Bài giảng hóa phân tích chương 2 trần thị thúy

Chương Phản ứng axit- bazơ chuẩn độ axit-bazơ Trần Thị Thúy Department of Analytical Chemistry School of Chemical Engineering – Hanoi University of Science and Technology (HUST) Outline 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Cân axit-bazơ nước 2.3 Dung dịch đệm 2.4 Chuẩn độ dung dịch axit-bazơ 2.5 Bài tập HUST SCE 7/26/2020 2.1 Giới thiệu chung Phương pháp chuẩn độ axit-bazơ phương pháp phân tích thể tích dựa phản ứng axit- bazơ A1 + B2 = B1 + A2 Các bước tiển hành: + Khảo sát biến thiên nồng độ H+ dung dịch theo lượng thuốc thử thêm vào + Xây dựng đường chuẩn độ pH – V + Chọn chất thị đổi màu điểm tương đương HUST SCE 2.1 Giới thiệu chung Việc xác định điểm tương đương dùng chất thị sử dụng máy đo pH Tuy nhiên phạm vi chương tập trung nghiên cứu sử dụng chất thị để xác định điểm tương đương Chương gồm hai phần: - Cân axit-bazơ dung dịch nước - Phương pháp chuẩn độ axit- bazơ HUST SCE 2.2 Cân axit-bazơ nước 2.2.1 Thuyết axit-bazơ Bronsted-Lowry Thuyết axit-bazơ Bronsted-Lowry đề xuất độc lập Johannes Nicolaus Bronsted Thomas Martin Lowry vào năm 1923 Axit chất có khả cho proton H+, bazơ chất có khả nhận proton Một axit sau cho proton sinh bazơ, bazơ gọi bazơ liên hợp axit ngược lại Như vậy, cặp axit- bazơ liên hợp proton Ký hiệu: A/B Vd CH3COOH/CH3COO–, NH4+/NH3 HUST SCE 2.2 Cân axit-bazơ nước 2.2.1 Thuyết axit-bazơ Bronsted-Lowry Phân loại axit- bazơ, chất lưỡng tính + Axit chất có khả cho proton, dạng phân tử hay ion Dạng phân tử: HCl, H2SO4, H3PO4 Dạng ion: 𝐻𝑃𝑂42− , 𝐻𝐶𝑂3− , 𝑁𝐻4+ + Bazơ chất có khả nhận proton, dạng phân tử hay ion Dạng phân tử: NaOH, NH3, C6H5NH2 Dạng ion: CH3COO–, 𝐻𝑃𝑂42− , 𝐻𝐶𝑂3− HUST SCE 2.2 Cân axit-bazơ nước 2.2.1 Thuyết axit-bazơ Bronsted-Lowry Phân loại axit- bazơ, chất lưỡng tính + Chất lưỡng tính: chất vừa có khả cho vừa có khả nhận proton Dạng phân tử: H2O(H3O+/ H2O; H2O/𝑂𝐻 − ) Dạng ion: HUST SCE 𝐻𝑃𝑂42− (𝐻𝑃𝑂42− / 𝑃𝑂43− ; 𝐻2 𝑃𝑂4− /𝐻𝑃𝑂42− ) 𝐻𝐶𝑂3− (𝐻𝐶𝑂3− / 𝐶𝑂32− ; 𝐻2 𝐶𝑂3 /𝐻𝐶𝑂3− ) 2.2 Cân axit-bazơ nước 2.2.2 Phản ứng axit-bazơ Một axit nhường H+ có bazơ nhận H+ ngược lại, bazơ nhận H+ có axit cho H+ Ví dụ: CH3COOH ⇋ CH3COO– + H+ NH3 + H+ ⇋ NH4+ → CH3COOH + NH3 = CH3COO– + NH4+ Trong phản ứng có hai cặp axit-bazơ liên hợp CH3COOH/CH3COO– NH4+/NH3 HUST SCE 2.2 Cân axit-bazơ nước 2.2.2 Phản ứng axit-bazơ Thực chất phản ứng axit-bazơ trao đổi ion H+ hai cặp axit-bazơ liên hợp Ta thấy hòa tan axit hay bazơ vào nước thực phản ứng axitbazơ Vd H2S + H2O ⇋ HS– + H3O+ Để đơn giản viết: H2S ⇋ HS– + H+ HUST SCE 