của cân bằng trên, một học sinh tiến hành các thí nghiệm như sau ở $25 ° C :$

- Đầu tiên, trộn 100,0 mL dung dịch $A g N O_{3} 0, 20 M$ vào bình tam giác chứa 100,0 mL dung dịch $F e {(N O_{3})}_{2} 0, 20 M,$ lắc nhẹ và để dung dịch phản ứng đạt đến cân bằng trong 1 giờ.

- Tiếp theo, dùng pipette hút 20,0 mL dung dịch sau phản ứng cho vào bình tam giác 250 mL; thêm 5,0 mL dung dịch NaCl 1,0 M vào bình tam giác thấy xuất hiện kết tủa trắng; thêm tiếp 20,0 mL dung dịch $H_{2} S O_{4} 1, 0 M$ vào bình tam giác và tiến hành chuẩn độ.

- Chuẩn độ dung dịch trong bình tam giác bằng dung dịch $K M n O_{4} 0, 020 M$ (dung dịch trên burette). Sau 3 lần chuẩn độ, giá trị thể tích đọc được trên burette lần lượt là 16,70 mL; 16,80 mL và 16,90 mL.

Tính giá trị hằng số cân bằng K_C của phản ứng (*) ở $25 ° C .$

(Kết quả làm tròn đến hàng phần trăm).

Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án

Lời giải

Để tính hằng số cân bằng $K_C$, ta cần xác định nồng độ của các ion tại trạng thái cân bằng. 1. Tính số mol ban đầu: - $n_{Fe^{2+}} = 0.1 L * 0.2 M = 0.02 mol$ - $n_{Ag^+} = 0.1 L * 0.2 M = 0.02 mol$ - Thể tích dung dịch sau khi trộn: $V = 0.1 L + 0.1 L = 0.2 L$ - Nồng độ ban đầu: $[Fe^{2+}]_0 = [Ag^+]_0 = \frac{0.02}{0.2} = 0.1 M$ 2. Phản ứng chuẩn độ với $KMnO_4$: - Thể tích $KMnO_4$ trung bình: $V_{KMnO_4} = \frac{16.70 + 16.80 + 16.90}{3} = 16.8 mL = 0.0168 L$ - Số mol $KMnO_4$: $n_{KMnO_4} = 0.0168 L * 0.02 M = 0.000336 mol$ - Phản ứng chuẩn độ: $5Fe^{2+} + MnO_4^- + 8H^+ \rightarrow 5Fe^{3+} + Mn^{2+} + 4H_2O$ - Số mol $Fe^{2+}$ bị chuẩn độ trong 20 mL dung dịch: $n_{Fe^{2+}} = 5 * n_{KMnO_4} = 5 * 0.000336 = 0.00168 mol$ - Số mol $Fe^{2+}$ bị chuẩn độ trong 200 mL dung dịch (pha loãng 10 lần): $0.00168 * 10 = 0.0168 mol$ 3. Tính nồng độ $Fe^{2+}$ còn lại sau phản ứng: - Trong 20 mL dung dịch lấy ra, $n_{Fe^{2+}}$ đã phản ứng với $Ag^+$: 0.00168 mol (đã bị oxi hóa thành $Fe^{3+}$). - $Fe^{2+}$ còn lại trong 200 mL dung dịch sau phản ứng với $Ag^+$ là $(0.02 - x)$. - Nồng độ $Fe^{2+}$ còn lại sau phản ứng $Ag^+$ là $[Fe^{2+}]_{\text{cb}}=\frac{0.02-0.0168}{0.2}=0.016$ - $Fe^{2+}$ bị oxi hóa chuyển thành $Fe^{3+}$. 4. Tính nồng độ các ion tại cân bằng: - $Fe^{2+} + Ag^{+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + Ag$ - Ban đầu: $[Fe^{2+}]_0 = 0.1 M$, $[Ag^+]_0 = 0.1 M$, $[Fe^{3+}]_0 = 0$ - Phản ứng: $x$ M $Fe^{2+}$ phản ứng với $x$ M $Ag^+$ tạo ra $x$ M $Fe^{3+}$ - Cân bằng: $[Fe^{2+}] = 0.1 - 0.084 = 0.016 M$, $[Ag^+] = 0.1 - 0.084 = 0.016 M$, $[Fe^{3+}] = 0.084 M$. Ta có $x = 0.084$ - Số mol $Fe^{2+}$ đã phản ứng với $Ag^{+}$ là: $0,084 * 0.2 = 0.0168 mol$ 5. Tính hằng số cân bằng $K_C$: - $K_C = \frac{[Fe^{3+}]}{[Fe^{2+}][Ag^+]} = \frac{0.084}{0.016 * 0.016} = \frac{0.084}{0.000256} \approx 328.13