2.2 Cân axit-bazơ nước 2.2.3 Hằng số axit-bazơ Trong dung dịch nước axit HA có cân HA + H2O ⇋ H3O+ + A– Kcb = 𝐴− [𝐻3 𝑂+ ] 𝐻𝐴 [𝐻2 𝑂] → Kcb×[ H2O] = 𝐴− [𝐻3 𝑂+ ] 𝐻𝐴 Vì H2O có nồng độ lớn, tham gia vào cân nồng độ thay đổi khơng đáng kể, nên coi tích số Kcb×[ H2O] = const đó: Ka = 𝐴− [𝐻3 𝑂+ ] 𝐻𝐴 (2-1) Dựa vào (2-1) thấy Ka lớn → axit mạnh, phân ly nhiều bazơ liên hợp H+ 10 HUST SCE 2.4 Chuẩn độ dung dịch axit-bazơ 2.4.2 Chuẩn độ axit-bazơ C, Chuẩn độ bazơ yếu axit mạnh f, Đường cong chuẩn độ chọn chất thị Chọn chất thị để xác định ĐTĐ: Bước nhảy pH trình chuẩn độ từ 6,25 đến 4,48 (sai số ±0,1%) tương ứng với Va = 9,99 ml đén 10,01 ml Chất thị: metyl đỏ (pT = 5), sử dụng để dừng chuẩn độ với sai số cho phép ±0,1% Như vậy, so với bước nhảy trình chuẩn độ axit mạnh bazơ mạnh, bước nhảy trường hợp ngắn Các tính tốn rằng, bazơ yếu, tức Kb nhỏ, bước nhảy pH ngắn Với dung dịch cần chuẩn độ loãng, bước nhảy ngắn Nói cách khác, bazơ yếu, hay nồng độ chất phân tích nhỏ tới mức mà bước nhảy hẹp để xác định ĐTĐ không dùng phép chuẩn độ để xác định nồng độ chất phân tích 105 HUST SCE 2.4 Chuẩn độ dung dịch axit-bazơ 2.4.2 Chuẩn độ axit-bazơ D, Chuẩn độ đa bazơ axit mạnh Trường hợp điển hình: Xét trình chuẩn độ 10,0 ml bazơ B với HCl 0,100M B đa bazơ có pKb1 = 4,00 pKb2 = 9,00 Đường chuẩn độ có hai bước nhảy ứng với hai ĐTĐ, tương ứng với hai phản ứng: B + H+ → BH+ (*) BH+ + H+ → 𝑩𝑯𝟐+ (**) 𝟐 Thể tích ĐTĐ thứ là: 𝟎,𝟏𝟎𝟎𝑴×𝟏𝟎,𝟎𝒎𝒍 Ve = = 10,0 ml 𝟎,𝟏𝟎𝟎𝑴 Thể tích ĐTĐ thứ hai 2Ve phản ứng thứ tiêu tốn số mili mol HCl tương tự phản ứng số Các tính tốn pH tương tự với q trình chuẩn độ đơn bazơ 106 HUST SCE 2.4 Chuẩn độ dung dịch axit-bazơ 2.4.2 Chuẩn độ axit-bazơ D, Chuẩn độ đa bazơ axit mạnh Hình 2-5 (a) Đường chuẩn độ 10,0 ml B 0,100 M (pKa1 = 4,00; pKa2 = 9,00) với HCl 0,100M Hai điểm tương đương C E Điểm B D điểm nửa trung hịa, có giá trị pH tương ứng pKa2 pKa1; (b) Đường chuẩn độ 10,0 ml nicotine 0,100 M (pKa1 = 6,15; pKa2 = 10,85) với HCl 0,100M Khơng có thay đổi mạnh pH ĐTĐ thứ hai, J, pH thấp 107 HUST SCE 2.4 Chuẩn độ dung dịch axit-bazơ 2.4.2 Chuẩn độ axit-bazơ D, Chuẩn độ đa bazơ axit mạnh Điểm A: (VHCl = ml) Trước axit mạnh thêm vào, dung dịch chứa đa bazơ B, mà bazơ có Kb1 >> Kb2, lượng OH– nấc phân ly chủ yếu, bỏ qua lượng OH– nấc phân ly thứ hai B Cb + H2O ⇋ 0,100 − 𝑥 𝐾𝑏 = 𝐵𝐻 + [𝑂𝐻 − ] [𝐵] = BH+ + OH– x 𝑥2 0,100−𝑥 x Kb1 = 10–4,00 = 10–4,00 → x =[OH–] = 3,11.10–3 M → pOH = 2,51 → pH = 11,49 108 HUST SCE 2.4 Chuẩn độ dung dịch axit-bazơ 2.4.2 Chuẩn độ axit-bazơ D, Chuẩn độ đa bazơ axit mạnh Điểm B: (0